基于可变气门正时发动机呼吸控制的分析(下)

◆文/江苏 高惠民

(接上期)

(4)凸轮轴正时机油控制阀(OCV)

OCV是一个三位五通电磁换向阀(图20)。电磁阀根据发动机ECU输出的占空比电流控制滑阀移动位置来选择压力机油流向VVT-i执行器的通道，使进气(排气)凸轮轴旋转到提前、延迟或保持状态的气门正时所对应的位置，图21是VVT-i系统控制提前、延迟、保持状态的原理图。

三、VVT-i系统控制方法

1.设定VVT-i目标提前学习值

发动机ECU基于发动机转速和负荷确定目标提前学习值(图22)。

2.检测VVT-i实际提前角并进行反馈控制

(1)通过凸轮轴位置传感器信号和曲轴位置传感器信号计算VVT-i实际提前角(图23)。

(2)以凸轮轴目标角度和实际变化角度的差异作为VVT-i系统反馈控制的依据。

3.VVT-i控制占空比学习

(1)VVT-i执行器作动过程中，VVT-i实际提前值与目标学习值是相同的，通过OCV关闭VVT-i执行器机油压力通道以保持VVT-i提前状态。

(2)发动机ECU通过学习OCV提前驱动占空比，保持VVT-i目标学习值占空比在40%～60%之间。

4.液压控制VVT-i清除异物

虽然机油中的大部分异物会在OCV前被过滤，但是机油过脏或机油中的微小颗粒异物会卡住OCV或VVT-i执行器，造成VVT-i提前角错误。如果发生这种情况，发动机ECU输出最大提前或最大延迟信号(图24)。在VVT-i系统排出异物控制过程中，可能会发生发动机运转抖动，即使异物被排出，但故障码仍会被存储。

5.VVT-i故障失效保护

当VVT-i提前状态发生错误，发动机会出现怠速不稳或发动机失速，这是由于增加了气门重叠角产生内部EGR的结果，在这种故障状态下怠速会有所提高。

四、故障案例

1.故障现像

一辆丰田普瑞维亚(车型ACR50)汽车，装备4缸直列式带进气VVT-i系统发动机(发动机型号2AZ-FE)，行驶里程60000km。故障现象是当日首次行驶5km时发动机故障灯突然点亮。

2.故障诊断与排除

维修技师用智能检测仪(IT-Ⅱ)读取故障码(DTC)为P0012，含义为“凸轮轴位置(进气)正时过于延迟”，并且该DTC当前存在，清除不了。查看DTC生成时的定格数据显示(图25)：“Engine Run Time 368s(发动机运行了368s)；Coolant Temp 85℃ (冷却液温度85℃)；Engine Speed 1780rpm(发动机转速1780r/min)；Calculate Lood 61.9%(根据当前空气流量计算的负荷发动机负荷61.9%)；Fuel System Status #1 CL(燃油系统控制状态处在闭环状态)；VVT Control Status ON(可变气门正时控制状态处在工作状态)”。从以上相关定格数据可以确认发动机在中等负荷工况，发动机ECU已指令VVT-i控制处于工作状态，要求进气门提前开启，增大气门重叠角，改善燃油经济性和排放控制。然而发动机ECU未能通过凸轮轴位置传感器检测到进气正时实际提前变化角度，于是设置了故障码P0012，其生成条件和可能的故障部位列于表1。

表1 P0012 DTC生成条件和可能的故障部位

依据检查程序，首先使用智能检测对OCV执行主动进行测试，步骤如下：①将智能检测仪连接到DLC3诊断插座；②启动发动机并打开检测仪；③使发动机暖机；④选择以下菜单项：Powertrain/Engine and ECT/Active Test/Control the VVT System(Bank1)；⑤使用检测仪操作OCV，检查发动机转速；⑥如果VVT-i系统正常，应如表2规定状态。

表2 检测仪操作的规定状态

但此车执行OCV主动测试(OCV ON)时，发动机没有熄火，怠速也没有波动不稳的现象，VVT-i主动测试相关数据流如图26所示。

在逐步增大驱动OCV占空比(VVT OCV Duty)时，对比发动机ECU指令的VVT-i目标学习值占空比与VVT-i实际变化角度，发现VVT-i实际变化角度没有提前作动改变(图27)。

根据分析的故障可能部位做继续检查。

(1)检查气门正时

①拆下汽缸盖罩。

②转动曲轴皮带轮，使其凹槽与正时链条盖上的正时标记“0”对准。

③确认进气凸轮轴正时齿轮总成外壳和排气凸轮轴正时链轮上的正时标记都应如图28所示朝上，且与1号进、排气凸轮轴轴承盖上的正时标记对准。检查结果气门正时正确。

④重新安装汽缸盖罩。

(2)检查OCV

①拆下OCV。

②测量OCV端子之间的电阻值在7.5Ω(在20℃时标准电阻为6.9～7.9Ω)。

③将蓄电池正极电压施加到端子1上，负极电压施加到端子2上，观察到阀芯能迅速移动(图29)。

④重新安装OCV。

⑤找一个对比车的OCV，连接到故障车的OCV线束连接器上，启动发动机，从怠速加速到2000r/min，观察到OCV阀芯能向提前侧移动，说明发动机ECU有输出驱动OCV控制信号。

(3)检查OCV滤清器

①拆下OCV滤芯(图30)。

②没有发现滤芯阻塞。

③重新安装OCV滤芯。

(4)检查VVT-i机油压力通道

①拆下燃油泵继电器，启动发动机运转到自动熄火。

②拆下所有火花塞。

③拆下汽缸盖罩。

④拆下进气凸轮轴第一个轴承盖。

⑤用手指堵住汽缸盖上的VVT-i机油通道，并用启动机带动发动机运转，手指上感到有较强压力的机油冒出，这说明供应VVT-i的机油压力通道畅通，机油压力正常。

⑥重新装上所有火花塞和燃油泵继电器。

(5)检查VVT-i执行器

①拆下带有进气凸轮轴正时齿轮总成的凸轮轴。

②使用台钳夹紧凸轮轴并确保凸轮轴正时齿轮总成不转动。

③用聚氯乙烯绝缘带罩住除提前侧通道外的所有油道(图31a)。

④向提前侧通道施加150kPa的空气压力(确保不漏气，否则锁销可能难以松开)，此时发现凸轮轴正时齿轮总成不能朝提前方向转动(正常时锁销应松开)，用手能将凸轮轴正时齿轮总成朝提前方向(逆时针)平稳地来回转动(图31b)。

(6)拆解VVT-i执行器

2 A Z-F E发动机的V V T-i执行器结构如图32所示。拆下该车VVT-i执行器盖板上的固定螺栓，分解VVT-i执行器总成，发现VVT-i执行器叶片上积满了油污，锁销也被油污卡住在正时链轮孔内不能回位(图33)，因而使进气凸轮轴处于最大延迟状态，造成发动机故障灯点亮，ECU设置P0012DTC。按照VVT-i系统修理要求，必须更换VVT-i执行器。在更换VVT-i执行器后，再对OCV执行主动测试，发动机转速瞬间下降至熄灭状态(图34)，

按1%比例逐步增大驱动OCV的占空比，此时VVT-i实际提前变化角度随着驱动OCV占空比的增大而接近ECU指令的VVT-i目标学习值(图35)。最后对车辆进行反复试车，故障排除。

3.维修小结

以上案例基于现代汽油发动机呼吸功能的要求和作用，分析了可变气门正时的应用策略和控制方法，并且结合VVT-i系统故障诊断过程，利用智能检测仪对可变气门正时系统进行主动测试，从数据流中对比VVT-i实际变化角度和目标学习值，快速有效确定了系统故障范围。(全文完)