發動機VVT測試不合格的原因分析

李光耀，曾 參

（上汽通用五菱股份有限公司青島分公司，山東 青島266555）

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發動機VVT測試不合格的原因分析

李光耀，曾 參

（上汽通用五菱股份有限公司青島分公司，山東 青島266555）

摘要：VVT發動機相對于傳統發動機在油路、正時系統零件等方面有較大的改變，制造過程中需要對VVT性能進行檢測。臺架測試是性能檢測的重要內容，因此可根據其輸出臺架測試曲線狀態來分析VVT發動機不合格原因。通過對VVT系統的分析，找到影響測試曲線的主要因素并且一一進行測量驗證，解決發動機VVT系統測試不合格的問題。

關鍵詞：可變氣門正時；油路；相位器

發動機實際運行時，當處在高轉速區間時，四沖程發動機的一個工作沖程僅需千分之幾秒，這么短的時間往往會引起發動機進氣不足和排氣不凈，影響發動機的效率。因此，就需要通過氣門的早開和晚關，來彌補進氣不足和排氣不凈的缺憾［1］。這種情況下，必然會出現一個進氣門和排氣門同時開啟的時刻，配氣相位上稱為“氣門重疊角”。

氣門重疊的角度往往對發動機性能產生較大的影響，發動機工作工況要求配氣相位可以根據發動機轉速和工況的不同進行調節，高低轉速下都能獲得理想的進、排氣效率，這就是可變氣門正時技術開發的初衷。

簡單的說，發動機可變正時技術（VVT，Variable Valve Timing）就是通過在凸輪軸的傳動端加裝一套液力機構，從而實現凸輪軸在一定范圍內的角度調節，也就相當于對氣門的開啟和關閉時刻進行了調整。

本文通過臺架輸出的測試曲線狀態來分析VVT發動機不合格原因。通過對VVT系統的分析，找到影響測試曲線的主要因素并且一一進行測量驗證，解決發動機VVT系統測試不合格的問題。

1　VVT系統工作原理

若要實現發動機正時的變化，需要實現發動機曲軸與凸輪軸相對相位角的可變。較簡單的方法就是使凸輪軸鏈輪與凸輪軸之間實現相對轉動。這正是VVT的設計思路，即將凸輪軸鏈輪分為兩部分，定子與鏈輪剛性連接，轉子與凸輪軸剛性連接。在定子與轉子之間分隔兩個油腔（如圖1所示），通過控制進入兩個油腔的機油量和進出方向來控制轉子相對定子轉動的角度及方向。整個系統通過OCV閥（機油控制閥，Oil Control Valve）來控制進入兩個油腔的機油量及方向，如圖2所示。通過控制通電時間的長短來控制閥的行程。根據電磁原理，OCV通電后在內部形成磁場，磁場吸引閥針運動，由于加在OCV閥兩端的電壓是恒定的（既電瓶電壓），因此只能通過控制通電的時間長短來控制針閥的運動位移，從而達到控制閥針的目的［2］。

圖1　相位器結構圖

圖2　OCV閥結構

2　問題分析

2.1測試圖像分析

發動機正常的VVT測試曲線為等腰梯形，短邊在下為進氣側曲線，短邊在上為排氣側曲線。本文分析的故障問題為排氣側的VVT測試不合格，故障曲線如圖3所示（圖中橫軸為時間，縱軸為角度變化）。

圖3　VVT測試曲線

圖3中曲線1為測試不合格的曲線，與之相對應的曲線2為測試合格的曲線。以曲線2為例，圖3 中A點之前相位器不動作，角度無變化，在A點OCV閥打開，相位器開始充油，A-B階段為相位器開始動作至打開到目標角度的過程，B-C階段為相位器打開至目標角度開始正常工作，C點處相位器開始回位，D點相位器回到初始位置。

曲線1表現出：

A點遲后，表明相位器開始動作的時間遲后；

B-C階段波峰低，表明在測試時間內相位器不能達到開啟的目標角度。

2.2潛在原因分析

通過測試圖像的分析，針對故障曲線（圖3中曲線1）的特點分析潛在原因如下。

（1）OCV閥質量問題

OCV閥有雜質、零件質量問題不能正常工作、針腳歪斜斷裂等。

（2）VVT系統油道堵塞不通

缸蓋大瓦蓋、凸輪軸罩蓋、缸蓋、凸輪軸等VVT的相關油道不通，導致OCV和凸輪軸鏈輪因缺少油壓而失效，從而VVT測試不合格。

（3）缸蓋大瓦該、凸輪軸罩蓋油孔位置度、高度不合格

1）缸蓋大瓦該、凸輪軸罩蓋位置度不合格，導致兩者結合面油孔不對正，造成油孔堵塞或者錯位，從而造成壓力不夠或者泄壓，最終冷試VVT測試不合格。

2）缸蓋大瓦該、凸輪軸罩蓋高度不合格，可能導致凸輪軸罩蓋正常打緊后，兩者油孔接觸面存在縫隙，密封不嚴，導致泄壓，最終冷試VVT測試不合格。

（4）前端蓋機油泵泵油壓力不足

前端蓋機油泵泵油壓力不足，導致油道中油壓不足，不足使OCV閥和相位器正常工作，從而冷試VVT測試不合格［3］。

（5）凸輪軸與大瓦該結合面結合不嚴，凸輪軸鏈輪（相位器）與凸輪軸結合不嚴

凸輪軸與大瓦該結合面結合不嚴，導致油槽油壓泄露，使相位器不能正常工作，從而冷試VVT測試不合格。凸輪軸鏈輪（相位器）與凸輪軸結合不嚴，導致油壓泄露，使相位器不能正常工作，從而冷試VVT測試不合格。

（6）凸輪軸鏈輪（相位器）質量問題

凸輪軸鏈輪（相位器）發生油孔堵塞、轉子卡滯或者其他質量變異時可能會導致相位器失效，失去改變相位角的作用，導致冷試VVT測試不合格。

2.3潛在原因排查

通過潛在原因的分析，針對每一個潛在原因制定排查方案如下。

（1）OCV閥質量問題

將故障發動機與測試合格發動機的OCV閥互換驗證，將故障發動機的進排兩側的OCV閥互換驗證。以上驗證連續做3次。將故障機OCV閥拆開，檢查是否有雜質、油孔堵塞等問題。

以上驗證可確認是否為OCV閥問題。

（2）VVT系統油道堵塞不通

故障機拆機時檢查瓦蓋、凸輪軸罩蓋與缸蓋結合處的密封圈印記是否與相對應的油孔對中，確認結合處油道是否有錯位導致堵塞油道。用細鐵絲檢查油道是否堵塞。

以上驗證可確認VVT系統油道是否堵塞。

（3）缸蓋大瓦該、凸輪軸罩蓋油孔位置度、高度不合格

方法一：參照第二條，故障機拆機時檢查瓦蓋、凸輪軸罩蓋與缸蓋結合處的密封圈印記是否與相對應的油孔對中。方法二：將故障機拆機后，測量零件相關尺寸。

方法一較簡單快捷，可提高處理問題的響應速度。

（4）前端蓋機油泵泵油壓力不足

圖4為開啟斜率與主油道油壓的關系。從圖4中可以看出，VVT合格的發動機油壓普遍高于VVT不合格的發動機，并且存在一定線性關系。

圖4　油壓與VVT關閉速率的關系

機油泵的泵油壓力與兩個因素有關：機油泵性能與機油液面高度。

故障機拆機后的機油泵做性能檢測如圖5，根據性能測試曲線判定機油泵的泵油能力正常。

圖5　機油泵泵油性能檢測圖像

機油液面可根據圖6所示改裝油底殼觀察發動機運行時的液面與吸油口的位置關系：

圖6　發動機靜止狀態與冷試之后油底殼液位變化

根據圖片可觀察到發動機冷試測試時的液面高度下降，已經低于吸油口。液面高度下降會降低機油泵的泵油壓力。

（5）凸輪軸與大瓦該結合面結合不嚴，凸輪軸鏈輪（相位器）與凸輪軸結合不嚴

影響結合面密封性的因素主要有：內、外徑，粗糙度，圓度、圓柱度、垂直度等形狀公差以及油槽與油道的位置是否對應。以上尺寸可根據圖紙要求測量。

（6）凸輪軸鏈輪（相位器）質量問題

相位器是VVT系統的關鍵部件，是實現可變相位的執行器。相位器的質量直接決定了VVT系統是否能正常工作。

相位器總成為封閉零件，檢查內部狀態需拆解。拆解圖如圖7所示。

圖7　相位器內外轉子生銹

由于內、外轉子為精密零件，若生銹、有雜質等會使內、外轉子卡死或者動作遲滯，導致相位器不能動作或者動作緩慢不能達到目標相位，失去改變相位的作用。

以上從六個方面簡述了VVT測試的潛在不合格原因。最主要的是理解測試曲線的含義，根據曲線上故障的位置分析最可能產生故障的因素。將幾種因素分別排除就會找到產生故障的根本原因。

參考文獻：

［1］陳家瑞.汽車構造［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［2］楊志紅，廖兵.汽車電器［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［3］林學東.發動機原理［M］.北京：機械工業出版社，2008.

Cause Analysis Of VVT Test Of Engine

LI Guang-yao，ZENG Shen
（SAIC GM Wuling Limited by Share Ltd Qingdao branch，Qingdao Shandong 266555，China）

Abstract：VVT engine compared with the traditional engine in the oil，the timing system parts，etc，have more change，so in the process of manufacturing to the VVT performance testing.The bench test is an important part of performance testing，thus to analyze the reason of unqualified according to the output of VVT engine bench test curve.Through the analysis of the VVT system，to find out the main factors influence test curve and measure them one by one，the test failed to solve the problem of engine VVT system.

Key words：variable valve timing；oil-way；variable cam phaser

中圖分類號：TK416.4

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）03-0114-03

收稿日期：2015-12-18

作者簡介：李光耀（1987-），男，山東青島人，本科，助理工程師，主要研究方向：發動機裝配線的質量控制；曾參（1989-），男，山東青島人，本科，助理工程師，主要研究方向：發動機裝配線的質量控制。