发布于 10-16 10:54:47
配气机构主要由气门组和气门传动组等零件组成，其功用是按照发动机点火顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使可燃混合气进入气缸，使燃烧后的废气排出气缸之外。发动机配气机构在工作中往复运动和相互摩擦频繁，润滑条件相对较差，容易造成零件磨损和损伤，出现气门关闭不严、异响，配气相位失准，气缸漏气，气门的开启时间和最大开度不足，导致发动机的充气系数降低，功率下降，燃油消耗量增加等一系列后果。配气机构工作的好坏直接影响到发动机的工作性能，而配气机构工作的可靠性也直接影响到发动机工作的可靠性，所以，配气机构是发动机的一个重要的机构。
现代轿车发动机多采用顶置凸轮轴式配气机构，即凸轮轴布置在发动机的气缸盖上面，如桑塔纳1.8L、奥迪1001.8L、富康1.36L及丰田21R、22R等发动机均采用该机构；但也有少数轿车的发动机、如北京切诺基汽车发动机、南京依维柯汽车发动机、广州标致轿车发动机等，采用下置凸轮轴式配气机构。顶置凸轮轴配气机构中又可分为单顶置凸轮轴配气机构[OHC（或SOHC）]以及双顶置凸轮轴配气机构（DOHC）。
配气机构按其结构原理不同分为气门（阀）式、气孔式和气孔-气门（阀）式。四冲程发动机都采用气门式配气机构。
各种气门式配气机构中，按其功用都可分为气门组和气门传动组两大部分，如图3-48所示。
图3-48 配气机构的构造
气门组的功用是开闭进、排气道。气门组主要包括气门锁片、上气门弹簧座、气门弹簧、气门油封、气门导管、进气门座、排气门、进气门等。
气门传动组主要由液压挺柱、曲轴正时齿形带轮、正时齿形带、水泵齿形带轮、张紧轮、凸轮轴下辈地齿形带轮、凸轮轴油封、半圆键、凸轮轴等组成。
气门的开启由气门传动组控制，气门的关闭则是由气门弹簧来完成。气门的开闭时刻与规律完全取决于凸轮轮廓的曲线形状。
1.按气门的位置分类
配气机构按气门的布置位置不同可分为气门侧置式配气机构和气门顶置式配气机构两大类，如图3-49所示。
图3-49 气门位置示意
气门位于气缸体侧面的称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成，省去了推杆、摇臂等零件，简化了结构。因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进、排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差。气门侧置式配气机构仅在小型内燃机中还有所使用。
气门顶置式配气机构的进气门和排气门都倒挂在气缸盖上，具有进气阻力小、燃烧室结构紧凑、气流搅动大、能达到较高的压缩比等特点。现代的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。
2.按凸轮轴的位置分类
配气机构按凸轮轴的位置分为凸轮轴上置式、凸轮轴下置式、凸轮轴中置式三大类（表3-6）。
表3-6 配气机构凸轮轴位置的分类说明
3.按曲轴驱动凸轮轴的方式分类
配气机构按曲轴驱动凸轮轴的方式分类见表3-7。
表3-7 配气机构按曲轴驱动凸轮轴的方式分类说明
4.按每缸气门的数量分类
一般发动机较多采用一个进气门和一个排气门，其特点是结构简单，能适应各种燃烧室。但其气缸换气受到进气通道的限制，故都用于低速发动机。
配气机构按每缸气门的数量分类说明见表3-8。
表3-8 配气机构按每缸气门的数量分类说明
1.气门组
气门组一般由气门、气门座、气门导管、弹簧、弹簧座、锁片（锁销）等零件组成，如图3-50所示。
图3-50 气门组
（1）气门 气门分为进气门和排气门两种，其作用是分别用来关闭进、排气道，气门的具体结构说明见表3-9。
表3-9 气门的具体结构说明
图3-51 气门顶部形状
图3-52 气门锥角
图3-53 气门弹簧座的固定方式
（2）气门座 气缸盖的进、排气道与气门锥面相贴合的部位称为气门座（图3-54）。气门座的作用是与气门头部一起对气缸起密封作用，同时接受气门头部传来的热量，起到对气门散热的作用。气门座可在气缸盖上直接镗出，也可使用耐热合金钢或者合金铸铁单独制成座圈（称气门座圈），压入气缸盖（体）中，如图3-55所示。这种气门座圈具有耐高温、耐磨损、耐冲击、使用寿命长、损坏后易更换的特点，因而在现代发动机中被普遍采用。因气门座圈热负荷大，温差变化大，又受气门落座时的冲击，为防止脱落并很好地散热，气门座与座孔之间应有较高的加工精度、较低的表面粗糙度和较大的配合过盈量。
图3-54 气门导管和气门座
图3-55 气门座锥角的结构
注意：装配时应注意使用温差法压入。
常见气门座都有锥角，气门座的锥角是与气门锥角相适应的，以保证两者紧密座合，可靠地密封。气门座锥角结构如图3-56所示。其中45°（或30°）的锥面是与气门工作锥面相配合的工作面，其宽度b通常为1～3mm，这一锥面应与气门工作锥面的中部附近相吻合。15°和75°锥角用于修正工作面的宽度和上下位置，以使其达到规定的要求。
图3-56 气门座锥角结构
某些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.5°～1°，该角称为密封干涉角。密封干涉角有利于走合期磨合。走合期结束，密封干涉角逐渐消失，恢复全锥面接触。
（3）气门弹簧 气门弹簧的作用是保证气门正确复位，即克服气门关闭过程中气门及传动件惯性力而产生的间隙，保证气门及时落座并紧密贴合，同时防止气门在发动机振动时因跳动而破坏密封。气门弹簧安装时一端支承在气缸盖上，另一端则压靠在气门杆尾端的弹簧座上，用锁环或锁销固定在气门杆的末端。如图3-57所示为气门弹簧安装位置及气门组。
图3-57 气门弹簧安装位置及气门组
为了保证弹簧有足够的刚度和安装预紧力，气门弹簧多用高碳锰钢丝、铬钒钢丝或硅铬钢丝制成。气门弹簧一般制成圆柱形等螺距弹簧[图3-58（a）]。发动机装一根气门弹簧时，采用不等螺距弹簧[图3-58（b）]，以防止共振，如红旗CA7560型轿车8V100型发动机；装两根弹簧时[图3-58（c）]，弹簧内、外直径不同，旋向不同，它们同心安装在气门导管的外面，不仅可以提高弹簧的工作可靠性，防止共振的产生，还可以降低发动机的高度，同时当某一根气门弹簧折断时，另一根还能够正常工作，如一汽奥迪100、捷达、上海桑塔纳、一汽解放CA6102、北京BJ492Q型汽油发动机均采用双弹簧结构。
图3-58 气门弹簧
（4）气门导管 气门导管的作用是在气门做往复直线运动时进行导向，以保证气门与气门座之间的正确配合与开闭。当凸轮直接作用于气门杆端时，承受侧向作用力并起传热作用。气门导管的外形如图3-59所示，一般为圆柱形管，外表面具有较高的加工精度和较低的表面粗糙度，与气缸盖（体）为过盈配合，以保证良好的传热并防松，气门导管与气门的配合则为间隙配合，一般留有0.05～0.12mm的微量间隙。该间隙过小，会导致气门杆受热膨胀与气门导管卡死；间隙过大，会使机油进入燃烧室燃烧。为了防止过多的机油进入燃烧室，有的在气门导管上安装有橡胶油封。气门导管大多采用卡环定位。
图3-59 气门导管的外形
2.气门传动组
气门传动组由凸轮轴和凸轮轴正时齿轮、挺柱、挺柱导管、摇臂总成和推杆等零部件组成（图3-60）。气门传动组的作用是使进、排气门按照配气相位规定，适时地开启和关闭气门，并保证气门有足够的开度。
图3-60 气门传动组
（1）凸轮轴
①凸轮轴的构造及分类 凸轮轴用于控制气门开闭，并驱动汽油泵、机油泵和分电器等机件工作。凸轮轴上制有进气凸轮、排气凸轮、轴颈、驱动机油泵及分电器的齿轮、推动汽油泵摇臂的偏心轮等，进气凸轮和排气凸轮是凸轮轴的重要组成部分，它们在凸轮轴上的排列顺序由进、排气道的布置来决定。
凸轮轴的结构形式如图3-61所示。
图3-61 凸轮轴的结构形式
1～6—凸轴位置
凸轮分为进气凸轮和排气凸轮，分别用来驱动进气门和排气门的开启及关闭。轴颈主要用于支承并装配凸轮轴在气缸体（或气缸盖）上。在四冲程柴油机中，凸轮轴上安装有各缸的进、排气凸轮，有的还装有空气分配器凸轮；在二冲程柴油机中，除直流扫气式柴油机凸轮轴上装有排气凸轮外，一般只装有喷油泵凸轮和示功器凸轮，有的也装有空气分配器凸轮和带动调速器等各附件的传动轮；而某些汽油机上则装有汽油泵驱动凸轮及驱动机油泵和分电器的螺旋齿轮，如图3-62所示。这些凸轮按照一定的顺序和角度排列。
图3-62 凸轮在凸轮轴上的相对角位置及确定
1～4—凸轮位置
由于凸轮轴凸轮在工作过程中不断受到气门间歇性开启的、反作用于挺柱的周期性冲击载荷与摩擦，因此要求凸轮的工作表面必须具有较高的耐磨性和抗疲劳强度，同时要求凸轮轴具有足够的韧性和刚度，以便能承受冲击负荷，使受力后变形较小。大部分凸轮轴采用优质钢模锻而成，有些也采用球墨铸铁、合金铸铁铸造而成，对凸轮和轴颈的工作表面经过热处理后进行精磨，以提高其耐磨性。
凸轮轴的结构可以分为整体式和组合式两大类。整体式凸轮轴是将凸轮与轴本体锻成或铸成一体，在汽油机和小型柴油机上应用非常广泛。组合式凸轮轴[图3-63（a）]是将凸轮与轴分开制造，然后根据正时要求将凸轮紧固于轴上，而较长的凸轮轴本体也常分为多段制造，然后用螺栓等连接起来。这种结构的优点是制造方便，凸轮损坏时可单独更换；某些凸轮轴采用中空形式，可以减轻凸轮轴的重量；凸轮和凸轮轴的材料可以采用任意的组合，有助于提高凸轮的接触强度。但整体式凸轮装配难度大，工艺复杂，仅在某些特定发动机上采用。凸轮可以制成整体式的，也可以做成组合式的。凸轮在轴上的安装方法分为有键连接和无键连接两种，如图3-63（b）、（c）所示。
图3-63 四缸四冲程汽油机凸轮轴结构形式
②凸轮轮廓的确定 凸轮轮廓的形状应该能保证气门开闭的持续时间符合配气相位的要求，并使气门有合适的升程及升降过程的运动规律。
每种型号的发动机的凸轮都具有不同的轮廓形状。如图3-64所示的凸轮轮廓中，整个轮廓由凸顶、凸根、打开凸面以及关闭凸面组成。凸轮轴升程是指从基圆直径往上凸轮能达到的高度，它决定了气门的升程大小。凸轮的顶部称作凸顶，它的长度决定了气门将在完全打开的位置保持多长时间。凸顶可能有多种不同的轮廓形状，这取决于气门需在完全打开的位置保持多久。凸根是指凸轮轴外形的底部部分，当挺柱或气门在凸根部分移动时，气门处于完全关闭状态。凸轮的这些外形特征决定了气门开闭过程的具体特性——时间和速度。
图3-64 凸轮的轮廓及确定
③凸轮在凸轮轴上的相对角位置及确定 同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与既定的配气相位相适应的。发动机各缸的进、排气凸轮的相对角位置应符合发动机各缸的点火顺序和点火间隔时间的要求。因此，必须根据凸轮轴的旋转方向以及各缸进、排气和凸轮的工作顺序，来判定发动机的点火次序。对于四缸四冲程发动机来说，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴旋转一周，各气缸分别进行一次进气和一次排气，且进气与排气时间间隔相等，即各缸进气或者排气凸轮彼此间的夹角为360°/4=90°，发动机的凸轮轴旋转方向（从前端向后看）为逆时针，可以确定该发动机的点火顺序为1-2-4-3；而对于六缸四冲程发动机来说，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴旋转一周，各气缸分别进行一次进气和一次排气，且各缸进气和排气间隔时间相等，所以各缸进气和排气凸轮彼此间的夹角为360°/6=60°。同样，如其转动方向为逆时针，该发动机的点火顺序可以确定为1-5-3-6-4。
（2）挺柱 挺柱的作用是将凸轮的推力传给推杆或气门杆，推动推杆或气门杆克服气门弹簧的作用力而运动，同时承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。其安装位置为气缸体或气缸盖相应处镗出的导向孔，常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造。
挺柱分为普通挺柱和液压挺柱两种类型（图3-65）。
图3-65 挺柱的结构形式
①普通挺柱 普通挺柱有菌形挺柱、筒形挺柱和滚轮式挺柱三种形式[图3-65（a）]。菌形挺柱和筒形挺柱由于采用中空形式，均可减轻本身重量；滚轮式挺柱由于接触面为线接触，滚轮可以自由滚动，减轻磨损。滚轮式挺柱还可以带摇臂，如图3-65（a）所示。普通挺柱由于均为刚性结构，无法自动消除气门间隙，因此采用普通挺柱的发动机必须调整气门间隙。
②液压挺柱 液压挺柱如图3-65（b）所示，其工作原理、特点及结构说明见表3-10。
表3-10 液压挺柱的工作原理、特点及结构说明
图3-66 液压挺柱的外形及结构
（3）推杆 推杆的作用是在顶置式气门、下置式凸轮轴的配气机构中，把凸轮轴经挺柱传来的推力传递给摇臂。推杆是配气机构中最易弯曲的细长零件，其一般结构包括上凹球头、下凸球头和空心杆（实心杆）三个部位，如图3-67（a）所示。推杆通常采用冷拔无缝钢管制成，也有些采用硬铝制造。如图3-67所示，钢制实心推杆一般是同球形支座制成一个整体，再进行热处理；硬铝棒实心推杆两端配以钢制的支承，其上下端头与杆身做成一体；钢制实心推杆的球头与杆身是整体锻造出来的，钢制空心推杆的两端与杆身用焊接和压配的方法连成一体。虽然结构形式有一定差异，但是对推杆的要求是一样的，即重量轻、刚度大。一般情况下，为保证挺杆与摇臂、挺柱的正确配合，推杆上端焊有钢质的凹球形接头与摇臂调节螺钉的球头相配合；下端焊有球形接头，支撑在挺柱的凹球承座内。
图3-67 推杆的结构及类型
（4）摇臂与摇臂组件 摇臂的作用主要是改变力的传递方向。摇臂相当于一个杠杆结构，它将推杆的作用力改变方向传给气门杆尾端，从而推动气门打开；利用两边臂长的比值（称摇臂比）来改变气门的升程，气门摇臂一般制造成不等长的形式，靠气门一边比靠推杆一边臂长30%～50%，这样可以获得较大的气门升程。
①摇臂 摇臂分为普通摇臂和无噪声摇臂。
a.普通摇臂 如图3-68（a）所示为普通摇臂，其长臂端部以圆弧形的工作面与气门尾端接触用以推动气门。短臂的端部有螺孔，用来安装调整螺钉及锁紧螺母，以调整气门间隙。螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相连接。该连接部分接触应力高，且有相对滑移，磨损严重，因此在该部分常堆焊有硬质合金。因为靠气门一端的臂长，所以在一定的气门升程下，能减小推杆、挺柱等运动件的运动距离和加速度，从而减小惯性力。摇臂内一般有油道，与摇臂轴中心相通，如图3-68（b）所示。压力机油充满摇臂轴中心，并从摇臂油孔流出，润滑挺杆及气门杆端等零件。
图3-68 普通摇臂及摇臂中的油道
b.无噪声摇臂 国外某些发动机采用无噪声摇臂，主要目的是为了消除气门间隙，减小由此而产生的冲击噪声。其工作过程如图3-69所示，起主要作用的结构为凸环。凸环以摇臂的一端为支点，并靠在气门杆部的端面上。当气门处在关闭位置时，在弹簧的作用下，柱塞推动凸环向外摆动，从而消除了气门间隙；气门开启时，推杆便向上运动推动摇臂，由于摇臂已经通过凸环和气门杆部的端面处在接触状态，从而消除了气门间隙。
图3-69 无噪声摇臂的工作过程
②摇臂组件 摇臂组件的结构如图3-70所示，主要包括摇臂轴2、摇臂轴前支座5、摇臂轴中间支座10、摇臂轴后支座12、摇臂衬套6、摇臂7、限位弹簧11、紧固螺栓3、锁紧螺母8和调整螺钉9等。
图3-70 摇臂组件的结构
1—密封端盖；2—摇臂轴；3—紧固螺栓；4—摇臂轴紧定螺钉；5—摇臂轴前支座；6—摇臂衬套；7—摇臂；8—锁紧螺母；9—调整螺钉；10—摇臂轴中间支座；11—限位弹簧；12—摇臂轴后支座
1.充气效率
新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸越多，则发动机可能发出的功率越大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率表示。充气效率越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率越大。
四冲程发动机，理论上每一个工作冲程，对应180°曲轴转角。现代发动机转速都很高，一个冲程所经历的时间十分短暂。为此，现代发动机在换气过程中其进、排气门都是早开迟关的，以改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性。
2.进气门早开迟关与进气配气相位
（1）进气提前角 在上一循环排气冲程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门便开始开启。从进气门开始开启到活塞运行至上止点对应的曲轴转角称为进气提前角，用α表示。一般α=0°～40°。
进气门早开是为了保证进气冲程开始时进气门已有一定开度，在进气冲程中获得较大进气通道截面，减少进气阻力，使新鲜气体能顺利地充入气缸。
（2）进气迟后角 进气门在活塞运行至进气冲程下止点后、压缩冲程中才关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角，用β表示。一般β=20°～60°。
活塞到达进气冲程下止点时，由于进气阻力的影响，气缸内的压力仍低于大气压，且气流还有相当大的惯性，进气迟关，可利用大气压力和气流惯性，增大进气量。
下止点过后，随着活塞的上行，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度也逐渐减小。若β过大，便会将进入气缸的气体重新压回进气管，使发动机充气效率下降。
（3）进气持续角 进气门从开启至完全关闭的持续时间内所对应曲轴转角，即进气持续角，其值=α+180°+β。
3.排气门早开迟关与排气配气相位
排气门早开迟关，废气在气体膨胀压力作用下自动排出，因而使气缸内的压力迅速降低，减少排气阻力，并利用气流惯性，使缸内废气尽可能排净。
（1）排气提前角 在做功冲程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角，用γ表示。一般γ=30°～80°。
（2）排气迟后角 活塞越过排气上止点后，在下一循环的进气冲程中排气门才关闭。从上止点到排气门完全关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角，用δ表示。一般δ=10°～35°。
活塞到达排气上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，废气气流仍有较大惯性，排气门迟关有利于缸内废气排除。
（3）排气持续角 排气门从开启至完全关闭的持续时间内所对应的曲轴转角，即排气持续角，其值=γ+180°+δ。
4.气门重叠与气门重叠角
由于进气门早开、排气门晚关，在排气终了和进气刚开始即排气上止点附近，存在两个气门同时开启的现象，这种现象称为气门重叠。进、排气门同时开启时间对应的曲轴转角，称为气门重叠角，其大小等于进气门早开角α与排气门迟后角δ之和，即气门重叠角=α+δ。
进、排气门重叠时间极短，进、排气流来不及改变各自的流动方向和流动惯性。合适的气门重叠角，不会出现废气倒流进气道和新鲜气体随废气一起排出的现象。
5.配气相位图
综上所述，气门早开迟关，是为了满足进气充足，排气干净，增大充气，提高发动机功率的需要。将进、排气门的实际开闭时刻和开启过程，用曲轴转角的环形图来表示，这种图形称为配气相位图，如图3-71所示。
图3-71 配气相位图
配气相位中进气提前角α、进气迟后角β、排气提前角γ、排气迟后角δ的大小，对发动机性能都有很大影响。
进气提前角α大或排气迟后角δ大，使重叠角（α+δ）增大时，将导致废气倒流、新鲜气体随废气排出的现象，对汽油机则直接造成燃料的浪费；相反，若气门重叠角过小，则使得进气阻力增大或“浪费”废气气流惯性。
对发动机性能影响最大的是进气迟后角β。β过小，进气门关闭过早，影响进气量；β过大，进气门关闭过晚，进入气缸内的气体重新压回到进气道内，影响发动机的进气量。
排气提前角δ过大，高温高压气体过早排出气缸，造成发动机功率下降，油耗增大，排气管产生放炮等现象。但排气提前角过小，则排气阻力增大，增加发动机功率消耗，还可能造成发动机过热。
实际中，气门究竟何时打开，又何时关闭最为合适？合理的配气相位是根据发动机结构形式、转速等因素通过反复试验确定的，由凸轮的形状及配气机构保证。
需要指出的是，传统发动机上的配气相位，只有当发动机在某一特定转速下运转时才是最合适的。随着电子控制技术在汽车发动机上的推广应用，配气相位随转速、负荷变化而自动调整的可变配气发动机也越来越普遍，如丰田的VVT-i、本田的VTEC、奔驰的VALVETRONIC装置等。
发动机工作时，配气机构的各个零件，如气门、挺杆、推杆等都会受热膨胀而伸长，如果气门及其传动件之间不留间隙，则在热态时，就会因受热膨胀而顶开气门，破坏气门与气门座之间的密封，造成发动机在压缩和做功行程中漏气，而使功率下降。为消除这种现象，通常配气机构在常温装配时，须留有一定的间隙，此间隙称为气门间隙，如图3-72所示。
图3-72 气门间隙
气门间隙的大小由发动机制造厂根据试验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙为0.25～0.3mm，排气门间隙为0.3～0.35mm。如果气门间隙过小，发动机在热态下可能会漏气，导致功率下降，甚至将气门烧坏，发生气门撞击活塞的事故。气门间隙过大，则传动零件之间以及气门与气门座之间将产生撞击并发出响声，加剧了零件的磨损，同时也会使气门开启的持续时间减少，气缸的充气及排气情况变差。
采用液力挺杆的发动机，可自动调节气门间隙，故不需要预留气门间隙。
普通发动机，其配气相位和气门升程仅在特定工况（负荷、转速）下为最佳值。可变配气相位控制机构则能随发动机转速、负荷、水温等运行参数的变化，适当地调整配气正时和气门升程，使发动机在多种工况下均能达到最高效率。比较有代表性的可变配气相位控制机构有可变配气正时及气门升程机构和可变气门正时机构。
1.可变配气正时及气门升程机构（VTEC）
装有VTEC机构的发动机每个气缸配置有两个进气门和排气门，分别称为主进（排）气门和次进（排）气门，由对应的主次凸轮、主次摇臂驱动，如图3-73所示。
图3-73 可变气门控制机构（VTEC）
（1）VTEC的结构 VTEC的结构组成及低速工作情况如图3-74所示。在凸轮轴上，对应的每个气缸铸有三个不同升程的凸轮，分别称为主凸轮、次凸轮和中间凸轮。中间凸轮按发动机双进、双排气门工作最佳输出功率的要求设计，其升程最大；主凸轮升程小于中间凸轮，按发动机低速、单气门开闭要求设计；次凸轮的升程最小，其作用是仅在发动机怠速运行时，打开次气门。
图3-74 VTEC的结构组成及低速工作情况
与主、次进气门接触的摇臂分别称为主、次摇臂。位于主、次摇臂之间的中间摇臂不与任何气门直接接触。三个摇臂并列在一起，均可在摇臂轴上转动。中间摇臂的一端和中间凸轮接触，另一端在低速时可自由活动。三个摇臂在靠近气门一端均有一个油缸孔。油缸中分别安装有由油压控制的正时活塞、主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞。
VTEC不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂油缸内，和中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内，次同步活塞和弹簧一起则位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液压油道相通，液压油来自工作油泵，油道的开启由ECM通过VTEC电磁阀控制。
（2）VFEC的控制原理 VTEC机构是采用一根凸轮轴上设计两种（高速型和低速型）不同配气定时和气门升程的凸轮。VTEC的控制原理如图3-75所示。ECM接收发动机的转速、负荷、水温及车速信号，经分析计算处理后，输出信号控制电磁阀的开闭，实现对配气正时及气门升程变化的控制。
图3-75 VTEC的控制原理
发动机低速运行时，ECM无指令输出，正时活塞无油压作用，活塞位于各自的油缸内，各摇臂均独自上下运动，如图3-74所示。主、次摇臂分别由主、次凸轮驱动，主气门按正常的时间和高度开启，次进气门由于次凸轮的高度小而稍稍打开，以防止燃油阻塞进气口；中间摇臂由中间凸轮驱动，但对进气门的开启无任何作用，进、排气门重叠角和升程都较小，满足了低速工况的需要。此时发动机处于单进双排工作状态，吸入的混合气不到高速时的一半。由于仍然是所有气缸参与工作，所以运转十分平顺和均衡。
发动机在高速、大负荷（即转速≥2000r/min、车速≥10km/h、水温≥10℃，发动机负荷到达一定程度）运行时，ECM输出控制信号，使VTEC电磁阀打开，来自机油泵的油压作用于正时活塞，使正时活塞和同步活塞右移，同步活塞将三个摇臂联锁成为一体，如图3-76所示。主、次摇臂均由中间凸轮驱动，因中间凸轮的升程大于另两个凸轮，从而改变了配气正时，增大了进、排气门重叠角和升程，适应了发动机高速工况的需要。
图3-76 发动机高转速时VTEC的控制原理
2.可变气门正时机构（VVT-i）
（1）可变气门正时机构的结构 可变气门正时机构的基本结构如图3-77所示，主要由可变气门凸轮正时调节器、油压控制阀（OCV）、曲轴位置传感器（CKP）、凸轮轴位置传感器（CMP）及发动机管理系统（PCM）等组成。CKP将发动机转速信号传给PCM，CKP将气缸识别信号传给PCM。PCM经分析、计算，发出指令，输出电流（占空比）控制OCV，改变OCV的高压油通道。OCV控制可变气门正时执行器调节进气凸轮轴相位，以使气门正时达到最佳。
图3-77 可变气门正时机构的基本结构示意图
VVT-i凸轮正时调节器的结构如图3-78所示，其由固定在进气凸轮轴上的叶片、与从动正时链轮一体的壳体以及锁销组成。叶片与壳组成的空腔，分为气门正时提前室和气门正时滞后室，由凸轮轴正时机油控制阀将压力油传送给提前室或滞后室，促使调节器叶片带动凸轴旋转，达到调整进气门正时，获得最佳的配气相位的目的。
图3-78 VVT-i凸轮正时调节器的结构
凸轮轴正时机油压控制阀的结构如图3-79所示，其主要由滑阀、线圈、柱塞及回位弹簧等组成。工作时，发动机管理系统（PCM）接收各传感器传来的信号，经分析、计算后传给凸轮轴正时压力油控制阀控制指令，接通凸轮轴正时压力油控制阀电源，控制滑阀移动，将压力油输送给凸轮轴正时调节器，提前、滞后或保持位置。当发动机停机时，凸轮轴正时机油控制阀多处在滞后状态，以确保启动性能。
图3-79 凸轮轴正时机油压控制阀的结构
（2）可变气门正时机构的工作原理 可变气门正时机构的工作原理说明见表3-11。
表3-11 可变气门正时机构的工作原理说明
图3-80 可变气门正时机构的正时提前
图3-81 可变气门正时机构的正时延迟
