2.3 配气机构的工作流程
学习配气机构的工作流程，主要是分析力的传递路线，对于电控液压控制的，还要分析液压油和电的流动路线。
1.机械式配气机构的工作流程
配气机构结构复杂，传动及运动件较多，其工作过程比较复杂，下面主要以解放CA6102发动机配气机构和桑塔纳2000AFE型发动机的配气机构为例，从配气机构力的传递路线来了解配气机构的运动规律。
（1）解放CA6102发动机配气机构力的传递路线 如图2-41所示，解放CA6102发动机配气机构属于气门顶置凸轮轴下置齿轮传动式配气机构。
驱动气门打开的力的传递路线：曲轴→曲轴正时齿轮→凸轮轴正时齿轮→凸轮轴→挺柱→挺柱导向体→推杆→摇臂→气门。
使气门关闭的力的传递路线：气门弹簧→气门座圈→气门锁环→气门。
（2）桑塔纳2000AFE型发动机的配气机构力的传递路线 如图2-42所示，桑塔纳2000AFE型发动机属于气门顶置凸轮轴上置齿形带（又称同步带）传动式配气机构。
图2-41 解放CA6102发动机配气机构
1—凸轮轴 2—挺柱 3—挺柱导向体 4—推杆
5—摇臂轴承座 6—摇臂 7—调整螺钉 8—摇臂轴 9—气门弹簧座 10—气门锁环 11—气门油封 12—气门弹簧 13—气门导管 14—气门座圈 15—气门 16—曲轴
图2-42 桑塔纳2000型AFE发动机的配气机构立体示意图
1—曲轴齿形带轮 2—中间轴齿形带轮 3—张紧轮 4—凸轮轴齿形带轮 5—正时齿形带 6—凸轮轴 7—液压挺柱组件 8—排气门 9—进气门 10—挺柱体 11—柱塞 12—止回阀钢球 13—小弹簧 14—托架 15—回位弹簧 16—油缸 17—气门锁片 18—弹簧座 19—气门弹簧 20—气门油封 21—气门
图2-43 配气机构的工作流程
a）气门关闭 b）气门打开 c）气门关闭
驱动气门打开的力的传递路线：曲轴齿形带轮→中间轴齿形带轮→凸轮轴齿形带→凸轮轴齿形带轮→凸轮轴→液压挺柱组件→气门。
驱动气门关闭时力的传递路线：气门弹簧→气门座圈→气门锁环→气门。
配气机构的工作过程如图2-43所示，如发动机不工作时，气门处于关闭状态（图2-43a），那么发动机工作时，曲轴把力传到凸轮轴并通过配气机构的传动路线把力传到摇臂，推开气门并压缩气门弹簧（图2-43b）。凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后，凸轮对挺柱的推力减小，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭，凸轮凸起部分离开挺柱时，气门完全关闭，换气过程结束（图2-43c），发动机进入压缩和做功行程。
由上述过程可知：气门传动组的运动把曲轴的力传到气门使气门开启，气门弹簧释放张力关闭气门；凸轮轴的轮廓曲线决定了气门开闭的时间和规律；每次打开气门时摇臂会紧压气门弹簧，使弹簧积蓄能量，在凸轮凸起部分离开气门时能够可靠地关闭进、排气门，保证发动机能够正常工作；同时，对于四冲程发动机来说，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周，各缸进、排气各进行一次，凸轮轴旋转一周，所以曲轴与凸轮轴转速的传动比为2∶1。
2.电控液压可变气门正时和升程的工作流程
电控液压可变配气系统的气门工作状态的切换由控制系统控制（图2-44），它主要由传感器、控制单元和执行器组成。发动机控制单元ECU根据转速传感器、车速传感器、冷却液温度传感器、负荷传感器等信号进行判断，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节活塞液压系统，使发动机在不同的工况下有不同的配气相位，从而使进气门的开度和正时处于较佳状态。电磁阀开启后，控制系统通过压力开关反馈信号给ECU，以监控系统工作。
图2-44 电控液压可变配气系统
1—液压油道 2—压力开关 3—电磁阀
图2-45 发动机低速运转
1—凸轮轴 2—主凸轮 3—中间凸轮 4—辅助凸轮 5—主摇臂 6—中间摇臂 7—辅助摇臂 8—摇臂轴中心油道 9—摇臂轴 10—止推活塞弹簧 11—止推活塞 12—同步活塞B 13—同步活塞A 14—正时活塞
（1）本田ACCORD（雅阁）F23A和F20B1发动机的VTEC机构工作流程 发动机低速时，VTEC机构的油道内没有机油压力，正时活塞、同步活塞和止推活塞在回位弹簧作用下都处于左端（图2-45），正时板卡入正时活塞，使其不能移动，此时正时活塞和同步活塞正好处在主摇臂内，同步活塞处在中间摇臂内，止推活塞处在辅助摇臂内，使三根摇臂分离，彼此独立工作。主凸轮和辅助凸轮分别推动主摇臂和辅助摇臂，控制两个进气门的开闭。主凸轮升程较大，所以它驱动的气门开度较大；辅助凸轮升程较小，所以它驱动的气门开度较小。这时，中间摇臂虽然也被凸轮驱动，但因为三个摇臂彼此分离独立，所以中间摇臂并不参与工作，对气门动作无影响。因此，发动机低速时，VTEC工作情况和普通发动机相似。
发动机达到某一个设定的高转速（如3000r/min）时，由ECU传来的信号打开VTEC电磁阀，压力机油通过摇臂轴上的油孔（图2-46）进入正时活塞，正时板移出，推动摇臂内的正时活塞，使三根摇臂锁成一体。由于中间凸轮升程最高，摇臂锁为一体后由它驱动，进气门开启时间延长，升程增加。所以发动机高速运转时，VTEC系统改变气门正时和气门升程，使发动机功率和转矩提高。
图2-46 发动机高速运转
1—凸轮轴 2—主凸轮 3—中间凸轮 4—辅助凸轮 5—主摇臂 6—中间摇臂 7—辅助摇臂 8—摇臂轴中心油道 9—摇臂轴 10—止推活塞弹簧 11—止推活塞 12—同步活塞B 13—同步活塞A 14—正时板 15—正时活塞 16—摇臂轴油孔
当发动机转速再次降低到某一个设定的低转速时，VTEC电磁阀断电，切断油路，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，三根摇臂再次分离，独立工作。
总之控制单元将发动机转速、发动机负荷、车速、冷却液温度、VTEC压力开关等信号进行分析处理后，控制系统的动作。当出现下列情况时系统才会动作：
1）由进气歧管压力传感器的数据得到发动机转速高于2300～3200r/min或发动机进入中等负荷以上时。
2）由车速传感器检测到车速高于10km/h时。
3）由冷却液温度传感器检测到冷却液温度高于10℃时。
4）由控制单元发出信号使VTEC电磁阀打开，液压执行阀动作，使气门机构也随之动作。
（2）一汽MAZDA6采用可变气门正时机构的工作流程 在不同的发动机工作状态下，发动机的ECU接收各传感器信号再驱动可变气门正时机构进行不同的调整。
1）在怠速或轻载荷范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后。由于气门重叠量的减少，更少的燃烧气体回流到进气道。这使得怠速得到稳定，提高了燃油经济性，同时确保了在轻载荷下发动机的稳定性。
2）在中度载荷范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大提前，气门重叠量增加，以获得更好的EGR效果，减少了排出气体中NOx的含量，并降低了发动机充气损失和燃烧温度。由于未燃烧气体的再燃烧，使得碳化氢的排放量也得到降低。
3）在重载荷、中低速范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大提前，进气门关闭时刻较早，以获取大功率用以提高中低速转矩。
4）在重载荷、高速范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大滞后，进气门关闭时刻滞后，以获得大功率用以提高最大输出功率。
5）当温度低时，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后，气门重叠量被调至最小，用以防止燃烧气体回流到进气道，并且可降低低温时的额外喷油量。此方式可提高燃油经济性，并且使得快怠速得到稳定。
6）当发动机起动或停止时，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后，气门重叠量被调至最小，从而防止燃烧气体回流到进气道，并使发动机稳定性得以提高。