发动机VVT 诊断策略与硬件特性匹配的优化

王 严 伍 俊 邹明恩

（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利罗佑发动机有限公司）

引言

随着日益严苛的排放法规要求，车载诊断系统显得尤为重要。诊断系统可实时监控车辆运行状态，而诊断策略作为最重要的部分，决定其能否及时、准确地检测出车辆运行故障。本文以“排气凸轮轴锁止位置运行不合理”故障为例，从排气VVT 结构特性分析入手，结合故障诊断策略，找到诊断策略与VVT硬件特性的匹配不合理，解决了故障误报问题。

1 故障背景

在小批试生产阶段，某款整车下线检测，系统中出现“排气凸轮轴锁止位置运行不合理”历史故障码，故障率2%。诊断仪清除故障码后，进行多次起动、行驶工况复现试验，故障码未复现。通过INCA数据采集，发现起动过程中，存在排气VVT 实际角度与初始锁止位置偏差的问题，即VVT 角度发生跳变现象，如图1 所示。

图1 VVT 角度跳变现象

2 VVT 结构简介

为了满足发动机性能需求及不同的发动机工况（转速、负荷、温度等），发动机通过控制OCV 阀动作进行油道切换，从而将机油适时、适量地导入VVT的提前油腔或滞后油腔内，实现凸轮轴相位提前或滞后，改变气门重叠角，达到发动机最佳工况状态。

VVT 转子和壳体（定子）之间通过锁止销定位，锁止位置作为VVT 初始位置[1]。发动机起动时，机油压力逐渐建立，机油通过油道进入销孔，顶起锁止销，解除锁止；发动机停机后，锁止销回落到锁销孔，VVT 回到初始位置，锁止销起到锁止转子和定子的作用[2]，如图2 所示。

图2 VVT 内部结构图

3 故障排查

3.1 硬件方面分析

此发动机VVT 锁止销采用二级阶梯销，额外设有辅助解锁油路，相比圆柱销，有利于解锁，结构如图3 所示。

图3 二级阶梯销结构

发动机起动时，在油压开始建立阶段，辅助油路油压（此时油压不小于0.11 MPa）作用于阶梯面，锁止销浮于两级销孔中间，进行辅助解锁；油压建立至一定值后，主解锁油路油压作用于锁止销顶面，将锁止销完全解锁。

起动之后，正时皮带带动VVT 带轮顺时针旋转，受到凸轮轴转矩的作用，进气VVT 转子会靠向定子侧，排气VVT 远离定子侧，通过提前/滞后腔油压、复位弹簧扭力、凸轮轴转矩之间的相互作用力实现VVT 相位调节。

对于排气VVT，起动过程中，由于辅助油路比滞后腔体积小，油压先于滞后腔达到0.11 MPa，锁止销浮于两级销孔之间，此时，滞后腔未充满机油，凸轮轴转矩＞复位弹簧+扭压比×滞后腔油压，锁止销受到剪切力，可能出现锁止销脱出现象，VVT 角度产生跳变；当滞后腔油压建立至0.11 MPa，滞后腔油压将VVT 固定至初始位置[3]。

通过以上分析，起动过程中，排气VVT 可能存在锁止销跳销现象，进而导致VVT 角度跳变，但出现时间很短，油压建立后即可恢复。

3.2 标定策略方面

通过查找OBD 诊断策略文件得知，“排气凸轮轴锁止位置运行不合理”故障报码策略：排气VVT使能未激活（即需求VVT 角度为初始锁止位置），VVT 实际角度与初始锁止位置角度之差大于10°CA，从起动开始诊断计数，前4 次为非诊断VVT 位置值的次数（目的在于判断VVT 初始角度有效性），从第5 次诊断开始，累计大于6 次，故障码报出。

结合VVT 硬件方面分析，若诊断起止时间与VVT 角度可能产生跳变时间重合，则可能发生故障码误报情况。

为了验证此问题，制作特殊零部件，使起动后VVT 始终保持最大调节角度，进行实车测试。

由此可见，诊断开始时，发动机存在机油压力未达到0.11 MPa 问题（主要与发动机停机时间有关，发动机停机一段时间后，油道中机油回流至油底壳，起动时油压建立较慢），因此可以确定诊断起止时间与VVT 角度可能产生跳变时间存在重合的可能。

3.3 诊断时间与油压建立时间匹配方案

查找发动机台架润滑系统试验中排气VVT 油道机油压力建立时间，达到0.1 MPa 时间需要1 s。

由表1 实车测试结果得知，在发动机启动后约0.62 s 诊断已开始，故需将非诊断的VVT 位置值次数进行调整，延长诊断开始时间至1 s 之后。

表1 不同温度下，诊断起止时间测试结果

同样进行实车验证，设置20 次时间基本达到1 s，如表2 所示。为保留一定的安全余量，最终确定非诊断VVT 位置值的次数设置为25 次。

表2 不同温度下，更改诊断起止时间测试结果

4 效果验证

更新软件的车辆进行50 次起动验证，VVT 角度产生跳变10 次，诊断开始时间均在跳变发生时间段之后，成功避开故障码误报时间区间，如图4 所示。

图4 诊断优化后测试数据结果

5 结论

通过对VVT 结构及故障诊断策略分析，发现并解决了VVT 二级阶梯销结构的硬件特性与故障诊断策略匹配不合理问题，能够为发动机相关诊断策略的制定提供借鉴，避免软硬件匹配不合理问题的再发。