MIVEC机构原理与故障检修

郑荣升



MIVEC机构原理与故障检修

郑荣升

东南（福建）汽车工业有限公司

三菱新型气门正时电子控制系统MIVEC（MIVEC——Mitsubishi Innovative Valve timing ＆ lifting Electronic Control System）能够通过不断调整进气凸轮轴以及曲轴的相位来优化气门正时，以确保发动机在各种运行条件下获得最佳的配气相位。可将配气相位按照发动机不同工况进行连续可变，使得发动机的经济性和动力性兼顾。本文主要分析MIVEC工作原理、工作过程及故障检修和排除的方法。

三菱新型气门正时电子控制系统；机构原理；故障检修

现代汽车广泛采用电子控制技术，其电气设备、系统结构日趋复杂和精密。对汽车各系统和用电设备的控制基本实现了功能组合化、控制电子化和连接标准化，使汽车的性能更加完善。同时对汽车的故障诊断与维修有了更高层次的要求。本文主要以哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司生产的4G15M-2L DOHC（双顶置凸轮轴）、MIVEC型发动机进行说明，MIVEC机构是通过ECU发出精确指令控制进气凸轮轴相位：发动机的ECU在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，并通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，以确保发动机在各种运行条件下获得最佳的配气相位，从而能有效地提高汽车的功率与性能，减少耗油量和废气排放。

1 MIVEC发动机系统简介

1.1 发动机总成外观

哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司生产的4G15M-2L DOHC MIVEC型发动机总成，其外观如图1所示。

图1 4G15M-2L DOHC MIVEC型发动机外观图

1.2 基本结构

MIVEC主要由电子控制部分、油路控制部分和机械执行部分等三部分组成。电子控制部分主要由曲轴位置（CKP，Crankshaft Position）传感器、凸轮轴位置（CMP，Camshaft Position）传感器以及发动机控制模块ECU构成，曲轴位置传感器用于计算发动机的转速，发动机控制模块用于收集传感器信息，并根据发动机的转速向执行器发出指令，机械执行部分主要由油压控制阀（OCV，Oil Control Valve）和可变气门正时执行器(VVT——Variable Valve Timing)组成。如图2所示。

图2 MIVEC基本结构

1.2.1 VVT链轮组件装置

可变气门正时执行器（VVT链轮组件）装置：通过改变OCV阀的油压，不断调节进气凸轮轴相位以及进气凸轮轴前端的曲轴相位；VVT链轮组件装置（图3）由以下部件构成：与凸轮轴链轮一体的外壳、端盖、凸轮轴转子以及止动销。转子上有一个薄片封口用来密封气门正时提前油腔与滞后油腔。可变气门正时执行器端盖与转子上刻有开槽，在检查可变气门正时执行器时，作为对正标记使用。由气门正时调节油压控制阀控制的液压用于移动VVT链轮中的叶片转子，以优化控制气门正时。当发动机停止时，止动销用来定位转子与外壳（套管）。

图3 VVT链轮组件装置机构

1.2.2油压控制阀（OCV）

油压控制阀（OCV）：由ECU输出的电流（占空比信号），将油压传送到可变气门正时执行器的提前油腔或滞后油腔，其包括一个用来转换机油通道的滑阀、一个用来移动滑阀的线圈、一个柱塞以及一个回位弹簧，如图4所示。

图4 机油控制阀结构图

1.2.3其它元器件

（1）曲轴位置传感器（CKP）：发送发动机转速信号给ECU；

（2）凸轮轴位置传感器（CMP）:发送气缸识别信号给ECU；

（3）发动机控制模块（ECU）：控制OCV阀，按照发动机运行条件优化气门正时。

2 MIVEC的应用

2.1 基本工作原理

东南菱悦装备MIVEC可变气门正时系统的发动机与普通发动机一样采用每缸四气门，两进两排的设计，但不同的是它可以控制每缸两个进气门的开闭时刻（正时）。发动机正常工作，在做功冲程结束，活塞处于下止点时排气门开始打开，发动机进入排气冲程，直到活塞到达上止点，排气门关闭，进气门打开，发动机进入吸气冲程。当活塞正好运行一周重新回到下止点时，进气门关闭，发动机进入压缩冲程。这就是一套完整发动机运作过程。从中不难理解气门正时就是配合活塞位置使气门开或关的时间。在不同的发动机工作状况下，可变气门正时机构会进行不同的调整。

（1）在怠速范围或轻载荷范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后。由于气门重叠量的减少，更少的燃烧气体回流到进气道。这使得怠速得到稳定，提高了燃油经济性，同时确保了在轻载荷下发动机的稳定性。

（2）在中度载荷范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大提前，气门重叠量增加，以获得更好的EGR效果，减少了排出气体中NOx的含量，并降低了发动机泵送损失和燃烧温度。由于未燃烧气体的再燃烧，使得碳化氢的排放量也得到降低。

（3）在重载荷、中低速范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大提前，进气门关闭时刻较早，以获取大功率用以提高中低速转矩。

（4）在重载荷、高速范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大滞后，进气门关闭时刻滞后，以获得大功率用以提高最大输出功率。

（5）当温度低时，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后，气门重叠量被调至最小，用以防止燃烧气体回流到进气道，并且可降低低温时的额外喷油量。此方式可提高燃油经济性，并且使得快怠速得到稳定。

（6）当发动机起动或停止时，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后，气门重叠量被调至最小，从而防止燃烧气体回流到进气道，并使发动机稳定性得以提高。它可以根据各传感器传来的发动机工况信号来适时调整最合理的配气正时，总而言之MIVEC可以令发动机时刻处在最佳燃烧状态。

2.2 基本工作情况

MIVEC可变气门正时系统是通过机油控制阀（OCV）控制可变气门正时执行器的提前腔与滞后腔油压，来不断地调节气门正时，从而使发动机运转性能保持最佳。油压控制阀（OCV）由ECU根据发动机的运行条件来控制工作。可变气门正时执行器有两个液压腔：气门正时提前腔及气门正时滞后腔[2]。这两个液压腔位于可变气门正时执行器外壳与凸轮轴转子之间，油泵为两腔提供机油。油是通过发动机进气道侧凸轮轴上（凸轮轴前端）的一个油道到达可变气门正时执行器的。由机油控制阀控制两腔的液压压力大小，按照发动机不同的运行条件来调整凸轮轴链轮以及凸轮轴的相应相位，以获得最优配气相位。在发动机处于停转状态时，可变气门正时执行器的转子由于弹簧力处于最大配气滞后位置，此时，止动销与转子啮合，凸轮轴链轮与凸轮轴联成一个整体。在发动机起动后，当油泵压力升高到额定值可变气门正时机构时，油压推动止动销与转子脱离，此时便可对凸轮轴链轮与凸轮轴的相对角度进行调节。

2.2.1进气相位提前

如图5，当机油控制阀（OCV）的滑阀按照ECU提供的占空比信号所决定的电磁力的大小移动到左侧时，油泵液压注入到气门正时提前通道，并最终到达可变气门正时执行器的气门正时提前腔。然后，转子与凸轮轴相对于壳一起向气门正时提前方向旋转，由此，气门正时被提前。提前控制信号越大，油压控制阀（OCV）的滑阀往左侧移动量也越大，可变气门正时执行器的气门正时提前腔的油压也越高，气门正时提前角也越大。

图5 进气相位提前

2.2.2进气相位延后

如图6，当油压控制阀（OCV）的滑阀按照按照ECU提供的占空比信号移动到右侧时，油泵液压注入到气门正时滞后通道，并最终到达可变气门正时执行器的气门正时滞后腔。然后，转子与凸轮轴相对于壳一起向气门正时滞后方向旋转，由此，气门正时被延后。延后控制信号越小，油压控制阀（OCV）的滑阀往右侧移动量也越大，可变气门正时执行器的气门正时滞后腔的油压也越高，气门正时滞后角也越大。

图6 进气相位延后

2.3.3进气相位保持

如图7，当油压控制阀（OCV）的滑阀位于气门正时提前与滞后的中间位置。由此，液压同时被保持在可变气门正时执行器的提前腔与滞后腔内。同时，转子与外壳的相应角度被固定并保持，从而形成了进气相位保持中间位置。

图7 进气相位保持

3 MIVEC故障检修

3.1 故障分析

MIVEC故障原因应从自诊断系统查找故障代码或者故障征兆进行判断分析。MIVEC的电子控制部分主要发动机控制模块ECU控制，因此，当MIVEC出现故障时就会出现机油控制阀故障，运用三菱提供的专用检测仪器MUT-III就可以轻松查出故障代码。当出现低速时动力不足或者高速时动力上不去，MIVEC便是我们可疑的故障系统[3]。

3.1.1故障码P000A：进气VVT运行不合理故障

当VVT的实际位置同目标位置偏差大于30°报该故障。东南汽车的VVT运行角度范围32°～-3°能开动的最大角度为35°，东南的VVT锁死位置为32°。

（1）故障原因

VVT被卡死在某个开度较大的位置；VVT卡死在锁死位置附近，如32°附近；VVT运行特别缓慢，导致目标位置同实际位置偏差太大。

（2）诊断流程（图8）。

图8 故障码P000A诊断流程

3.1.2故障码P0010：进气VVT电路开路故障

ECU持续监视OCV电压若发现OCV的控制电压（根据OCV计算）低于或者高于上限电压（根据电源正极电压计算），则ECU判断OCV电路出现故障，故障灯亮，并在ECU中存储故障码P0010。

（1）故障原因

OCV电路故障；OCV端子和主继电器之间出现电路断路；OCV端子和ECU端子之间的线路发生搭铁或与电源短路或出现断路；在OCV插头或者是ECU插头出现连接不良；ECU故障。

（2）诊断流程（图9）

3.1.3故障码P0012：进气VVT锁死位置不合理故障

VVT卡死在某个位置，回不到锁死位置,表现为动力不足或发动机运行异常。

（1）故障原因

OCV故障；VVT被卡死在某个开度较大的位置；VVT卡死回不到锁死位置。

（2）诊断流程：同P000A诊断流程。

3.1.4故障码P0016：曲轴与凸轮轴相对位置故障

凸轮轴同曲轴安装相对位置偏差太大或者发生了皮带跳齿。

（1）故障原因

OCV故障；机油压力过低；凸轮轴与曲轴的实际安装相对位置同理论安装位置偏差太大；凸轮轴与曲轴的连动皮带发生了跳齿；VVT卡死在某个位置上，无法回锁死位置。

（2）诊断流程（图10）

图10 故障码P0016诊断流程

3.2 MIVEC元件检修

3.2.1机油控制阀（OCV）供给电压检查

将点火开关打至ON位置，拆开OCV插头，测量OCV端子与接地之间的电压，标准值为12V，若测得与电压不符，说明电路有问题。

3.2.2机油控制阀（OCV）线圈电阻检查

断开蓄电池负极线，拆开机油控制阀（OCV）插头，用欧姆表测量其连接器端子两PIN处的电阻，应为6.9～7.2Ω（20℃），若电阻值超出标准，则更换油压控制阀。

3.2.3机油控制阀（OCV）工作状况检查

拆开机油控制阀（OCV）插头，将OCV阀连接器端子两PIN接上蓄电池电压，看是否可以听到作动的声音，如果有作动声音，说明OCV工作良好，如果没有作动声音，说明OCV阀卡死或者线圈断路，为避免OCV在试验中烧坏，通电时间要尽可能短。

4 结语

三菱新型气门正时电子控制系统(MIVEC)发生故障（即无法按照发动机实际工况实时调整最近配气相位）的检修，我们必须先抓住故障征兆的特点进行分析给出初步判断，并在此基础上使用专业检测设备和对应诊断流程来加以确认，再对疑似故障点根据实际确认情况进行更换或者检修，通过故障征兆缜密分析与故障排除。容易导致MIVEC出现故障的零件主要是OCV阀、相位传感器、ECU、相位轮及安装角度，在上述部件调整或者更换仍无法消除故障情况下，则可能是线束开路或短路，必要时更换线束再做检测。上述不是MIVEC遇到的所有问题，更不是一个包治百病的实例。它都是人在不断调查、处理过程中积累经验而来。如何快速解决汽车故障，让汽车损伤降到最低，将是汽车生产厂、经销商、包括车主需要长期努力的方向。

[1] 张永艳.浅析可变气门正时与升程技术[J].科技创新导报,2009(36):41.

[2] 刘洲辉.汽车发动机可变气门技术[J].汽车工程师,2009(6):18.

[3] 向志渊.发动机可变气门正时系统故障征兆分析与排除方法[J].中国新技术新产品,2009(9):33-34.

The Mechanism and Maintenance of Mitsubishi Innovative Valve Timing and Lifting Electronic Control System

Zheng Rongsheng

(Southeast (Fujian) Automobile Industry Co., Ltd, Fuzhou 350119, China)

Mitsubishi innovative valve timing and lifting electronic control system (MIVEC) can steadily adjust the phase position of cam and crank shafts to improve the valve timing to ensure the optimum gas-distribution phase position of the motor under various operation conditions. The gas-distribution phase position can be continuously adjusted in accordance with different working conditions of the motor, which is both economically and dynamically beneficial. The working principle, process, maintenance and debugging of the MIVEC are described.

Mitsubishi innovative valve timing and lifting electronic control system (MIVEC); mechanism; maintenance