發動機VVT 診斷策略與硬件特性匹配的優化

王 嚴 伍 俊 鄒明恩

（1-寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利羅佑發動機有限公司）

引言

隨著日益嚴苛的排放法規要求，車載診斷系統顯得尤為重要。診斷系統可實時監控車輛運行狀態，而診斷策略作為最重要的部分，決定其能否及時、準確地檢測出車輛運行故障。本文以“排氣凸輪軸鎖止位置運行不合理”故障為例，從排氣VVT 結構特性分析入手，結合故障診斷策略，找到診斷策略與VVT硬件特性的匹配不合理，解決了故障誤報問題。

1 故障背景

在小批試生產階段，某款整車下線檢測，系統中出現“排氣凸輪軸鎖止位置運行不合理”歷史故障碼，故障率2%。診斷儀清除故障碼后，進行多次起動、行駛工況復現試驗，故障碼未復現。通過INCA數據采集，發現起動過程中，存在排氣VVT 實際角度與初始鎖止位置偏差的問題，即VVT 角度發生跳變現象，如圖1 所示。

圖1 VVT 角度跳變現象

2 VVT 結構簡介

為了滿足發動機性能需求及不同的發動機工況（轉速、負荷、溫度等），發動機通過控制OCV 閥動作進行油道切換，從而將機油適時、適量地導入VVT的提前油腔或滯后油腔內，實現凸輪軸相位提前或滯后，改變氣門重疊角，達到發動機最佳工況狀態。

VVT 轉子和殼體（定子）之間通過鎖止銷定位，鎖止位置作為VVT 初始位置[1]。發動機起動時，機油壓力逐漸建立，機油通過油道進入銷孔，頂起鎖止銷，解除鎖止；發動機停機后，鎖止銷回落到鎖銷孔，VVT 回到初始位置，鎖止銷起到鎖止轉子和定子的作用[2]，如圖2 所示。

圖2 VVT 內部結構圖

3 故障排查

3.1 硬件方面分析

此發動機VVT 鎖止銷采用二級階梯銷，額外設有輔助解鎖油路，相比圓柱銷，有利于解鎖，結構如圖3 所示。

圖3 二級階梯銷結構

發動機起動時，在油壓開始建立階段，輔助油路油壓（此時油壓不小于0.11 MPa）作用于階梯面，鎖止銷浮于兩級銷孔中間，進行輔助解鎖；油壓建立至一定值后，主解鎖油路油壓作用于鎖止銷頂面，將鎖止銷完全解鎖。

起動之后，正時皮帶帶動VVT 帶輪順時針旋轉，受到凸輪軸轉矩的作用，進氣VVT 轉子會靠向定子側，排氣VVT 遠離定子側，通過提前/滯后腔油壓、復位彈簧扭力、凸輪軸轉矩之間的相互作用力實現VVT 相位調節。

對于排氣VVT，起動過程中，由于輔助油路比滯后腔體積小，油壓先于滯后腔達到0.11 MPa，鎖止銷浮于兩級銷孔之間，此時，滯后腔未充滿機油，凸輪軸轉矩＞復位彈簧+扭壓比×滯后腔油壓，鎖止銷受到剪切力，可能出現鎖止銷脫出現象，VVT 角度產生跳變；當滯后腔油壓建立至0.11 MPa，滯后腔油壓將VVT 固定至初始位置[3]。

通過以上分析，起動過程中，排氣VVT 可能存在鎖止銷跳銷現象，進而導致VVT 角度跳變，但出現時間很短，油壓建立后即可恢復。

3.2 標定策略方面

通過查找OBD 診斷策略文件得知，“排氣凸輪軸鎖止位置運行不合理”故障報碼策略：排氣VVT使能未激活（即需求VVT 角度為初始鎖止位置），VVT 實際角度與初始鎖止位置角度之差大于10°CA，從起動開始診斷計數，前4 次為非診斷VVT 位置值的次數（目的在于判斷VVT 初始角度有效性），從第5 次診斷開始，累計大于6 次，故障碼報出。

結合VVT 硬件方面分析，若診斷起止時間與VVT 角度可能產生跳變時間重合，則可能發生故障碼誤報情況。

為了驗證此問題，制作特殊零部件，使起動后VVT 始終保持最大調節角度，進行實車測試。

由此可見，診斷開始時，發動機存在機油壓力未達到0.11 MPa 問題（主要與發動機停機時間有關，發動機停機一段時間后，油道中機油回流至油底殼，起動時油壓建立較慢），因此可以確定診斷起止時間與VVT 角度可能產生跳變時間存在重合的可能。

3.3 診斷時間與油壓建立時間匹配方案

查找發動機臺架潤滑系統試驗中排氣VVT 油道機油壓力建立時間，達到0.1 MPa 時間需要1 s。

由表1 實車測試結果得知，在發動機啟動后約0.62 s 診斷已開始，故需將非診斷的VVT 位置值次數進行調整，延長診斷開始時間至1 s 之后。

表1 不同溫度下，診斷起止時間測試結果

同樣進行實車驗證，設置20 次時間基本達到1 s，如表2 所示。為保留一定的安全余量，最終確定非診斷VVT 位置值的次數設置為25 次。

表2 不同溫度下，更改診斷起止時間測試結果

4 效果驗證

更新軟件的車輛進行50 次起動驗證，VVT 角度產生跳變10 次，診斷開始時間均在跳變發生時間段之后，成功避開故障碼誤報時間區間，如圖4 所示。

圖4 診斷優化后測試數據結果

5 結論

通過對VVT 結構及故障診斷策略分析，發現并解決了VVT 二級階梯銷結構的硬件特性與故障診斷策略匹配不合理問題，能夠為發動機相關診斷策略的制定提供借鑒，避免軟硬件匹配不合理問題的再發。