内容摘要：解决发动机燃油经济性与排放性能之间的矛盾一直是汽车发动机技术不断发展的关键，而发动机可变气门正时技术便是解决这一问题的方案之一，本文介绍了本田发动机可变气门正时技术的结构和工作原理，提出随着可变气门正时技术的逐渐成熟并被高性能发动机采用，从而提高发动机的动力性和经济性，降低排放。

　　论文关键词：本田发动机，可变气门技术，气门正时技术，气门正时，气门升程

　　
　　由于发动机转速不同，对配气相位的要求亦不同。普通的发动机出来后，配气相位和气门升程就固定不变了，无法适应不同转速下发动机对进排气的需求。因此，人们希望能够有这样一种发动机，其凸轮型线能够适应任何转速，不论在高速还是低速都能得到最佳的配气相位。于是，可变配气相位控制机构应运而生。在可变配气相位控制机构中比较有代表性的便是本田公司的i-VTEC系统。

　　
　　二、VTEC系统介绍

　　
　　VTEC系统为英文Variable Valve Timing And Lift Electronic Control System的缩写，其中文含义是“可变气门正时及气门升程系统”。该技术是20世纪80年代研制和开发出的新技术，本田车系中思域、里程、CR-V，以及广本雅阁、奥德赛等车型都采用了VTEC系统。VTEC系统使气门正时和气门升程根据发动机转速的变化作出相应的实时调整，使气缸的充其量同时能够满足发动机低转速和高转速下的不同需要，从而提高了发动机的动力性和经济性。

　　
　　VTEC发动机是每缸4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。通过计算机控制的气门正时和气门升程系统，可以大大提高发动机的燃烧效率和性能。与同排量的发动机相比，本田采用了VTEC技术的发动机性能都有所提高。

　　
　　VTEC的设计就好像采用了两根不同的凸轮轴似的，一根用于低转速，一根用于高转速，但是VTEC发动机的不同之处就在于将这样两种不同的凸轮轴设计在了一根凸轮轴上。

　　
　　本田发动机进气凸轮轴中，除了原有控制两个气门的一对凸轮（主凸轮和次凸轮）和一对摇臂（主摇臂和次摇臂）外，还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂（中间摇臂），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。

　　
　　发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。

　　
　　发动机达到某一个设定的高转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长，升程也增大了。

　　
　　当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。

　　
　　整个VTEC系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。

　　
　　本田的VTEC发动机技术已经推出了十几年了，事实也证明这种设计是可靠的。它可以提高发动机在各种转速下的性能，无论是低速下的燃油经济性和运转平顺性还是高速下的加速性。可以说，在电子控制阀门机构代替传统的凸轮机构之前，本田的VTEC技术在当时可以说是一种很好的方法。

　　
　　如果只考虑高转速问题，本田不必发展VTEC技术，因为经常在高转速运行的赛车发动机并不需要类似VTEC的装置。但普通汽车就不同了，他们在街道上行驶时发动机经常处于中、低转速，此时气门如果还是大开度的话，将造成发动机工作粗暴和燃油消耗高等问题。

　　
　　对此，本田的解决方案就是VTEC，它使发动机气门在高速时开度大，低速时适当降低，兼顾了低速平顺性和高速动力性。

　　
　　采用VTEC系统可使发动机降低油耗，提高功率输出。当发动机低速运转时，由于主进气门和辅助进气门的开度不同，使燃烧室内产生涡流，从而提高燃烧效率，降低发动机油耗。发动机高速运转时，由于主、辅进气门的开度增大，使发动机的输出功率随之增大。

　　
　　1.低速状态

　　
　　主摇臂和次摇臂并未与中摇臂相连，但分别由两个凸轮在不同的时间与高度下驱动。次凸轮上升度很小，因此进气门只稍打开。虽然中摇臂正随着凸轮轴上的中央凸轮运动，但它在低速状态下对于气门开启无任何作用。

　　
　　2.高速状态

　　
　　高速时正时活塞由于油压作用而移动，因此，主、次、中3个摇臂就被两个同步活塞贯穿，3个摇臂就如同一个元件一样一起移动。在此状况下，所有的摇臂均由一个凸轮驱动，使气门开启和关闭，并改变气门正时使之适应发动机高速工况。

　　
　　3.控制系统

　　
　　此机构的控制系统随时监督发动机的运转工况，如负荷量、每分钟转速、车速等。这些信息会被传送到发动机控制中心（ECM），由它决定何时应改变气门升程正时。

　　
　　气门正时的改变条件为：发动机转速：2300-3200r/min（依进气歧管压力而定）； 车速：10km/h或更快； 发动机冷却水温度：10℃或更高。

　　
　　VTEC系统对于配气相位的改变仍然是阶段性的，也就是说其改变配气相位只是在某一转速下的跳跃，而不是在一段转速范围内连续可变。为了改善VTEC系统的性能，本田不断进行创新，推出了i-VTEC系统。

　　
　　三、i-VTEC系统介绍

　　
　　简单地说，i-VTEC系统是在现有系统的基础上，添加一个称为“可变正时控制”VTC（Variable timing control），即一组进气门凸轮轴正时可变控制机构，它能根据发动机负荷对气门相位进行连续控制（可变凸轮相位）。i-VTEC技术将VTEC和VTC技术有效地结合，通过VTEC对气门升程、VTC对气门重叠（进气门和排气门同时开启的状态）进行周密的智能化控制，使大功率、低油耗、低排放这三个具有不同要求的特性都得到提高。

　　
　　前面介绍了VTEC系统，下面着重介绍VTC系统的结构及工作原理。VTC系统由VTC执行器、VTC机油压力阀、各种传感器以及ECU组成。为了获得最适合运转状况的气门正时，ECU根据发动机负荷对VTC机油压力阀进行控制，向VTC执行器内的点火提前角油压室或点火延迟角油压室供给油压。VTC执行器根据供给的油压改变凸轮轴的相位，使进气门正时连续变化。

　　
　　VTC 作动器（锁销）：VTC 作动器由锁销、延迟腔和提前腔组成，它们之间由叶片分隔。

　　
　　注：上图仅用于解释VTC 作动器的结构，并非用于系统的分解（不得分解VTC 作动器）。

　　
　　浅谈本田i-VTEC发动机技术

　　
　　工作原理：VTC机油压力阀工作由ECU控制，VTC机油压力阀通过向VTC执行器的点火提前角油压室及点火延迟角油压室提供油压，推动叶片部分旋转，使进气凸轮的相位连续变化。当点火提前时，VTC机油压力阀的滑阀向VTC执行器的点火提前角油压室施加油压，使进气凸轮轴朝点火提前方向运动；当点火延迟时，VTC机油压力阀的滑阀移动，向VTC执行器的点火延迟角油压室施加油压，使进气凸轮轴朝点火延迟方向运动。VTC系统通过油压使与进气门侧凸轮轴同轴安装的VTC执行器旋转，可以根据发动机的转速对气门正时进行连续调整，从而实现根据所要求的特性对气门的重叠角进行控制。

　　
　　气门升程

　　
　　提前：

　　
　　当ECM/PCM 决定将凸轮正时提前时，它将给VTC/ OCV 发送一个信号。然后，它打开提前侧的通道，让机油流入VTC 作动器的提前腔。机油压力推动叶片朝向另外一侧，并将凸轮相位提前。

　　
　　凸轮轴转向提前如图

　　
　　气门升程

　　
　　延迟：

　　
　　当ECM/PCM 决定将凸轮正时延迟时，它将给VTC /OCV 发送一个信号。然后，它打开延迟侧的通道，让机油流入VTC 作动器的延迟腔。机油压力推动叶片朝向另外一侧，并将凸轮相位延迟。

　　
　　凸轮轴转向延迟如图

　　
　　本田发动机

　　
　　VTC机构的导入，使得气门的配气相位能够“智能化地”适应发动机负荷的改变。VTC在发动机运转过程中配合VTEC系统的作用主要运用在三个方面。

　　
　　1、最佳怠速/稀薄燃烧区域：

　　
　　在此区域内，VTC系统停止作用，此时气门重叠角最小，由于VTEC的作用，产生强大的涡流，从而使发动机怠速工作稳定。

　　
　　2、最佳油耗、排气控制区域

　　
　　在此区域内，VTEC发挥作用，产生强大的涡流，从而使可燃混合气混合更加均匀，同时VTC的作用使气门重叠角加大，将部分废气重新吸入气缸，起到了EGR的作用，以此达到最佳油耗和排气控制。

　　
　　3、最佳扭矩控制区域

　　
　　在此区域内，通过VTC的控制，以最适当的气门重叠角，同时配合VTEC系统的作用，使得发动机的输出扭矩最大限度地提高。

　　
　　另外，i-VTEC发动机采用进气歧管在前，排气歧管在后的布置。排气歧管缩短了长度，也就是缩短了与三元催化器之间的距离，使三元催化器更快进入适当的工作温度，能有效控制废气排放。由于发动机启动后i-VTEC系统就进入状态，不论低转速或者高转速VTC都在工作，也就消除了原来VTEC系统存在的缺陷。

　　
　　综上所述，由于i-VTEC系统中VTC机构的导入，使得发动机的配气相位能够柔性地与发动机的负荷相匹配，在发动机的任何工况下，都能找到最佳的配气相位，以最佳的气门重叠角，实现中、低速时低油耗、低排放，高速时高功率、大扭矩，这就象按照人类大脑的要求那样进行控制，因此被形象地称之为“智能化”VTEC。

　　
　　四、VVT―i与i―VTEC的比较

　　
　　下面简单谈谈VVT―i和i―VTEC，这两个在中国最红最火的可变进气技术。

　　
　　丰田引以为荣的VVT―i技术已经应用了10年。该系统的最大特点是可根据发动机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，从而在所有速度范围内提高扭矩，并能改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。

　　
　　发动机都有“发动机控制模块”（ECU），统管点火、燃油喷射、排放控制、故障检测等。丰田VVT―i发动机的ECU在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置。

　　
　　目前丰田皇冠、锐志等车型采用的是双VVT-i技术，简单的说，就是在原有VVT-i对进气阀门进行控制的基础上，双VVT-i对排气阀门也进行控制。电脑根据发动机转速、节气门的开度，对开闭双方的阀门进行连续的调节，可以在全转速范围内提高进排气效率和提高扭矩。

　　
　　CIIVC装备的1.8升i―VTEC发动机，其最大功率为103kW／6300rpm，最高扭矩输出为174Nm／4300rpm，这是本田应用第三代VTEC技术的首款发动机。其最大特点在于根据实际使用状况，电脑自动调节凸轮轴升程，当发动机在较大负荷下需要更高动力输出时，可在2000rpm即改变凸轮轴升程，获得更充足的动力，而匀速驾驶时发动机会在4000rpm时提高凸轮轴升程，为的是获得良好的燃油经济性与动力表现的平衡。同时，通过ECU对节气门闭合时间和角度的控制，有效减少了发动机在驾驶中收油时的泵气损失，因此使油耗也有所降低。

　　
　　五、总结

　　
　　节约能源，控制有害排放，已成为内燃机技术发展的主导方向。电控可变气门系统是改善发动机性能、提高热效率和减少其有害排放物最有效的技术之一。是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。本文以本田的可变气门控制技术为例，提出i-VTEC技术作为本田公司VTEC技术的升级技术，其不仅完全保留了VTEC技术的优点，而且加入了当今世界流行的智能化控制理念，在提高燃油效率，降低有害物排放方面堪称国际水平，这在环境日益恶化、能源日益枯竭的今天有着特殊的意义。

　　六、参考文献

　　1、郭新华主编 《汽车构造》 高等教育出版社 2004年7月

　　2、董继明主编 《汽车检测与诊断技术》 机械工业出版社 2007年2月

　　3、康文仲主编 《发动机与底盘检修技术》 人民交通出版社 2008年5月

　　4、屠卫星主编 《可变气门正时系统结构原理与维修》 江苏科学技术出版社 2008-01-01