2AZ发动机简介

配气机构-----------------------------------------8
正时系统-----------------------------------------9
缸体-----------------------------------------10
活塞连杆与曲轴-----------------------------------------12
配气机构
配气机构由气门传动组和气门组组成。
图七、气门组件凸轮轴机械挺柱
气门传动组包括凸轮轴和挺柱。凸轮轴材料为铸铁，挺柱材料为合金钢，与现代很多发动机都采用液压挺柱不同的是，该发动机的挺柱仍为机械式，其直径为D=30.94 mm，高度h=15.34mm。凸轮直接驱动挺柱，挺柱驱动气门，省去了摇杆机构，传动质量小，减小了摩擦耗功。
VVT的原理及其优点
VVT是英文缩写，全称是“Variable Valve Timing”，中文意思是“可变气门正时”。本发动机的控制器安装在进气凸轮轴上的，称为螺旋槽式VVT－i。螺旋槽式VVT－i控制器（如下图）包括正时皮带驱动的齿轮、与进气凸轮轴刚性连接的内齿轮，以及一个位于内齿轮与外齿轮之间的可移动活塞，活塞表面有
2AZ/FE这样布置的优点在于，取消了发动机外三通管，使两曲轴箱通风口分别位于罩盖的两端，避免了通风管的集中，使气流运动受干扰；同时缩短了通风管的长度，这样就可使发动机在整车前舱易布置且布置美观。
缸盖
该发动机为直列四缸，电子控制多点燃油喷射（非1AZ/FE的缸内直喷形式），16气门双顶置凸轮轴，半球型燃烧室，火花塞在燃烧室顶部中置。缸盖的结构设计使以上的结构特点得以实现。
螺旋式带增压塑料进气道描述与优点---------------------------3
曲轴双平衡机构的描述与优点---------------------------------4
三、结构分析
气门室罩盖-----------------------------------------5
缸盖-----------------------------------------5
全铝结构的优点
该发动机机体的材料基本上都是铸铝，其突出的优点表现在重量轻，易加工，热传导性好等方面。发动机每千克金属所得到的功率也是发动机性能的一个重要参数，当发动机装到整车上以后，使发动机随整车一起移动耗的功越少，实际可利用的能量就越多，对整车性能的提高就越大。易加工主要体现在铝质材料易切削，有利于延长刀具的使用寿命，缩短加工的时间。由于热传导性好，使得冷却液在循环过程中能充分带走被冷却部件，空间的热量，从而降低各零部件的热负荷，提高发动机工作的可靠性。铝制件也有利于润滑油的散热，防止机油过热。
VVT系统的机油压力由机油压力控制阀控制。通过气门正时可变来有效的利用进排气的脉动效应，可提高性能。由于气门重叠角可变，从而能够控制内部EGR量，能够改善油耗、降低排放。怠速时使气门重叠角为0，从而使怠速转速降低，油耗改善。
螺旋式带增压塑料进气道描述及其优点
该发动机的进气歧管为螺旋形，其材料为塑料，有几大成型块经过摩擦焊接而成。据资料介绍，该进气歧管的稳压腔容积达3.5L，其中包括一个1.3L的谐振腔。该资料同时介绍，这样布置的进气歧管具有自然增压的作用，可大大提高充气效率，从而使性能大幅提高。此外，由于塑料进气歧管与金属进气歧管
连杆重量
342.39g
进气门直径
34mm
主轴径
55mm
排气门直径
29.5mm
连杆轴径
47.9mm
凸轮轴径
22.8mm
二、采用的新结构，新材料，新技术。
2AZ/FE发动机为直列四缸汽油机，电子控制燃油喷射，其机体由缸盖、缸体、曲轴箱、油底壳组成，缸盖、缸体、曲轴箱为全铸铝。燃烧室采用半球形，双凸轮轴顶置，链驱动，进气凸轮轴带VVT—可变正时相位系统。气缸相对曲轴中心偏置，铸铁缸套，曲轴为锻钢，二次惯性力采用双轴平衡机构平衡。
2AZ/FE发动机分析
一、基本结构性能参数
2AZ/FE是日本丰田公司2002推出的一款发动机，该发动机主要参考了1AZ/FE的设计，用于装备佳美轿车和多款中高档SUV车，该发动机的主要性能，结构参数如下表：
表一，2AZ/FE与三菱4G64、北京吉普发动机性能参数对比
型号
CA498QA1
4G64MPI(FR)
气门组包括气门、气门导管、气门座、气门弹簧、弹簧座和锁片。气门导管镶嵌在缸体上，气门弹簧表面一般镀锌，镀铜磷化或发蓝处理。组件见上图。
三、结构分析
气门室罩盖
气门室罩盖外形和罩盖垫如下图：
图1、气门室罩盖外形图
气门室罩盖上布置有一个加机油口和两个曲轴箱通风口，一个装PCV阀，一个装普通通风管。罩盖内有一层隔板，其作用是冷却燃油及润滑油混合气，降低、稳定混合气流速以及气流导向。
2AZ/FE的罩盖垫也比较有特点，其材料为橡胶，并且带有对火花塞的密封，防止机油与火花塞接触。橡胶制的垫可反复多次使用，不像无石棉材料垫，每拆一次就要更换。
缸盖上的水路布置是使冷却充分，减少耗材的关键，由图二的下图可以看出，在缸盖底部有缸体水套通往缸盖水套的通路1和通路2，在图四中清楚的反映出了这两个通路的走向。他们最终都是通向了在缸盖内设计的大空间的水套，如图三所示。
火花塞护套加强筋加强筋
大空间水套大空间水套大空间水套
图三、缸盖大空间水套及其加强筋
大空间的水套布置使冷却能力得到极大提高，大大降低燃烧室周围金属的温度，从而保证小的材料变形，增加材料的热疲劳寿命，提高发动机的整体性能。
4G64MPI(FF)
2AZ/FE
排量
2464
2351
2351
2362
缸径X行程(mm)
98X81
86.5X100
86.5X100
88.5X96
配气机构
Sohc பைடு நூலகம்6气门
Dohc 16气门
压缩比
8.1
9.5
9.5
9.6
输出功率(Kw.rpm)
78/4800
93/5250
100/5500
118/5600
螺旋形花键，活塞沿轴向移动，会改变内、外齿轮的相位，从而产生气门配气相位的连续改变。当机油压力施加在活塞的左侧，迫使活塞右移，由于活塞上的螺旋形花键的作用，进气凸轮轴会相对于凸轮轴正时皮带轮提前某个角度。当机油压力施加在活塞的右侧，迫使活塞左移，就会使进气凸轮轴延迟某个角度。当得到理想的配气正时，凸轮轴正时液压控制阀就会关闭油道使活塞两侧压力平衡，活塞停止移动。此时，凸轮轴、活塞及凸轮轴正时齿轮相当于刚性连接，无相对位移。
水路分析-----------------------------------------15
四、附图
润滑油路图-----------------------------------------17
水路大循环图-----------------------------------------18
水路小循环图-----------------------------------------19
图五、纵向进气道
火花塞与润滑油接触是发动机常见故障，Tritec 1.6L专门安装了火花塞套管，其压装在气缸盖上，使火花塞及高压线免受油污，且维修保养方便。2AZ/FE采用的方法是缸盖上直接铸有火花塞套管，其最高点仍可能处于润滑油液面以下，故在气门室罩盖垫上设计有密封该套管的密封圈。
缸盖的后端是水路出口，缸盖前端正中和缸盖上端正中布置有大空间水套的出沙工艺孔，其直径为25.40mm。缸盖螺栓为10根，每缸四根，均匀分布在缸盖周围，如图二（B）。
由于大空间水套的采用，使整个缸盖内部中空，铝制材料的强度面临着严峻的考验，2AZ/FE在这些水套内设计了较高的环形加强筋，以保证缸盖的强度和刚度。
大截面回油孔
纵向进气道
接水套通路（2）孔小
水
道
孔
接水套通路（1）孔水道
图四、缸盖水道，气道
现代大多数发动机都采用双顶置凸轮轴，2AZ/FE也是如此。这种机构使燃烧室的结构更加紧凑，进气系统可优化布置，进气阻力小，进气流速高，从而可采用高的压缩比，实现高效率的燃烧及输出强大的动力。其每侧有1大4小凸轮轴承盖，采用分体布置，在位于缸盖前端大凸轮轴承盖处用定位销进行定位。
一、基本结构性能参数-----------------------------------------2
二、采用的新结构，新材料，新技术。
全铝结构的优点-----------------------------------------2
VVT的原理与优点-----------------------------------------3
三菱4G64技术已经是比较成熟的，其采用了双平衡机构，铝制带滚针轴承摇臂，整体型主轴承盖，平衡块锻造曲轴，电控废气再循环系统（EGR）,热线式氧传感器等8大先进技术。而2AZ/FE在仍采用机械挺柱，分体轴承盖的情况下，性能参数比4G64要优20%，其性能的大幅提高应该归功于优越的零部件结构（如全铝结构机体加镶缸套技术等）；进气凸轮轴VVT技术；螺旋式带增压塑料进气道；独特的曲轴双平衡机构和驱动技术。
进气道的布置类似于Tritec 1.6L发动机，采用纵向进气道，既能够形成横向气流又能够形成纵涡流。横向气流使混合气更加均匀，火焰传播距离更远，提高最大爆发压力。纵涡流有利于吸气和充分燃烧，提高了吸气效率和燃烧热效率。进气道变长,提高了中低速扭矩.。由于燃烧室内生成纵涡流，使燃烧稳定，有实现低油耗的分层燃烧效果，并使排放下降。
图二（A）：缸盖结构图
图二（B）：缸盖结构图
2AZ/FE缸盖采用整体铸造生产，材料为铝质，其外形结构如图二。缸盖设计重点考虑的有润滑油路布置，水路布置，凸轮轴布置，进气道布置，火花塞布置，燃烧室布置，气门夹角布置。后两者我们将会在活塞分析和配气机构分析中介绍。