三菱正時電子控制系統(tǒng)的原理和檢修

1、三菱正時電子控制系統(tǒng)的原理和檢修 杭州職業(yè)技術(shù)學院 汽檢0812 摘要 三菱新型氣門正時電子控制系統(tǒng)MIVEC能夠通過不斷調(diào)整進氣凸輪軸以及曲軸的相位來優(yōu)化氣門正時，以確保發(fā)動機在各種運行條件下獲得最佳的配氣相位?？蓪⑴錃庀辔话凑瞻l(fā)動機不同工況進行連續(xù)可變，使得發(fā)動機的經(jīng)濟性和動力性兼顧。本文主要分析MIVEC 工作原理、工作過程及故障檢修和排除的方法。關(guān)鍵詞 三菱新型氣門正時電子控制系統(tǒng)； 機構(gòu)原理； 故障檢修現(xiàn)代汽車廣泛采用電子控制技術(shù)，其電氣設(shè)備、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復雜和精密。對汽車各系統(tǒng)和用電設(shè)備的控制基本實現(xiàn)了功能組合化、控制電子化和連接標準化，使汽車的性能更加完善。同時對汽車的故障診斷與

2、維修有了更高層次的要求。本文主要以哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造XXX生產(chǎn)的4G15M-2L DOHC（雙頂置凸輪軸）、MIVEC 型發(fā)動機進行說明，MIVEC 機構(gòu)是通過ECU 發(fā)出精確指令控制進氣凸輪軸相位：發(fā)動機的ECU 在各種行駛工況下自動搜尋一個對應發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣量、節(jié)氣門位置和冷卻水溫度的最佳氣門正時，并控制凸輪軸正時液壓控制閥，并通過各個傳感器的信號來感知實際氣門正時，然后再執(zhí)行反饋控制，補償系統(tǒng)誤差，以確保發(fā)動機在各種運行條件下獲得最佳的配氣相位，從而能有效地提高汽車的功率與性能，減少耗油量和廢氣排放。1 MIVEC 發(fā)動機系統(tǒng)簡介1.1 發(fā)動機總成外觀 哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造X

3、XX生產(chǎn)的4G15M-2LDOHC MIVEC 型發(fā)動機總成，其外觀如圖1所示。圖1 4G15M-2L DOHC MIVEC 型發(fā)動機外觀圖1.2 基本結(jié)構(gòu) MIVEC 主要由電子控制部分、油路控制部分和機械執(zhí)行部分等三部分組成。電子控制部分主要由曲軸位置（CKP，Crankshaft Position）傳感器、凸輪軸位置（CMP，CamshaftPosition）傳感器以及發(fā)動機控制模塊ECU 構(gòu)成，曲軸位置傳感器用于計算發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，發(fā)動機控制模塊用于收集傳感器信息，并根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速向執(zhí)行器發(fā)出指令，機械執(zhí)行部分主要由油壓控制閥（OCV，Oil Control Valve）和可變氣門正時

4、執(zhí)行器(VVTVariable Valve Timing)組成。如圖2 所示。圖2 MIVEC 基本結(jié)構(gòu)1.2.1 VVT 鏈輪組件裝置 可變氣門正時執(zhí)行器（VVT 鏈輪組件）裝置：通過改變OCV 閥的油壓，不斷調(diào)節(jié)進氣凸輪軸相位以及進氣凸輪軸前端的曲軸相位；VVT 鏈輪組件裝置（圖3）由以下部件構(gòu)成：與凸輪軸鏈輪一體的外殼、端蓋、凸輪軸轉(zhuǎn)子以及止動銷。轉(zhuǎn)子上有一個薄片封口用來密封氣門正時提前油腔與滯后油腔?？勺儦忾T正時執(zhí)行器端蓋與轉(zhuǎn)子上刻有開槽，在檢查可變氣門正時執(zhí)行器時，作為對正標記使用。由氣門正時調(diào)節(jié)油壓控制閥控制的液壓用于移動VVT 鏈輪中的葉片轉(zhuǎn)子，以優(yōu)化控制氣門正時。當發(fā)動機停止時

5、，止動銷用來定位轉(zhuǎn)子與外殼（套管）。圖3 VVT 鏈輪組件裝置機構(gòu)1.2.2 油壓控制閥（OCV） 油壓控制閥（OCV）：由ECU 輸出的電流（占空比信號），將油壓傳送到可變氣門正時執(zhí)行器的提前油腔或滯后油腔，其包括一個用來轉(zhuǎn)換機油通道的滑閥、一個用來移動滑閥的線圈、一個柱塞以及一個回位彈簧。機油壓控制閥的工作原理：其工作原理是：發(fā)動機通過兩根三角帶驅(qū)動氣泵曲軸，從而驅(qū)動活塞進行打氣，打出的氣體通過管線導入儲氣筒。另一方面儲氣筒又通過一根氣管線將儲氣筒內(nèi)的氣體導入固定在氣泵上的調(diào)壓閥內(nèi)，從而控制儲氣筒內(nèi)的氣壓。當儲氣簡內(nèi)的氣壓未達到調(diào)壓閥調(diào)定的壓力時，從儲氣筒內(nèi)進入調(diào)壓閥的氣體不能項開調(diào)壓閥閥

6、門；當儲氣筒內(nèi)的氣壓達到調(diào)壓閥調(diào)定的壓力時，從儲氣筒內(nèi)進入調(diào)壓閥的氣體頂開調(diào)壓閥閥門，進入氣泵內(nèi)與調(diào)壓閥相通的氣道，并通過氣道控制氣泵的進氣口常開，從而使氣泵空負荷運轉(zhuǎn)，達到減少動力損耗，保護氣泵的目的。當儲氣筒內(nèi)的氣壓因損耗而低于調(diào)壓閥調(diào)定的壓力時，調(diào)壓閥內(nèi)的閥門由回位彈簧將其回位，斷開氣泵的控制氣路，氣泵又重新開始打氣。氣泵的冷卻方式是利用發(fā)動機的冷卻液對其進行冷卻。發(fā)動機的冷卻液由水道經(jīng)水管線進入氣泵，在氣泵內(nèi)循環(huán)后又由水管線回到發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)進行散熱。氣泵的潤滑方式是利用發(fā)動機的機油進行潤滑。發(fā)動機的機油經(jīng)油道通過油管線進入氣泵曲軸內(nèi)的油道，以潤滑軸瓦和連桿瓦，之后回到氣泵的曲軸箱內(nèi)

7、，曲軸又將曲軸箱內(nèi)的機油通過飛濺潤滑的方式對缸套及活塞進行潤滑。最后氣泵曲軸箱內(nèi)的機油通過管線又流回到發(fā)動機的油底殼內(nèi)進行冷卻。1.2.3 其它元器件（1）曲軸位置傳感器（CKP）：曲軸位置傳感器即曲軸位置和轉(zhuǎn)角傳感器,它是電噴發(fā)動機的重要傳感器之一,主要用于檢測發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角和活塞上止點位置,以便于發(fā)動機控制裝置發(fā)出點火及噴油指令,提供最佳的點火時刻及最合理的燃油供給,從而提高車輛的經(jīng)濟性及排放的環(huán)保性，發(fā)送發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號給ECU。曲軸位置傳感器（CKP）的工作原理：曲軸位置傳感器也稱曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，是計算機控制的點火系統(tǒng)中最重要的傳感器，其作用是檢測上止點信號、曲軸轉(zhuǎn)角信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號

8、，并將其輸入計算機，從而使計算機能按氣缸的點火順序發(fā)出最佳點火時刻指令。三菱的曲軸位置傳感器是電磁脈沖式曲軸位置傳感器，曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器一般安裝于曲軸皮帶輪或鏈輪側(cè)面，有的安裝于凸輪軸前端。（2）凸輪軸位置傳感器（CMP）:凸輪軸位置傳感器(Camshaft Position Sensor，CPS)又稱為氣缸識別傳感器(Cylinder Identification Sensor，CIS)，為了區(qū)別于曲軸位置傳感器(CPS)，凸輪軸位置傳感器一般都用CIS表示。凸輪軸位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號，并輸入ECU，以便ECU識別氣缸1壓縮上止點，從而進行順序噴油控制、點火

9、時刻控制和爆燃控制。此外，凸輪軸位置信號還用于發(fā)動機起動時識別出第一次點火時刻。因為凸輪軸位置傳感器能夠識別哪一個氣缸活塞即將到達上止點，所以稱為氣缸識別傳感器。發(fā)送氣缸識別信號給ECU。（3）發(fā)動機控制模塊（ECU）：發(fā)動機控制模塊(ECU)是一個以單片機為核心的微處理器，由硬件電路板和控制軟件兩部分組成。它的功能是處理來自各個傳感器的信號，判斷發(fā)動機的工作狀況，并向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出最佳的噴油和點火等參數(shù)的控制信號。從而使發(fā)動機一直處于最佳的工作狀態(tài)。ECU的安裝要求防塵、防水、散熱好。ECU電路板上有兩個相應的ECU插頭，使用中線束的ECU插頭插入ECU插座時應注意方向和顏色。線束插頭的鎖緊片

10、應對準ECU插座的鎖緊凸起。插頭如果裝反，則將燒壞貴重的電子控制模塊控制OCV 閥，按照發(fā)動機運行條件優(yōu)化氣門正時。（4）油泵:機油泵的作用是把機油送到發(fā)動機各摩擦部位，使機油在潤滑路中循環(huán)，以保證發(fā)動機得到良好的潤滑。機油泵多為齒輪泵，它由齒輪泵體等組成。當發(fā)動機工作時，凸輪軸帶動泵體的主動齒輪轉(zhuǎn)動。齒輪甩動機油沿泵體內(nèi)壁從進油口流至出油口，形成低壓，產(chǎn)生吸力，機油箱內(nèi)的機油即被吸入進油口。而出油口處的機油越積越多，因而壓力增高，機油便被壓到各摩擦部分，實現(xiàn)強制潤滑。 2 MIVEC 的應用2.1 基本工作原理 三菱菱悅裝備MIVEC 可變氣門正時系統(tǒng)的發(fā)動機與普通發(fā)動機一樣采用每缸四氣門，

11、兩進兩排的設(shè)計，但不同的是它可以控制每缸兩個進氣門的開閉時刻（正時）。發(fā)動機正常工作，在做功沖程結(jié)束，活塞處于下止點時排氣門開始打開，發(fā)動機進入排氣沖程，直到活塞到達上止點，排氣門關(guān)閉，進氣門打開，發(fā)動機進入吸氣沖程。當活塞正好運行一周重新回到下止點時，進氣門關(guān)閉，發(fā)動機進入壓縮沖程。這就是一套完整發(fā)動機運作過程。從中不難理解氣門正時就是配合活塞位置使氣門開或關(guān)的時間。在不同的發(fā)動機工作狀況下，可變氣門正時機構(gòu)會進行不同的調(diào)整，調(diào)整原理如下：（1）在怠速范圍或輕載荷范圍，可變氣門正時機構(gòu)會使進氣凸輪相位處于最大滯后。由于氣門重疊量的減少，更少的燃燒氣體回流到進氣道。這使得怠速得到穩(wěn)定，提高了燃

12、油經(jīng)濟性，同時確保了在輕載荷下發(fā)動機的穩(wěn)定性。（2）在中度載荷范圍，可變氣門正時機構(gòu)會使進氣凸輪相位加大提前，氣門重疊量增加，以獲得更好的EGR 效果，減少了排出氣體中NOx 的含量，并降低了發(fā)動機泵送損失和燃燒溫度。由于未燃燒氣體的再燃燒，使得碳化氫的排放量也得到降低。（3）在重載荷、中低速范圍，可變氣門正時機構(gòu)會使進氣凸輪相位加大提前，進氣門關(guān)閉時刻較早，以獲取大功率用以提高中低速轉(zhuǎn)矩。（4）在重載荷、高速范圍，可變氣門正時機構(gòu)會使進氣凸輪相位加大滯后，進氣門關(guān)閉時刻滯后，以獲得大功率用以提高最大輸出功率。（5）當溫度低時，可變氣門正時機構(gòu)會使進氣凸輪相位處于最大滯后，氣門重疊量被調(diào)至最小

13、，用以防止燃燒氣體回流到進氣道，并且可降低低溫時的額外噴油量。此方式可提高燃油經(jīng)濟性，并且使得快怠速得到穩(wěn)定。（6）當發(fā)動機起動或停止時，可變氣門正時機構(gòu)會使進氣凸輪相位處于最大滯后，氣門重疊量被調(diào)至最小，從而防止燃燒氣體回流到進氣道，并使發(fā)動機穩(wěn)定性得以提高。它可以根據(jù)各傳感器傳來的發(fā)動機工況信號來適時調(diào)整最合理的配氣正時，總而言之MIVEC 可以令發(fā)動機時刻處在最佳燃燒狀態(tài)。2.2 基本工作情況 MIVEC 可變氣門正時系統(tǒng)是通過機油控制閥（OCV）控制可變氣門正時執(zhí)行器的提前腔與滯后腔油壓，來不斷地調(diào)節(jié)氣門正時，從而使發(fā)動機運轉(zhuǎn)性能保持最佳。油壓控制閥（OCV）由 ECU 根據(jù)發(fā)動機的運

14、行條件來控制工作?？勺儦忾T正時執(zhí)行器有兩個液壓腔：氣門正時提前腔及氣門正時滯后腔 。這兩個液壓腔位于可變氣門正時執(zhí)行器外殼凸輪軸轉(zhuǎn)子之間，油泵為兩腔提供機油。油是通過發(fā)動機進氣道側(cè)凸輪軸上（凸輪軸前端）的一個油道到達可變氣門正時執(zhí)行器的。由機油控制閥控制兩腔的液壓壓力大小，按照發(fā)動機不同的運行條件來調(diào)整凸輪軸鏈輪以及凸輪軸的相應相位，以獲得最優(yōu)配氣相位。在發(fā)動機處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時，可變氣門正時執(zhí)行器的轉(zhuǎn)子由于彈簧力處于最大配氣滯后位置，此時，止動銷與轉(zhuǎn)子嚙合，凸輪軸鏈輪與凸輪軸聯(lián)成個整體。在發(fā)動機起動后，當油泵壓力升高到額定值可變氣門正時機時，油壓推動止動銷與轉(zhuǎn)子脫離，此時便可對凸輪軸鏈輪與凸輪軸

15、的相對角度進行調(diào)節(jié)。 2.2.1 進氣相位提前當機油控制閥（OCV）的滑閥按照ECU 提供的占空比信號所決定的電磁力的大小移動到左側(cè)時，油泵液壓注入到氣門正時提前通道，并最終到達可變氣門正時執(zhí)行器的氣門正時提前腔。然后，轉(zhuǎn)子與凸輪軸相對于殼一起向氣門正時提前方向旋轉(zhuǎn)，由此，氣門正時被提前。提前控制信號越大，油壓控制閥（OCV）的滑閥往左側(cè)移動量也越大，可變氣門正時執(zhí)行器的氣門正時提前腔的油壓也越高，氣門正時提前角也越大。如圖4所示。圖4 進氣相位提前2.2.2 進氣相位延后 壓控制閥（OCV）的滑閥按照按照ECU 提供的占空比信號移動到右側(cè)時，油泵液壓注入到氣門正時滯后通道，并最終到達可變氣門

16、正時執(zhí)行器的氣門正時滯后腔。然后，轉(zhuǎn)子與凸輪軸相對于殼一起向氣門正時滯后方向旋轉(zhuǎn)，由此，氣門正時被延后。延后控制信號越小，油壓控制閥（OCV）的滑閥往右側(cè)移動量也越大，可變氣門正時執(zhí)行器的氣門正時滯后腔的油壓也越高，氣門正時滯后角也越大，如圖5所示。圖5 進氣相位延后2.2.3 進氣相位保持 油壓控制閥（OCV）的滑閥位于氣門正時提前與滯后的中間位置。由此，液壓同時被保持在可變氣門正時執(zhí)行器的提前腔與滯后腔內(nèi)。同時，轉(zhuǎn)子與外殼的相應角度被固定并保持，從而形成了進氣相位保持中間位置。如圖6所示。圖 6 進氣相位保持3 MIVEC 故障檢修3.1 故障分析 MIVEC 故障原因應從自診斷系統(tǒng)查找故

17、障代碼或者故障征兆進行判斷分析。MIVEC 的電子控制部分主要發(fā)動機控制模塊ECU 控制，因此，當MIVEC 出現(xiàn)故障時就會出現(xiàn)機油控制閥故障，運用三菱提供的專用檢測儀器MUT-III 就可以輕松查出故障代碼。當出現(xiàn)低速時動力不足或者高速時動力上不去，MIVEC 便是我們可疑的故障系統(tǒng)(1) 故障碼P000A：進氣VVT 運行不合理故障 當VVT 的實際位置同目標位置偏差大于30報該故障。東南汽車 的VVT 運行角度范32-3能開動的最大角度為35，東南的VVT 鎖死位置為32。故障原因：VVT 被卡死在某個開度較大的位置；VVT 卡死在鎖死位置附近，如32附近；VVT 運行特別緩慢，導致目標

18、位置同實際位置偏差太大，如圖7所示：圖7 故障碼P000A 診斷流程（2）故障碼P0010：進氣VVT 電路開路故障ECU 持續(xù)監(jiān)視OCV 電壓若發(fā)現(xiàn)OCV的控制電壓（根據(jù)OCV 計算）低于或者高于上限電壓（根據(jù)電源正極電壓計算），則ECU 判斷OCV 電路出現(xiàn)故障，故障燈亮，并在ECU中存儲故障碼P0010。故障原因：OCV 電路故障；OCV 端子和主繼電器之間出現(xiàn)電路斷路；OCV 端子和 ECU 端子之間的線路發(fā)生搭鐵或與電源短路或出現(xiàn)斷路；在 OCV 插頭或者是 ECU 插頭出現(xiàn)連接不良；ECU 故障，如圖8所示：圖8故障碼P0010 診斷流程(2) 故障碼P0012：進氣VVT 鎖死位

19、置不合理故障VVT 卡死在某個位置，回不到鎖死位置,表現(xiàn)為動力不足或發(fā)動機運行異常。故障原因:OCV 故障；VVT 被卡死在某個開度較大的位置；VVT卡死回不到鎖死位置。診斷流程：同P000A 診斷流程。（4）故障碼P0016：曲軸與凸輪軸相對位置故障凸輪軸同曲軸安裝相對位置偏差太大或者發(fā)生了皮帶跳齒。 故障原因：OCV 故障；機油壓力過低；凸輪軸與曲軸的實際安裝相對位置同理論安裝位置偏差太大；凸輪軸與曲軸的連動皮帶發(fā)生了跳齒；VVT 卡死在某個位置上，無法回鎖死位置，如圖9所示：圖9故障碼P0016 診斷流程3.2 MIVEC 元件檢修（1）機油控制閥（OCV）供給電壓檢查，點火開關(guān)打至ON

20、 位置拆開OCV 插頭，測量OCV端子與接之間的電壓，標準值為12V，若測得與電壓不符，說明電路有問題。（2）機油控制閥（OCV）線圈電阻檢查，斷開蓄電池負極線，拆開機油控制閥（OCV）插頭，用歐姆表測量其連接器端子兩PIN 處的電阻應為6.97.2（20），若電阻值超出標準，則更換油壓控制閥。（3）機油控制閥（OCV）工作狀況檢查，拆開機油控制閥（OCV）插頭，將OCV 閥連接器端子兩PIN 接上蓄電池電壓，看是否可以聽到作動的聲音，如果有作動聲音，說明OCV 工作良好，如果沒有作動聲音，說明OCV 閥卡死或者線圈斷路，為避免OCV 在試驗中燒壞，通電時間要盡可能短。3.3 案例故障現(xiàn)象：菱

21、的格蘭轎車發(fā)動機故障指示燈亮一輛2009款三菱的格蘭2.0L轎車，行駛里程為700kmo駕駛員稱這輛車剛剛買到手，大約行駛到300km的時候發(fā)動機故障指示燈就亮了，來過兩次維修站都沒有解決好，只把故障碼給清除了，但故障并未真正解決。當業(yè)務人員將此車的情況反映過來的時候，我們就找到了維修過此車的技術(shù)人員了解情況，他們就此車的原始維修過程做了如下描述這輛車報修時稱發(fā)動機故障指示燈亮，用三菱專用診斷儀調(diào)取故障碼為：57-3凸輪軸位置(CMP)傳感器性能良。根據(jù)這種情況，查找了維修手冊，維修手冊指出故障碼57有三種含義，分別是凸輪軸位置傳感器A無信號；檢測到凸輪軸位置傳感器與曲軸位置傳感器相位正確；凸

22、輪軸位置傳感器A間歇式中斷等原因。至于是其中的哪一個故障還能確定，按照維修手冊檢修流程，我們分別對凸輪軸位置傳感器A及線束插頭等做了檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)異常，也更換了凸輪軸位置傳感器，告訴客戶試驗幾天再說。通過對上次診斷情況的了解，該故障屬于間歇性故障。可想而知，其診斷必須有理有據(jù)，而能盲目的憑想象去做事，況且維修人員調(diào)取的故障碼是兩位數(shù)，而是標準的OBDll規(guī)定的統(tǒng)一含義的故障代碼，2009款三菱的格蘭車執(zhí)行了SAE提出的OBDll標準，因此，有必要對故障進行再一次復檢。 首先用PGM診斷儀重新調(diào)取故障碼，顯示為：57-3凸輪軸位置傳感器性能良。和上述維修人員調(diào)取的故障碼一樣，而在維修手冊中查找

23、故障原因時，發(fā)現(xiàn)維修手冊指示得是很明確，因為它包括三種故障原因。維修人員在看到上述原因后，開始圍繞凸輪軸位置傳感器查找故障原因，但是在維修手冊中的故障碼全部是以SAE的標準使用的，在這個大前提下涵蓋了三菱的故障碼，所以必須將現(xiàn)在看到的故障碼轉(zhuǎn)換到SAE標準。具體操作是：在系統(tǒng)菜單中選擇設(shè)置菜單，從設(shè)置菜單中選擇故障碼類型菜單，再從故障碼類型菜單中選擇SAE標準，這樣PGM系統(tǒng)內(nèi)部就自動將故障碼類型進行了轉(zhuǎn)換。再次重新調(diào)取故障碼，顯示為P0341，含義為檢測到凸輪軸位置傳感器與曲軸位置傳感器相位正確。 根據(jù)該故障碼指示的內(nèi)容再次查找維修手冊，從中發(fā)現(xiàn)該故障產(chǎn)生的主要原因是VTC(可變氣門正時連續(xù)

24、調(diào)整裝置)執(zhí)行部件中的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)了故障，造成VTC工作失效，產(chǎn)生上述故障碼。為了能夠解決此車故障，立即決定用替換的方法將此車的VTC機油控制電磁閥更換，而且該部件比較容易更換，它的主要功能是打開或切斷向VTC執(zhí)行器輸送機油，從而達到改變進氣凸輪軸位置的目的。更換之后以30-60km/h的時速路試，大約行駛了4km左右，故障指示燈又被點亮了，而且仍然是同一故障碼，可見，該故障仍然沒有解決。 如果執(zhí)行部件中控制輸油的電磁閥沒有故障，那么凸輪軸的正時鏈及凸輪軸和VTC執(zhí)行器的可能性就比較大了。由于拆卸這些部件較麻煩，因此，在反復確定其他外圍部件正常之后，決定拆下正時蓋，檢查上述部件。大約拆卸了2h左右，將進氣凸輪軸與其連接的VTC執(zhí)行器分開后，故障原因便一目了然，凸輪軸和執(zhí)行器的配合表面出現(xiàn)了較嚴重的咬傷。這樣必然會導致泄油，從而使VTC執(zhí)行器能正常工作，也就點亮了發(fā)動機的故障指示燈。重新更換了凸輪軸和相配合的執(zhí)行器后，再次以30-60kmlh的時速路試，故障一直沒有出現(xiàn)，用PGM診斷儀在數(shù)據(jù)菜單中顯示VTC狀態(tài)為通過，故障徹底