本田VTEC发动机工作原理

第一章VTEC配气机构的基本结构和工作原理

1.1VTEC配气机构基本介绍

配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门，向气缸供给可燃混合气或新鲜空气并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封，进饱排净，四行程发动机都采用气门式配气机构。

VTEC发动机每个汽缸都装备了同普通气门一样动作的4个气门：2个排气门、1个主进气门和1个副进气门；每个汽缸进气凸轮均有3个，其轮廓均不相同，即气门升程和持续开启角均不相同，中间凸轮的升程、气门持续开启角主凸轮和副凸轮都大，如图1-1所示。

图1-1 各阶段气门以及凸轮位置状况

在发动机低速状况下，2个进气门由它们各自的凸轮（主、副凸轮）来控制，主凸轮的升程和气门持续开启角较大，由主进气门供给汽缸混合气，而副凸轮的升程和气门持续开启角极小，此时副进气门打开很小的一个角度，正好能阻止汽化的汽油沉积在气门头上，防止燃油积留在副进气门及管道内，而且这种设计还可使燃烧室内形成涡流，从而获得良好的低速扭矩和响应性；当发动机需要输出较大功率时，3个摇臂由电控液压系统锁在一起而同步动作，2个同步活塞使3个摇臂串在一起，如图1-2所示。此时，主、副进气门通过中间摇臂联接成一个整体，

由中间凸轮（高速凸轮）来控制，2个进气门以相同的升程运动，而主、副摇臂不再与它们各自的凸轮（主、副凸轮）接触，直到VTEC系统关闭为止，这样在高速时也能获得良好的扭矩特性。[1]

图1-2 发动机大功率时3个摇臂同时工作

1.2气门摇臂组结构与工作过程

在进气门摇臂轴上，每个汽缸有3个摇臂并排在一起，其中主、副摇臂都是驱动气门，中间摇臂压在一个内装弹簧的失效器上。在主摇臂内有一油道与摇臂轴油道相通，在主摇臂的腔内有一正时液压活塞；右边副摇臂腔内有一同步活塞，在正时液压活塞与同步柱塞间有一回位弹簧，如图1-3所示。单气门与双气门操作的切换依靠发动机转速来完成，为了帮助切换，在主摇臂上装有一个正时板。在发动机转速较低时，正时板在弹簧的作用下挡住正时液压活塞向右运动，在发动机转速升高后由于离心力和惯性力的存在，使得正时板克服弹簧作用力而取消对正时活塞的锁止，并在控制油压的作用下使正时活塞向右运动，使单气门操作状态转换为双气门操作状态，如图1-2所示，由双气门变为单气门操作则相反。

图1-3 气门摇臂组结构

1.3控制系统结构与工作过程

VTEC的控制系统主要由电控单元、控制电磁阀、控制液动阀、压力开关等组成，主要是采用不同的进气凸轮改变气门升程和定时，其接通与关闭由控制单元根据发动机转速、发动机负荷、车速、冷却水温度、VTEC压力开关等信号确定在气缸盖旁有VTEC控制阀总成，位于控制阀体三角形板上的圆柱形电磁阀为VTEC 控制电磁阀，在阀体上横置的另一电器元件即为VTEC压力开关，在阀体内部有一液压执行阀。在控制电磁阀没有打开时，在弹簧力的作用下液压执行活塞在最高位置，这时机油经活塞中部的孔流回油底壳，如图1-4所示。[2]

图1-4 VTEC控制系统

当发动机高速运转时，控制电磁阀接收到控制单元的信号而打开，接通油路，一部分机油便流到液压控制活塞的顶部，使活塞向下运动，关闭回油道，使机油经活塞中部的孔沿摇臂轴流到各气门摇臂的液压腔，流入正时活塞左侧，如图1-5所示，使同步活塞移动，将主、副摇臂和中间摇臂锁成一体，一起动作，使气门开启时间延长，开启的升程增大，从而达到改变气门正时和气门升程的目的。压力开关负责检测系统是否正处在工作状态并将信号传送给控制单元。[3]

图1-5 VTEC阀工作原理

第二章VTEC系统电磁阀故障检修

2.1VTEC电磁阀故障分析检修

当仪表板上的发动机故障指示灯（MIL）被点亮时，通过鉴定方法进行故障代码的读取，若故障代码（DTC）为21，则表明发动机VTEC电磁阀或其电路有故障。此时按下述方法进行故障分析。

(1) 重新设置ECM/PCM（即清除故障代码）并再次启动发动机（必要时可进行路试），重新读取故障代码。如果MIL不再闪烁故障代码21，则说明VTEC 系统只是存在间歇性故障。此时应该检查VTEC电磁阀与ECM/PCM的连接导线不良的现象。

(2) 如果MIL仍闪示故障代码, 关闭点火开关,拆开VTEC电磁阀插头，如图2-1所示，检查VTEC电磁阀插头1号端子与车体搭铁之间的电阻如果被测电阻值，如果不在14-30 欧姆范围内，则说明VTEC电磁阀有故障，应更换。

图2-1 检查VTEC电磁阀的电阻

(3)如果步骤2检测的电阻值为14-30欧姆，则应按图2-2所示检测VTEC 电磁阀插头1号端子与ECM/PCM插头端子B12之间的导通情况。

图2-2 检查VTEC电磁阀导通情况

如果检测结果为不导通，则说明ECM/PCM的端子B12与VTEC电磁阀插头之间的绿/黄导线有断路故障。

(4) 如果步骤3的检测结果为导通，则按图2-2所示检查VTEC电磁阀插头1号端子与车体搭铁之间的导通情况，如果检测结果为导通，则说明ECM/PCM 的端子B12与VTEC电磁阀插头之间的红/黄导线有短路故障。

(5) 如果步骤4的检测结果为不导通，则连接VTEC电磁阀插头,拆下10mm 直径的螺栓，装上专用工具低压压力表（07406-0770001）和机油压力表接头（07NAJ-P070100）,连接转速表,驱动并运转至发动机达到正常工作温度（冷却风扇转动）。

检测发动机转速分别为1000r/min、2000r/min和4000r/min时的机油压力值。注意：应尽量缩短测量时间（不要超过1min），因为发动机是在无负荷状态下工作的。如果检测的机油压力均高于49kPa,则应检测VTEC电磁阀是否有故障，必要时予以更换。

(6) 如果步骤5检测的机油压力均低于49kPa，则关闭点火开关,拆开VTEC 电磁阀的电插头,将蓄电池的正极与VTEC的红/黄端子相连接。

启动发动机，检查发动机转速为3000r/min时的机油压力值。如果此时的机油压力低于250kPa,则应检查VTEC电磁阀是否有故障，必要时予以更换，如果此时的机油压力高于250kPa，则用一个确信无故障的ECM/PCM进行替换，并再次检查。如果此时车辆的故障症状和MIL的故障显示均不再出现，则更换原来的ECM/PCM。[4]

2.2对故障代码为“21”、“22”的分析

使用解码器测得汽车出现故障21或22，则表明汽车的VTEC系统电磁阀出现故障。

故障21，22分别代表的故障为：

故障代码21表示VTEC可变气门电磁阀控制线路不良；

故障代码22表示VTEC可变气门油压开关线路不良。[6]

VTEC系统工作条件:

(1) 采用VTEC-E系统在引擎转速2500RPM以上时,车速达5KM/HR以上,水温在-5.3℃以上且引擎进气为负压力条件时,主电脑A4脚会输出+12伏特电压控制电磁阀打开,使进气门开启行程增加。

(2) 采用VTCE系统在引擎转速4800RPM以上,车速达20KM/HR以上(手排),或5KM/HR以上(自排),水温在60℃以上,且引擎进气为负压力条件时,主电脑A4脚会输出+12伏特电压,使电磁阀作用,使进气门开启行程增加。

(3) 电磁阀线圈内部电阻为14-30欧姆。

(4) 可变气门压力开关在KEY-OFF时,压力开关内接点是导通的。

(5) 接上油压表,当引擎转速在1000,2000,和4000RPM时,油压应在0.5kg/cm2以上。(7PSI)否则表示VTEC电磁阀没有打开。

(6) 直接将VTEC电磁阀通电打开,并将引擎加速到3000RPM,油压应在2.5kg/cm2(36PSI)以上,否则表示机油泵不良或润滑系统漏油。[5]

2.3 VTEC电磁阀的检查

通过VTEC系统基本结构和工作原理的分析表明故障基本为电磁阀的堵塞所引起。以下是它的检修流程。

(1)从气缸盖上拆下VTEC电磁阀总成，检查其滤清器是否堵塞。如果堵塞，则应更换机油滤清器和发动机机油，同时必须更换电磁阀的密封垫（部分密封垫要求一旦拆下便应更换）。

(2)如果电磁阀滤清器未堵塞，则用手指推动VTEC电磁阀，检查其上、下运动情况。

(3) 如果VTEC电磁阀手检正常，则应按上述故障分析中介绍的方法检查发动机机油压力。[7]

2.4 实例分析一

广州本田雅阁2.3L轿车“CHECK ENGINE”异常亮起。

故障现象：一辆广州本田雅阁2.3L轿车，故障灯“CHECK ENGINE”异常亮起。

故障排除：用故障指示灯(MIL)显示故障诊断代码(DTC)为21，含义为VTEC 电磁阀电路有故障。

该发动机型号为F23A3，SOHC电子控制程序多点燃油喷射，且配置三元催化转化器。该发动机装备有可变气门正时和气门开度系统VTEC，其目的是用来改善低转速时发动机扭力和高转速的功率。

VTEC系统是由发动机电脑根据转速信号、车速信号、水温信号和发动机负荷信号进行控制。当发动机转速在4800r/min以上，车速达20km/h以上，水温在60℃以上，且发动机进气为负压等条件时，主电脑B12输出12V电压，使位于气门室罩左后方的液压管道控制电磁阀打开，让油压作用在VTEC系统的传动机构上，从而增加进气门开启行程。电磁阀线圈的内部电阻为14-30Ω。若该电磁阀及其线路不良，就会产生发动机故障代码“21”。

电磁阀下方的油压开关，通过油压信号来监测电磁阀是否动作，若电磁阀不打开，则压力开关的电阻值为0Ω。此车的情况是，在高速行驶后恢复怠速状态，电磁阀仍有12V电压，意即压力开关仍处于断开状态，于是发动机电脑判定VTEC 系统有故障。检查压力开关线路，有12V电压输出及负极回路搭铁良好，说明问题在压力开关本身工作不良。检查机油清洁度，发现比较脏，急需更换。拆下压力开关清洗，并用压缩空气吹干，测量内部电阻为0Ω，说明压力开关良好，从而推论是油垢粘污压力开关内接点，使其闭合后仍处于断开状态，因此产生发动机故障码“22”。

经油品化验，机油严重变质，可能是使用劣质机油引起。装回压力开关，并更换了VTEC电磁阀滤清器及O形密封圈，发动机也换了三滤和机油，再通过拔掉发动机室中的保险/继电器盒内的BACK UP(7.5A)熔丝10s后，清除故障码，然后进行路试，故障警示灯不再异常亮起。

2.5 实例分析二

故障现象，一辆2005款广州本田雅阁2.4轿车，行驶里程为25000km，出现加速缓慢、动力不足的故障现象。

故障诊断与排除，根据车主描述，首先用检测仪对PGM-FI系统和A/T系统进行检测，没有故障码。D挡和R挡的失速都是2500r/min，正常。进行时滞试验：D挡为1.1s，R挡1.2s，各个挡的反应都正常。对发动机及自动变速器进行基础检查，结果也正常。

用检测仪对PGM-FI系统进行动态数据流的读取，进气压力传感器、节气门位置传感器、点火正时、喷油时间、VTEC电磁阀等与动力相关的数据结果都正常。接着对汽车进行路试，发现故障在发动机转速为2300～2600 r/min时最明显，只能通过加大油门才能使汽车提速。考虑到在2300～2600 r/min时正是VTEC系统开始工作的时候，那么动力下降是否与VTEC系统有关呢？把原VTEC电磁阀的导线插头断开，并与新电磁阀相连，再给新电磁阀接一条地线，然后用电工胶布临时固定，以防止其出现短路现象。这样原车的电磁阀原封不动，只是导线接到新电磁阀上，这样做主要是为了让VTEC系统失效。试车后，发现VTEC系统失效前与失效后的区别不大，行驶时同样感觉加速缓慢、动力不足。因此，可以肯定VTEC系统有故障。

首先测量系统的油压，当发动机3000r/min时，接通电磁阀，测量其工作油压为2.0kgf/cm2 ( 1kgf/cm2=98kPa)，不正常(标准油压大于2.5kgf/cm2）；发动机机油压力为3.5kgf/cm2，油压正常。为何VTEC系统的工作油压过低,通过拆检电磁阀总成，发现VTEC电磁阀的滤清器严重堵塞；检测电磁阀电阻为14.8Ω，通电试验，其工作正常。经过分析认为，系统工作油压低是由于滤网堵塞引起的。于是清洗电磁阀的滤清器，将电磁阀重新安装好，启动发动机，在检测条件下测

量VTEC系统油压，其油压为2.6kgf/cm2，VTEC系统工作正常。

2.6 维修小结

“加速缓慢、动力不足”，这在电控发动机当中是一种常见的、综合性的故障。在排除配置有VTEC系统的电控发动机这类故障时，除了要考虑其它相关系统外，还必须考虑VTEC系统对加速性能的影响。特别是VTEC系统出现故障，而用专用电脑检测仪又无法读取故障码的情况下，往往VTEC系统的故障被忽略。

第三章其他机件的检修

VTEC系统一般故障主要出现在它的电磁阀上，但有时其他机件也会出现机械方面的故障。

3.1 滞差动作总成的检修

在雅阁轿车上滞差动作总成装于汽缸盖上。检查时，先将此总成从汽缸盖上拆下来，然后用指尖推动柱塞，如果柱塞不能平滑运动，应予以更换。[9]

3.2 正时板同步总成

正时板和回位弹簧装在进气摇臂轴的凸轮轴支架上，如图3-1所示。

图3-1 正时板总成

A-正时板 B-回位弹簧 C-同步活塞

检查时，应查看正时板、回位弹簧和套管有无划痕或裂纹，有无因过热而变色等现象，检查弹簧是否可靠地连接在凸轮轴支架和正时板上。

3.3 同步组件的检修

在拆下摇臂总成之后，应将摇臂与同步组件分离，以便进行如下检查。一是检查正时弹簧，如有异常应更换；二是检查摇臂和同步活塞有无磨损、卡滞、擦

伤，有无过热迹象（变蓝），必要时予以更换；三要从凸轮轴支架上拆下机油控制喷嘴，清洗后再装上。[8]

3.4 VTEC系统摇臂机构的检查

VTEC系统摇臂机构为整个系统的动作执行机构，其工作不正常将直接影响整个系统及发动机配气机构的工作。因此，对此机构的检查相当重要，一般有两种检查方法：手动检查及特殊工具检查。

3.4.1 手动检查

气门间隙及配气正时正确的情况下，拆开气门室盖，摇转曲轴，带动凸轮轴转动，观察进气门摇臂是否都能正常运动。再逐缸在凸轮的基圆上（该缸活塞处于上止点TDC位置），用手指按动中间进气摇臂观察中间进气摇臂应能单独灵活运动，否则说明此机构有故障，应将中间进气摇臂、主进气摇臂和副进气摇臂作为整体拆下，检查中间和主摇臂内的活塞，活塞应能平滑地移动。否则应视情况修理或更换。如果需要更换摇臂，应将中间、主、副摇臂作为整体更换。

3.4.2 专用工具检查法

专用工具检查法是指用压缩空气模拟压力机油对系统机构进行检查，在检查前先进行上述手动检查，以保证在气门间隙及配气机构运动正常的前提下进行该项检查。注意：在使用气门检查工具之前，应确保接于空气压缩机上的气压表读数超过400kPa; 用毛巾盖住以保护正时皮带。专用工具检查法是指用压缩空气模拟压力机油对系统机构进行检查，在检查前先进行上述手动检查，以保证在气门间隙及配气机构运动正常的前提下进行该项检查。注意：在使用气门检查工具之前，应确保接于空气压缩机上的气压表读数超过400kPa; 用毛巾盖住以保护正时皮带。

检查操作步骤：

(1)拆开气门室盖，用专用工具堵住释气孔，如图3-2所示。

图3-2 专用工具堵住释气孔

(2)在摇臂轴末端有一用螺钉封住的检查孔，将此孔的密封螺钉拆掉，然后连接气门检查工具，如图3-3所示。注意：重新拧紧密封螺栓前，擦去螺栓螺纹和凸轮轴托架螺纹上的油垢。

图3-3 气门检查工具的连接

(3)在检查孔处接上一个专用接头，再通过这个专用接头接上压缩空气管道，然后再通入大约400kPa的气压，作用于摇臂的同步活塞A和B上。

(4)这时同步活塞仍应不向外移动，然后再向上扳动正时板，如图3-4所示，当正时板被扳高到2～3mm时，同步活塞应弹出，将中间进气摇臂与主、副进气摇臂联接为整体，参见图1-3，仔细观察同步活塞的接合是否灵活自如。注意：

可从中间摇臂、主摇臂和副摇臂之间的间隙处看到同步活塞；将正时板嵌入正时活塞上的凹槽内时，活塞便被锁定在弹出位置；向上推动正时板时，用力不要太大。

图3-4 正时板的位置

(5)保持压力时，确保主进气摇臂和副进气摇臂通过活塞连接在一起，当用手推中间进气摇臂时，它与主进气摇臂和副进气摇臂之间不应有相对运动（中间摇臂应不能单独活动）。如果中间摇臂能单独活动，则应将中间进气摇臂、主进气摇臂和副进气摇臂作为整体进行更换。

(6)停止向同步活塞A和B施加气压，向上推动正时板。这时，同步活塞应回到原来位置，同步活塞A和B应脱开啮合，3只摇臂间相互在凸轮上，并被良好地压缩。

(7)拆下专用工具，检查每个游动件总成能否平滑地移动，如果不能平滑地移动，则应更换游动件总成。无运动干涉，否则应将进气摇臂作为整体进行更换。

(8)用手指按动每一失效器总成，看失效器是否能将中间摇臂压.

(9)检查完毕后，MIL（故障警示灯）应不亮。[10]

第四章总结

本文从VTEC的基本结构的分析及工作原理的剖析出发，重点阐述了VTEC 电磁阀的故障特点，并就故障代码“21”，“22”的故障作了详细的分析，针对故障的表现形式进行诊断解决了故障。同时，就VTEC其他基本组件的常见故障进行了基本的介绍并对相应的故障进行了分析，针对故障现象提出了各部件的维修方法，从理论上阐述了本田VTEC配气机构工作原理及故障诊断的途径。另外，本文从实例出发，经过理论知识及专业知识的应用，重点分析了广州本田雅阁2.3L轿车“CHECK ENGINE”异常亮起故障现象、原因及其维修方法，使理论联系实际，发挥了专业特色。

参考文献

[1] 李东江，边伟，广州本田系列，北京：北京理工大学出版社，2005.1

[2] 闵永军，汽车故障诊断与维修技术，高等教育出版社，2004

[3] 赵龙庆，本田公司的VTEC系统及检修要点，汽车研究与开发，1997年 05期

[4] 杨月海，李建厅，本田VTEC系统结构原理与故障检修，汽车维修与保养，2005年 07期

[5] 连本本，解说本田雅阁i-VTEC发动机，轻型汽车技术，2006年07期

[6] 解云，本田雅阁轿车VTEC系统的检修，汽车维修，2007年02期

[7] 孟庆双，本田轿车VTEC发动机可变配气相位结构及维修，山东交通科技，2003年 02期

[8] 李陆山，本田公司的VTEC系统，汽车运用，2000年 02期

[9] 关乔，梁宏毅，广州本田雅阁轿车发动机的VTEC技术，世界汽车，1999年 11期