2.1豐田花冠發動機的結構組成
發動機的結構如圖（2-1）：
圖2-1
圖2-2
此發動機在設計時將發動機活塞的行程設計的很長，是一台長行程發動機，此類發動機在中低速扭力充沛，駕駛性良好，燃燒也完全，能降低hc的汙染，也能節省燃油，曲軸採用偏心放置，相對於曲軸中心來說，缸孔中心向進氣側偏移8mm（圖2-2左）。從而在最大壓力作用時側壓力減小，同時也能改善燃油經濟性。
凸輪軸採用正時鏈條來驅動（圖2-2右）。正時鏈條的壽命長，在正常的使用狀況下，發動機用到報廢都不需要調整與更換，可靠度比正時皮帶高很多。氣門採用新的技術，不使用氣門調隙片，而以直接選配的方法來控制氣門間隙，輕量化使得此發動機使用彈簧係數較低的氣門彈簧，進而降低摩擦損失，行駛起來更加省油。
2.1.1進氣系統:
圖2-3
此發動機氣門採用較小的氣門夾角，且沒有採用傳統的氣門座，而是以雷射在汽缸頭鍍上一層較薄的耐磨耗合金來取代氣門座（圖2-3），使得整個汽缸蓋的體積顯得特別的緊湊、燃燒室空間增大，從而能夠使用較大的氣門，讓進排氣量更大，高速效能得以充分提高。
圖2-4
圖2-5
氣缸蓋採用垂直的進氣道，以增加進氣效率。噴油器安裝在氣缸蓋上，防止燃油附在進氣道壁上，同時減少廢氣排放量。氣缸蓋上水套通路使冷卻效能最優，此外，冷卻水旁通道設定在進氣道下面，以減少部件數量，同時達到減輕重量的目的。
進氣門和排氣門的角度小並設定在29度，以獲得一緊湊型氣缸蓋。採用錐形擠壓式燃燒室，使發動機抗爆燃性和燃油利用率得到提高（圖2-4）。
液壓間隙調節器位於滾針式搖臂的支點，主要由柱塞、柱塞彈簧、單向球和單向球彈簧組成，通過氣缸蓋和內建彈簧提供的發動機機油使液壓間隙調節器工作。機油壓力和彈簧力作用在柱塞上，推動滾針式搖臂抵住凸輪，以調整開啟和關閉氣門期間產生的氣門間隙，從而降低了配氣機構的工作噪音（圖2-5）。
最關鍵的vvt-i系統是通過凸輪軸位置感測器、曲軸位置感測、節氣門位置感測器、空氣流量計和水溫感測器將訊號傳給發動機ecu，再由發動機ecu控制凸輪軸正時機油控制閥來實現系統的正常工作。下面我們來詳細的了解一下它的控制。
圖2-6 vvt-i正時控制器的內部結構
vvt-i系統控制器與進氣凸輪軸耦合的葉片和從動正時鏈的殼體組成。與進氣凸輪軸上的提前或滯後油路傳送機油壓力，使vvt-i控制器實行控制。主正時鏈驅動進氣側的vvt-i控制器外殼的鏈輪，外殼上的另一鏈輪驅動副正時鏈，並同時驅動排氣側vvt-i控制器外殼。
vvt-i控制器（圖2-6）的內部結構主要由控制器外殼、葉輪、鎖銷、葉輪迴位彈簧、端蓋及螺栓等組成。葉輪與凸輪軸是固定的，即為「硬連線」，而控制器外殼與葉輪之間不是硬連線，它們之間可以有相對運動。這一相對運動是由氣門正時提前室和滯後室的容積決定，顯然容積改變即改變了葉輪與控制器外殼之間的相對角度，也就改變了氣門的配氣相位。
因此，當提前室容積增大，滯後室容積減小，葉輪相對於控制器外殼的轉動方向與外殼的轉動方向相同，則凸輪軸的相位也就提早，反之亦然。當發動機停止時進氣凸輪軸多處在滯後狀態，以確保啟動性。
圖2-7
如果液壓沒有傳遞至vvt-i控制器緊接著就啟動發動機，這時候會對發動機vvt-i系統造成損壞。因此，就必須有乙個控制項來對系統進行保護，這就是鎖銷（圖2-7），鎖銷就相當於乙個單向閥，在發動機某種情況下不需要vvt-i系統工作時，就鎖止葉片。而在發動機需要系統工作時，則要開啟鎖銷，使葉片能自由轉動。
回位彈簧的作用是使葉輪回到最滯後的位置，這一位置是發動機停止運轉位置，此時提前室容積最小，鎖止銷在彈簧力作用下被推入控制器外殼的銷孔內，於是外殼與葉輪處於「硬連線」，這有利於發動機正常啟動；當發動機啟動後，由於系統建立了油壓，鎖止銷在油壓的作用下使彈簧被壓縮，隨之鎖止銷從控制器外殼銷孔內脫出，於是外殼與葉輪之間就可以有相對運動，從而實現對提前室和滯後室容積的控制，能同時對進、排氣門的開啟和關閉正時進行控制，也就是能控制進、排氣門開啟和關閉的最大提前角和最大遲閉角。
這一系統根據發動機不同的工作狀態，連續地調節進、排氣門的閉合角度，以實現對凸輪軸相位進行實時智慧型調節，發動機的工作狀態大致分為4個區域（如圖2-8右所示），vvt-i系統根據不同的區域（如圖所示的a、b、c及d區域）可以完全實現對配氣相位進行智慧型調整。
圖2-8
氣門在不同工作狀態下實現的正時功能：
圖2-9
a區域工況（圖2-9）：怠速、輕載、低溫和啟動時，發動機轉速低，進氣量少，為防止出現缸內新鮮充量向進氣管內的倒流，vvt-i控制進氣門相位滯後，排氣門相位提前，即減少了進排氣門的疊開角，以便穩定燃燒，增加低速轉矩，提高燃油經濟性和環保性。
圖2-10
b區域工況（圖2-10）：中等載荷，發動機屬於正常工況，為了降低nox排放，vvt-i控制提早進氣門開啟角，推遲排氣門關閉角，其目的是讓部分廢氣倒流入進氣管，降低了進入到汽缸的氧含量和混合氣的燃燒溫度，起到提高內部egr率的效果，從而降低nox的排放；另一方面，這一配氣相位的好處也能降低幫浦氣損失，改善燃油經濟性。
圖2-11
c區域工況（圖2-11）：高速、過載，由於發動機轉速較高，相當於發動機的換氣時間縮短，因此，vvt-i控制排氣門開啟角度提前，同時應推遲進氣門遲閉角，以最大程度低利用高轉速時的氣流慣性，充分進行過後充氣，提高充氣效率，滿足發動機高速時動力性的要求。
圖2-12
d區域工況（圖2-12）：低中轉速、大負荷vvt-i控制排氣相位，使之適當推遲，即排氣門開啟角推遲，同時控制進氣門相位提前，即減小進氣門遲閉角，這樣可提高充氣效率，減小進氣損失，使發動機獲得最大轉矩。
2.1.2燃油系統:
圖2-13
採用了無回油系統，以減少燃油蒸氣排放量，與燃油幫浦合為一體的燃油濾清器、壓力調節器、燃油油位感測器和燃油切斷閥，可以斷開發動機部件的回油，並能防止燃油箱內部溫度公升高，見圖（2-13）。燃油幫浦使用快速聯結器連線帶燃油軟管的燃油管，以提高維護的方便性，噴油器為12孔型，以提高燃油霧化程度。
2.1.3點火系統:
圖2-14
採用了直接點火系統（dis）,dis能提高點火正時精度，減少高壓損失（見圖2-14）。取消了分電器，增強了點火系統的可靠性，dis是乙個獨立的點火系統，每個汽缸有乙個點火線圈（帶點火器）。dis共提供4個點火線圈，每個汽缸乙個點火線圈，與點火線圈一體的火花塞帽與火花塞相接觸。
同時，點火器是封裝的，以簡化系統。
2.1.4 發動機缸體:
汽缸體圖（2-15）採用輕質鋁合金製造，薄的鑄鐵襯套和汽缸體作為乙個部件壓制而成，襯套較薄，汽缸體的汽缸孔間相距7mm,因此不能鏜缸，缸套有刺狀突起，大面積的不規則鑄件外表面可加強缸套和鋁缸體間的附著力，利於散熱、降低整體溫度及減小氣缸孔熱變形。在汽缸體上設定了水幫浦渦流室和進氣道，進氣道孔設定
圖2-15
在汽缸體曲軸軸瓦區域，因此，空氣在汽缸體底部平穩流過，脈動損失減少，發動機輸出效能得到改善，曲軸軸瓦蓋採用梯形架結構，以提高剛性，降低雜訊，汽缸體的後部加工成圓錐形，以改善與變速驅動橋的連線剛性。
2.1.5 冷卻系
圖2-16
冷卻系統（圖2-16）為全封閉、強制迴圈型。帶旁通閥的節溫器位於進水軟管上，以保持冷卻系統溫度分配適當。採用鋁散熱芯，以減輕重量。
在汽缸體上發動機冷卻液採用u形回流，以確保發動機冷卻液平穩流動。此外，汽缸蓋和汽缸體上的旁通道是封閉的。熱水由發動機送到節氣門以防止結冰。
散熱器儲液罐和風扇護罩被組合成型，以減少部件數量。單冷卻風扇（圖2-17）維持冷卻系統和空調兩者的運轉效能。
圖2-17
2.1.6 控制系統:
圖2-18
圖2-19
發動機控制系統（圖2-18）包括以下部分：電子燃油噴射系統、智慧型節氣門電控系統、esa電子點火提前角、雙vvt-i智慧型可變氣門正時、燃油幫浦控制、加熱型氧感測器和空燃比感測器加熱器控制、燃油蒸汽排放、發動機停機系統、冷卻風扇控制。燃油幫浦控制系統接收來自srs感測器的訊號，當汽車發生正面碰撞氣囊展開時，採用燃油切斷控制停止燃油幫浦。
發動機ecu檢測到來自氣囊感測器總成的氣囊展開訊號，並關閉電路斷路繼電器。啟用燃油切斷控制後，將點火開關從off切換至on可取消燃油切斷控制，並可重新啟動發動機。如圖2-19中氣囊感測器總成與發動機ecu之間採用can匯流排進行通訊。
2.2豐田花冠發動機工作原理分析
2.2.1工作原理
圖2-20
圖2-21
vvt-i包含凸輪軸位置感測器和凸輪軸正時液壓控制閥。發動機ecu依據曲軸位置感測器、空氣流量計和節氣門位置感測器的訊號確定對葉輪正時的控制指令，液壓控制電磁閥根據ecu來的控制訊號推動滑閥（如圖2-20）。壓力油在滑閥的控制下有兩個方向的流動，乙個方向是使提前室容積增加、滯後室容積減小，另乙個方向是提前室容積減小、滯後室容積增加，前者配氣相位提早，後者配氣相位推遲。
當ecu判斷不需要調整配氣相位時，發出保持訊號，使滑閥處於中間狀態，即壓力油不流動，提前室與滯後室容積不變，凸輪軸相位也不變。由於各種原因，vvt-i控制器對凸輪軸的控制不一定準確地把凸輪軸位置調整到與氣門相應的理想位置。因此，凸輪軸位置感測器的作用就是檢測凸輪軸的實際位置，並把這一位置訊號反饋給ecu，對目標葉輪正時進行控制，使凸輪軸的位置精確地處於理想的相位。
與此同時，ecu還把水溫感測器和車速感測器訊號作為修正訊號，也對目標葉輪進行修正控制（如圖2-21），以根據發動機工作狀態實時地對正時相位進行調整。
(1)提前狀態根據來自發動機ecu的提前訊號，凸輪軸在提前位置，總油壓作用到正時提前側葉片室，使凸輪軸向正時提前方向轉動（如圖2-22）。
圖2-22 凸輪軸正時機油控制閥（提前狀態）
(2)滯後狀態根據來自發動機ecu的滯後訊號處在滯後位置，總油壓作用在正時滯後側葉片室，使凸輪軸向正時滯後方向轉動（如圖2-23）。
圖2-22 凸輪軸正時機油控制閥（滯後狀態）
(3)保持狀態發動機ecu根據移動狀況計算出預定的正時角，預定正時被設定後，使凸輪軸正時機油控制閥在空擋位置，保持氣門正時直到移動狀況改變。調整氣門正時在預期目標位置，防止發動機機油在不必要時流出。凸輪軸正時機油控制閥位置處在保持位置（如圖2-24）。
圖2-22 凸輪軸正時機油控制閥（保持狀態）
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