配气相位

发动机运转时每个行程所占时间很短，为此，气门的开启和关闭时刻通常不在上、下止点处，采用提前打开和迟后关闭的办法来延长进、排气时间。为了清楚地表达气门提前打开和迟后关闭的时间，采用曲轴转角来表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，即配气相位。通常用环形图来表示配气相位的关系，即配气相位图，如图4-18所示。

进气门提前打开可以减小进气阻力，当活塞从上止点下行时，气门已经有了大的进气通道。从进气门开到上止点曲轴所转过的角度称为进气提前角，记作α。α角一般为10°~30°。进气门迟闭可以利用进气气流的惯性多进气，增加进气量。从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度称为进气迟后角，记作β。β角一般为40°~80°。

排气门早开可以使排气行程开始时气门有较大开度,减少排气阻力。从排气门开启到下止点曲轴转过的角度称为排气提前角，记作γ。γ角一般为40°~80°。排气门迟闭可以利用排气气流的惯性多排气,排气门要迟闭。从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度称为排气延迟角，记作δ。δ角一般为10°~30°。

如图4-19所示，由于进气门的早开、排气门的迟闭，使进排气门有同时开启的情况，进排气门同时开启所对应的角称气门重叠角，其大小为α与δ之和。

可变气门正时系统的优点

随着技术发展，可变气门正时逐渐代替固定不变的配气相位。可变气门正时系统可以降低发动机油耗，提升发动机动力，它还能替代废气再循环系统，降低发动机废气排放。可变气门正时系统在低转速时，让进气门打开提前量小，以避免吸入废气；在高转速时，让进气门打开提前量大，以使增大进气量。

在低温、低负荷低速时，可变气门正时控制系统（比如丰田公司VVT-i系统）的控制延迟进气门的打开时刻，提前排气门的关闭时刻，可减少气门重叠，以减少废气逆吹入进气管，从而达到稳定怠速、提高燃料消耗率和起动性能的效果。

中等负荷，或者高负荷中低速时，VVT-i提前进气门的打开时刻，推迟排气门的关闭时刻，增加气门重叠角度，以增加EGR率和降低泵气损失，从而改善了排放控制和燃料消耗率。高负荷高速时，VVT-i控制提前排气门的打开时刻，可以减少泵气损失，延迟进气门的关闭时刻，可以提高充气效率，从而提高发动机的输出功率。

可变气门正时系统的工作原理

1.

可变气门正时系统的类型

可变气门正时控制系统可以采用正时带或正时链条将动力传给凸轮轴，如图4-21所示，有的可变气门正时控制系统只能调节凸轮轴转动的角度，有的可变气门正时系统，不仅仅能调节凸轮轴的转动角度，还可以调节气门的打开大小，即调节气门的升程，如图4-22所示。

2.

可变气门正时系统的组成

可变气门正时(VVT)系统包括ECU、凸轮轴正时机油压力控制阀和VVT控制器、VVT传感器（凸轮轴转速传感器）等。如图4-23所示，ECU根据来自曲轴转速传感器和VVT传感器、进气流量、节气门位置和发动机冷却液温度等参数，向凸轮轴正时机油压力控制阀总成传送占空比控制信号（图4-24），用来调节提供给VVT控制器的机油压力。

3.

VVT传感器的工作原理

VVT传感器感应凸轮轴位置，并与曲轴位置传感器配合，用来检测实际的配气正时，从而实现对配气正时进行反馈控制。丰田1ZR发动机采用磁阻式VVT传感器，它是根据磁阻效应制成的，凸轮轴上转动信号轮可以引起VVT传感器内磁场变化，进而产生感应电压，其电路如图4-25所示，其中连接VC的线为ECU供给传感器的电源线，连接VVT+、VVT-的两条线分别为信号线的正、负极线。

4.

凸轮轴正时机油阀的工作原理

凸轮轴正时机油阀的作用是调节机油的压力，从而调节凸轮轴液压腔体内机械部件之间的间隙，实现对配气时间提前、滞后的控制。如图4-26所示，凸轮轴正时机油阀主要由电磁铁、挺杆、调节活塞、弹簧等组成。ECU通过控制电磁铁的占空比大小即可控制调节活塞的位置。进入凸轮轴正时机油阀的机油经过单独的机油滤清器过滤，滤清器结构如图4-27所示。丰田1ZR发动机凸轮轴正时机油阀电路如图4-28所示，ECU利用占空比信号对阀进行控制。

5.

VVT控制器控制器的工作原理

VVT控制器处于初始位置时，机油阀的占空比通常为0%，调节活塞没有移动。VVT控制器右腔油压大于左侧油腔油压，外转子与内转子之间没有发生相对转动，同时凸轮轴相对曲轴正时没有进行调节。通常进气VVT基准位置为进气配气相位滞后位置，即进气门滞后打开和关闭。

当机油阀的占空比逐渐加大时，调节活塞向上移动位置，如图4-29所示，VVT控制器左腔（A腔）压力逐渐加大，当左腔压力克服右腔压力和其他阻力后，VVT控制器内转子和凸轮轴顺时针转动，进气门将提前打开和关闭。

如图4-30所示，当ECU控制机油阀向下移动时，进入右腔（B腔）的油压增高，左腔（A腔）机油通过机油阀卸压，右腔压力大于左腔压力，VVT控制器内转子和凸轮轴逆时针转动，进气门将滞后打开和关闭。

当转子转动一定角度后，控制机油阀的占空比信号大约在50%，如图4-31所示，VVT控制器左右两侧油腔同时供油，外转子和内转子

保持在该相对位置。通常VVT介入调解后，大部分时间工作在某一角度的动态稳定位置。

VVT控制器通过机油压力调节凸轮轴转角，使凸轮轴和曲轴之间的相对位置达到最佳，从而使各种行驶条件下的发动机转矩增加，燃油经济性得到改善，废气排放量减少。

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