基于可變氣門正時發動機呼吸控制的分析(下)

◆文/江蘇 高惠民

(接上期)

(4)凸輪軸正時機油控制閥(OCV)

OCV是一個三位五通電磁換向閥(圖20)。電磁閥根據發動機ECU輸出的占空比電流控制滑閥移動位置來選擇壓力機油流向VVT-i執行器的通道，使進氣(排氣)凸輪軸旋轉到提前、延遲或保持狀態的氣門正時所對應的位置，圖21是VVT-i系統控制提前、延遲、保持狀態的原理圖。

三、VVT-i系統控制方法

1.設定VVT-i目標提前學習值

發動機ECU基于發動機轉速和負荷確定目標提前學習值(圖22)。

2.檢測VVT-i實際提前角并進行反饋控制

(1)通過凸輪軸位置傳感器信號和曲軸位置傳感器信號計算VVT-i實際提前角(圖23)。

(2)以凸輪軸目標角度和實際變化角度的差異作為VVT-i系統反饋控制的依據。

3.VVT-i控制占空比學習

(1)VVT-i執行器作動過程中，VVT-i實際提前值與目標學習值是相同的，通過OCV關閉VVT-i執行器機油壓力通道以保持VVT-i提前狀態。

(2)發動機ECU通過學習OCV提前驅動占空比，保持VVT-i目標學習值占空比在40%～60%之間。

4.液壓控制VVT-i清除異物

雖然機油中的大部分異物會在OCV前被過濾，但是機油過臟或機油中的微小顆粒異物會卡住OCV或VVT-i執行器，造成VVT-i提前角錯誤。如果發生這種情況，發動機ECU輸出最大提前或最大延遲信號(圖24)。在VVT-i系統排出異物控制過程中，可能會發生發動機運轉抖動，即使異物被排出，但故障碼仍會被存儲。

5.VVT-i故障失效保護

當VVT-i提前狀態發生錯誤，發動機會出現怠速不穩或發動機失速，這是由于增加了氣門重疊角產生內部EGR的結果，在這種故障狀態下怠速會有所提高。

四、故障案例

1.故障現像

一輛豐田普瑞維亞(車型ACR50)汽車，裝備4缸直列式帶進氣VVT-i系統發動機(發動機型號2AZ-FE)，行駛里程60000km。故障現象是當日首次行駛5km時發動機故障燈突然點亮。

2.故障診斷與排除

維修技師用智能檢測儀(IT-Ⅱ)讀取故障碼(DTC)為P0012，含義為“凸輪軸位置(進氣)正時過于延遲”，并且該DTC當前存在，清除不了。查看DTC生成時的定格數據顯示(圖25)：“Engine Run Time 368s(發動機運行了368s)；Coolant Temp 85℃ (冷卻液溫度85℃)；Engine Speed 1780rpm(發動機轉速1780r/min)；Calculate Lood 61.9%(根據當前空氣流量計算的負荷發動機負荷61.9%)；Fuel System Status #1 CL(燃油系統控制狀態處在閉環狀態)；VVT Control Status ON(可變氣門正時控制狀態處在工作狀態)”。從以上相關定格數據可以確認發動機在中等負荷工況，發動機ECU已指令VVT-i控制處于工作狀態，要求進氣門提前開啟，增大氣門重疊角，改善燃油經濟性和排放控制。然而發動機ECU未能通過凸輪軸位置傳感器檢測到進氣正時實際提前變化角度，于是設置了故障碼P0012，其生成條件和可能的故障部位列于表1。

表1 P0012 DTC生成條件和可能的故障部位

依據檢查程序，首先使用智能檢測對OCV執行主動進行測試，步驟如下：①將智能檢測儀連接到DLC3診斷插座；②啟動發動機并打開檢測儀；③使發動機暖機；④選擇以下菜單項：Powertrain/Engine and ECT/Active Test/Control the VVT System(Bank1)；⑤使用檢測儀操作OCV，檢查發動機轉速；⑥如果VVT-i系統正常，應如表2規定狀態。

表2 檢測儀操作的規定狀態

但此車執行OCV主動測試(OCV ON)時，發動機沒有熄火，怠速也沒有波動不穩的現象，VVT-i主動測試相關數據流如圖26所示。

在逐步增大驅動OCV占空比(VVT OCV Duty)時，對比發動機ECU指令的VVT-i目標學習值占空比與VVT-i實際變化角度，發現VVT-i實際變化角度沒有提前作動改變(圖27)。

根據分析的故障可能部位做繼續檢查。

(1)檢查氣門正時

①拆下汽缸蓋罩。

②轉動曲軸皮帶輪，使其凹槽與正時鏈條蓋上的正時標記“0”對準。

③確認進氣凸輪軸正時齒輪總成外殼和排氣凸輪軸正時鏈輪上的正時標記都應如圖28所示朝上，且與1號進、排氣凸輪軸軸承蓋上的正時標記對準。檢查結果氣門正時正確。

④重新安裝汽缸蓋罩。

(2)檢查OCV

①拆下OCV。

②測量OCV端子之間的電阻值在7.5Ω(在20℃時標準電阻為6.9～7.9Ω)。

③將蓄電池正極電壓施加到端子1上，負極電壓施加到端子2上，觀察到閥芯能迅速移動(圖29)。

④重新安裝OCV。

⑤找一個對比車的OCV，連接到故障車的OCV線束連接器上，啟動發動機，從怠速加速到2000r/min，觀察到OCV閥芯能向提前側移動，說明發動機ECU有輸出驅動OCV控制信號。

(3)檢查OCV濾清器

①拆下OCV濾芯(圖30)。

②沒有發現濾芯阻塞。

③重新安裝OCV濾芯。

(4)檢查VVT-i機油壓力通道

①拆下燃油泵繼電器，啟動發動機運轉到自動熄火。

②拆下所有火花塞。

③拆下汽缸蓋罩。

④拆下進氣凸輪軸第一個軸承蓋。

⑤用手指堵住汽缸蓋上的VVT-i機油通道，并用啟動機帶動發動機運轉，手指上感到有較強壓力的機油冒出，這說明供應VVT-i的機油壓力通道暢通，機油壓力正常。

⑥重新裝上所有火花塞和燃油泵繼電器。

(5)檢查VVT-i執行器

①拆下帶有進氣凸輪軸正時齒輪總成的凸輪軸。

②使用臺鉗夾緊凸輪軸并確保凸輪軸正時齒輪總成不轉動。

③用聚氯乙烯絕緣帶罩住除提前側通道外的所有油道(圖31a)。

④向提前側通道施加150kPa的空氣壓力(確保不漏氣，否則鎖銷可能難以松開)，此時發現凸輪軸正時齒輪總成不能朝提前方向轉動(正常時鎖銷應松開)，用手能將凸輪軸正時齒輪總成朝提前方向(逆時針)平穩地來回轉動(圖31b)。

(6)拆解VVT-i執行器

2 A Z-F E發動機的V V T-i執行器結構如圖32所示。拆下該車VVT-i執行器蓋板上的固定螺栓，分解VVT-i執行器總成，發現VVT-i執行器葉片上積滿了油污，鎖銷也被油污卡住在正時鏈輪孔內不能回位(圖33)，因而使進氣凸輪軸處于最大延遲狀態，造成發動機故障燈點亮，ECU設置P0012DTC。按照VVT-i系統修理要求，必須更換VVT-i執行器。在更換VVT-i執行器后，再對OCV執行主動測試，發動機轉速瞬間下降至熄滅狀態(圖34)，

按1%比例逐步增大驅動OCV的占空比，此時VVT-i實際提前變化角度隨著驅動OCV占空比的增大而接近ECU指令的VVT-i目標學習值(圖35)。最后對車輛進行反復試車，故障排除。

3.維修小結

以上案例基于現代汽油發動機呼吸功能的要求和作用，分析了可變氣門正時的應用策略和控制方法，并且結合VVT-i系統故障診斷過程，利用智能檢測儀對可變氣門正時系統進行主動測試，從數據流中對比VVT-i實際變化角度和目標學習值，快速有效確定了系統故障范圍。(全文完)