一、引言一汽丰田卡罗拉轿车1ZR-FE发动机采用了VVT-i技术，VVT-i即VariableValveTiming-intelligence（智能型可变气门正时系统）。1ZR-FE发动机在进排气凸轮轴上加装VVT-i控制机构，用于在不同发动机转速范围内调整进排气门的配气正时，提高充气效率，从而改善发动机的怠速稳定性和低速平稳性，提高发动机功率和转矩，扩大发动机转速范围，降低部分负荷燃油消耗，改善废气排放。笔者参考1ZR-FE发动机修理手册，深入实践、认真分析而撰写本文，希望能为汽车专业在校学生及汽车维修从业人员提供学习参考。

二、可变气门正时理论基础1．气缸内充气量是决定发动机动力性的主要因素发动机是利用燃料在气缸内燃烧所放出的热能使工质压力提高而对活塞作功的。燃料燃烧热量的放出依赖于气缸中所能充填进去的燃料量，也依赖于充填进去的空气量。由于燃料是强制进入气缸的，且空气所占体积大而燃料所占体积极小，多供给一些燃料容易做到，而充入（吸入）更多的空气却较困难。因此，发动机气缸内充气量的多少，就决定了燃烧放出热量的大小，是决定发动机动力性能的主要因素。2．合理的气门正时，可以提高充气量气门打开有一个过程，进气门提前开启，可以保证进气行程开始时进气门已经开大，空气能顺利进入气缸。进气门迟闭，可以利用气流惯性和压力差继续进气，有利于提高充气量。排气门提前开启，可以利用废气压力排气，减小活塞上行阻力，防止发动机过热。排气门迟闭，可以使废气排放较干净。适当的气门重叠角，可以使废气排除干净，提高充气量，而不会使废气进入进气管且不会使新鲜空气随废气排出。但重叠角过大，就可能导致废气进入进气管，使充气量减少。所以，合理的气门正时，即气门早开迟闭，可以使进气充分、排气干净，提高充气量。3．随发动机转速和工况变化，应改变气门正时气门正时对发动机充气量影响很大，特别是进气门迟闭角。随转速升高，活塞运行速度升高，气流流速升高，惯性增大，故随转速升高，应增大进气门迟闭角。气门开启对应的时间本来很短，随发动机转速升高，进排气门开启对应的曲轴转角不变情况下，对应的开启时间会大幅下降，所以随发动机转速升高，应增大进排气门开启角度。所以，随发动机转速变化，应改变气门正时。节气门开度变化时，发动机进气气流速度也随之变化。故发动机工况变化时，最佳气门正时发生变化，也应改变气门正时。4．随发动机工况变化，应改变气门重叠角随气门重叠角增大，发动机内部废气再循环（EGR）率增大，高温废气促进汽油的雾化，发动机碳氢化合物（HC）排放减少，同时可以降低燃烧温度，使氮氧化物（NOx）排放减少。而随气门重叠角减小，内部EGR率降低，燃烧稳定，另外冷态启动时HC排放减少，燃油消耗降低，怠速转速降低。故为使发动机性能和排放得到优化，随工况变化，应改变气门重叠角。‘5.1ZR-FE发动机气门正时气门正时固定不变，只能使发动机的性能在特定工况下达到最优，如果气门正时随发动机工况变化，则可发挥发动机的最大潜能，使发动机性能在全部工况范围内都达到最优，并可大大改善发动机油耗及排放。1ZR-FE发动机进排气均采用可变正时控制阱目位连续调节）技术，对改善发动机性能、油耗、排放都有很好的效果。为实现发动机性能、油耗、排放的最优化，VVT-i主要控制下述2项内容：1）气门重叠角控制；2）气门正时控制。发动机在不同工况下运转时，气门正时变化情况与效果分析见表1。三、IZR-FE发动机可变正时系统结构与原理1ZR-FE发动机VVT-i系统由电子控制子系统、凸轮轴正时机油控制阀总成（OCV）、凸轮轴正时齿轮总成等组成。1．电子控制子系统VVT-i系统的控制原理框图如图1所示，该系统的组成元件及位置如图2所示。发动机ECU依据曲轴位置传感器、空气流量计和节气门位置传感器信号计算出最优配气正时即目标配气正时，通过控制凸轮轴正时机油控制电磁阀的占空比，对凸轮轴正时进行调节。凸轮轴位置传感器的作用是检测凸轮轴的实际位置，并把信号反馈给发动机ECU、ECU通过该信号与目标配气正时的比较，计算控制误差，实现闭环控制，使对凸轮轴正时的控制更加精确。发动机冷却液温度传感器和车速传感器信号是监测发动机工作状态实时对目标配气正时进行调整的修正信号。2.凸轮轴正时机油控制阀（OCV）凸轮轴正时机油控制阀的结构如图3所示，它由一个电磁阀和一个4通滑阀组成。发动机ECU通过控制电磁阀通电占空比来控制滑阀阀芯的位置。当阀芯处于中间位置时，提前开启角室和延迟开启角室均和外油路切断，OCV处于保持状态。在电磁阀控制下，阀芯向右端移动时，延迟开启角室和机油压力油路连通，同时提前开启角室内和排出泄油口连通，机油压力施加到凸轮轴正时齿轮总成壳体内的延迟开启角室，OCV处于延迟驱动状态；反之，阀芯向左端移动时，机油压力施加到凸轮轴正时齿轮总成壳体内的提前开启角室，OCV处于提前驱动状态。3．凸轮轴正时齿轮总成VVT-i系统凸轮轴正时齿轮总成主要由一个由正时链条驱动的壳体和固定在凸轮轴上的叶片及使壳体和叶片保持在中立位置的液压锁销组成（如图4c所示）。在没有机油压力时，安装在壳体上的锁销可以固定叶片。壳体与叶片之间形成2个液压室，即延迟开启角室和提前开启角室。凸轮轴前端第一道轴颈上有2个油道，这2个油道受凸轮轴正时机油控制阀控制，并通过凸轮轴和叶片上的油道分别和提前开启角室和延迟开启角室连通。4.VVT-i系统油路VVT-i系统的所有工作均需通过机油完成，为保证VVT-i及时、准确的工作，必须保证油压在工作范围内，为此，发动机VVT-i均有单独的油路，如图5所示。油泵从油底壳泵出的机油，经过VVT-i过滤器后分别通入排气OCV和进气OCV、OCV按照ECU的指令，通过控制滑阀的轴向位置来调节机油的流向，使叶片相对壳体顺时针或逆时针转动，从而实现对配气相位的调节及控制。VVT-i系统主要通过以下方式完成对发动机配气正时的调整：（1）ECU根据曲轴和凸轮轴位置传感器信号，计算出凸轮轴正时齿轮总成中叶片和壳体的相对位置；（2）通过机油控制阀（ocv）控制机油驱动正时齿轮总成工作；（3）通过液压锁销控制使转子和定子锁死，保持中立位置；（引通过控制凸轮轴正时齿轮总成叶片（与凸轮轴相连）2侧提前开启角室和延迟开启角室的机油流量使其相对于壳体（与正时链轮相连）发生相对旋转，从而实现相位调节。6.VVT-i系统工作过程VVT-i系统工作过程主要分3步完成：初始状态、解锁及进／迟角驱动。（1）VVT-i系统初始状态在发动机停止及启动状态，正时齿轮总成处于锁销锁止状态，进气凸轮轴正时齿轮总成在最迟开启位置，排气凸轮轴正时齿轮总成在最早开启位置。发动机停止及启动时，进气OCV断电，在回位弹簧作用下，OCV处于延迟驱动状态，叶片与壳体之间的摩擦力有助于VVT回位至最迟开启位置，进气凸轮轴正时齿轮总成处于最迟角位置，锁销处于锁止状态。发动机停止及启动时，排气OCV断电，在回位弹簧作用下，OCV处于提前驱动状态，叶轮转子与定子之间的摩擦力有助于推动正时齿轮总成回位至最迟开启位置的趋势，为促进正时齿轮总成回位至最早开启位置，在排气凸轮轴正时齿轮总成VVT总成上设定了回位弹簧，排气VVT总成处于最早开启位置。（2）VVT-i系统解锁状态发动机启动后，VVT处于初始状态。由于VVT系统油路的设计，决定了进气OCV处于延迟驱动油路状态，排气OCV处于提前驱动油路状态。进气VVT，机油通过油路进入延迟开启角室，并进入锁销油道；排气VVT，机油进入提前开启角室。当迟角油路（进气）或进角油路（排气）的油压达到设定值（HM规格为20～40kPa）时，VVT解锁。（3）VVT进角／迟角驱动ECU发出进／迟角作动脉冲，OCV处于进／迟角油路状态。主油道机油经OCV→缸盖进／迟角油道→凸轮轴进／迟角油路→VVT进／迟角油道→VVT进／迟角油室→推动VVT进／迟角作动。同时回油油路，VVT迟／进角油室机油→VVT迟／进角油道→凸轮轴迟／进角油路→缸盖迟／进角油道→OCV迟／进角油路→缸盖迟／进角回油道一缸盖油池或缸体油底壳。发动机停转时，在弹簧作用下，锁销固定壳体和叶片，进气凸轮轴正时齿轮总成在最迟开启位置，排气凸轮轴正时齿轮总成在最早开启位置，从而有利于发动机启动。发动机启动但机油压力尚未传到凸轮轴正时机油控制阀时，锁销仍锁定壳体和叶片以防撞击产生噪声（如图4a所示）。发动机启动后，锁销在机油压力作用下而松开（如图4b所示）。当凸轮轴正时机油控制阀使机油压力施加到提前开启角室时，叶片相对于壳体顺时针旋转一定的角度，气门正时提前（如图6a所示）。当凸轮轴正时机油控制阀使机油压力施加到延迟开启角室时，叶片相对于壳体逆时针旋转一定的角度，气门正时延迟（如图6c所示）。四、与配气正时系统有关的故障代码一汽丰田卡罗拉轿车1ZR-FE发动机VVT-i系统故障代码如表2所列。五、VVT-i系统检查1．车上检查凸轮轴正时机油控制阀总成连接汽车电脑解码器，启动发动机，打开空调，使用主动测试（Activetest）功能，运行OCV，检查发动机转速。正常情况下，OCV关闭，发动机转速正常，OCV打开，发动机怠速不稳或发动机失速。如果结果不符合规定，在作出最后判断之前冷却发动机并再次进行检查。2．检查凸轮轴正时机油控制阀（1）检查电阻。使用万用表Ω挡测量凸轮轴正时机油控制阀端子间电阻，在20℃时，电阻值为6.9Ω～7.9Ω。（2）机油控制阀阀芯移动情况检查。将蓄电池正极（＋）、负极（－）分别用引线连接至凸轮轴正时机油控制阀端子1和端子2，确认阀芯能自由移动，没有卡滞现象（如图7所示）。若有卡滞，则更换凸轮轴正时机油控制阀总成。检查阀芯是否有异物，异物累积会使阀芯不能完全关闭，轻微的压力泄漏可能造成凸轮轴正时提前，并产生故障码。3．检查凸轮轴正时齿轮总成清理和除去1号凸轮轴轴承盖进气侧上的VVT机油孔的油脂后，用胶带将机油孔完全密封，以防止空气泄漏。在胶带上刺1个孔，向孔内施加约kPa的空气压力，以使锁销松口（如图8所示）。用力在可移动范围（26.5°～28.5°）内转动凸轮轴正时齿轮总成2或3次，但不要将其转到最大延迟角位置。凸轮轴正时齿轮总成应转动顺畅。拆下凸缘螺栓时，要确保锁销已松开。在不修理、不更换凸轮轴正时齿轮的情况下，不要拆卸正时齿轮总成（如图9所示），以防破坏正时齿轮总成的配合质量。

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