汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)檢修課件-3.3可變配氣機構(gòu)的檢修

發(fā)動機電控系統(tǒng)識別主講人：XXX延時符《汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)檢修》課程項目三進氣不良故障檢修任務(wù)三可變配氣機構(gòu)的檢修主要內(nèi)容Primarycoverage一學(xué)習(xí)目標(biāo)二情境描述三相關(guān)知識四任務(wù)實施任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能根據(jù)故障現(xiàn)象制定正確的維修計劃;2.能正確選擇診斷設(shè)備對可變配氣機構(gòu)引起的故障進行診斷;3.能使用萬用表、故障診斷儀對可變配氣機構(gòu)的電路進行檢測;4.能正確記錄、分析各種檢測結(jié)果并確定故障原因和故障部位;5.能按照正確操作程序進行可變配氣機構(gòu)的更換;6.能正確檢查可變配氣機構(gòu)故障的修復(fù)質(zhì)量;7.能夠自主檢修可變配氣機構(gòu)引起的故障。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修二、情景描述故障現(xiàn)象：一輛寶來1.6L轎車，行駛里程25000km。在對氣缸蓋上的積炭進行清洗，研磨進、排氣門后，車輛出現(xiàn)加速無力，車速很難達到60km/h。診斷與排除：1)連接故障診斷儀，讀取故障碼，顯示發(fā)動機系統(tǒng)中有一個故障碼：故障碼16725凸輪軸位置傳感器G40信號異常。2)清除故障碼后再次讀取故障碼，發(fā)動機系統(tǒng)無故障碼記憶。3)起動發(fā)動機，故障碼16725再次出現(xiàn)，說明此故障碼為硬故障碼。導(dǎo)致產(chǎn)生此故障碼的可能原因如下：①凸輪軸位置傳感器G40信號不對，超出正常范圍。②凸輪軸位置傳感器G40安裝位置不對，配氣正時不對。③凸輪軸位置傳感器G40信號與曲軸位置傳感器信號不同步。④發(fā)動機控制模塊ECU損壞。原因②和④的可能性不大，因為凸輪軸位置傳感器G40和ECU沒有被拆裝過，問題的焦點就鎖定在原因①和③上。4)用故障診斷儀對凸輪軸位置傳感器G40進行波形檢測，波形正常，說明凸輪軸位置傳感器G40工作正常。5)進一步分析，認(rèn)為故障原因可能出在可變凸輪軸調(diào)整器的安裝鏈條上。因為在拆卸時如果沒有作裝配記號，就很有可能出現(xiàn)裝配錯誤。6)拆卸氣門室蓋，把第1缸搖到上止點位置，檢查進氣凸輪軸和排氣凸輪軸上的凹槽距離為15個鏈輥。而進氣凸輪軸和排氣凸輪軸上的凹槽之間的標(biāo)準(zhǔn)距離為16個鏈輥。7)進行調(diào)整后再次起動發(fā)動機，故障碼16725不再出現(xiàn)。進行路試檢查，車輛加速順暢，動力性恢復(fù)正常，故障排除。分析：本例故障由機械裝配錯誤而造成配氣相位失準(zhǔn)所導(dǎo)致，而發(fā)動機管理系統(tǒng)并不能判斷出現(xiàn)機械錯誤，只是認(rèn)為傳感器故障，因此產(chǎn)生16725的故障碼。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識一、基礎(chǔ)理論配氣機構(gòu)的作用是按照發(fā)動機每一缸內(nèi)所進行的工作循環(huán)以及發(fā)火次序的要求，適時開啟和關(guān)閉各氣缸的進排氣門，使新鮮充量及時進人，廢氣及時排出。配氣相位是指進、排氣門的實際開閉時刻，通常用相對于曲軸上下止點曲拐位置的曲軸轉(zhuǎn)角來表示。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

1.配氣相位對發(fā)動機性能的影響

在進、排氣門開、閉的四個階段中，進氣門遲閉角和進、排氣門重疊角對充氣效率均有較大的影響。(1)進氣門遲閉角

設(shè)置進氣門遲閉角的目的是利用進氣氣流過后充氣現(xiàn)象來增加氣缸循環(huán)充量。此外，合適的進氣門遲閉角還能獲得良好的燃燒室掃氣，降低高溫零部件的熱負(fù)荷，使發(fā)動機運行可靠。(2)進氣門重疊角和排氣門重疊角

有氣門重疊角時比無重疊角時的充氣效率高，這是由于進氣門早開，排氣門晚關(guān)，使進氣初期和排氣后期的節(jié)流損失減小的緣故。(3)排氣提前角

合理的排氣門提前角，不僅可以降低排氣溫度，減小排氣損失,還可以加大膨脹比，提高發(fā)動機的熱效率。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識2.配氣相位的選擇

通常，發(fā)動機配氣相位的選取是通過多種不同的配氣相位試驗，從中選出兼顧發(fā)動機各種工況下性能的一種折中的辦法。

高速汽油機配氣相位的選擇通常偏重于髙速區(qū)，進氣門遲閉角較大。因此，發(fā)動機在怠速和低速下運行時，氣缸內(nèi)的混合氣容易回流到進氣管中，致使氣缸內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，功率下降，怠速不穩(wěn)。隨著轎車汽油機的高速化和廢氣排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，配氣相位固定不變的缺點變得越來越突出。

采用可變配氣機構(gòu)后,發(fā)動機的配氣相位能隨工況相應(yīng)變化。發(fā)動機的低速轉(zhuǎn)矩得到改善，可以使用較低的曲軸轉(zhuǎn)速來減小摩擦損失，從而提髙燃油經(jīng)濟性。此外，如果進氣門遲閉角能在足夠大的范圍內(nèi)變化，則可以通過調(diào)節(jié)進氣門遲閉角，取代常規(guī)的節(jié)節(jié)流調(diào)節(jié)負(fù)荷，這能在一定程度上消除與進氣節(jié)流相關(guān)的泵氣損失，降低發(fā)動機的燃油消耗率，減少N0x和HC的排放。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識二、可變配氣系統(tǒng)的類型

可變配氣相位機構(gòu)按照控制方式可分為電控液壓式和離心機械式兩大類。目前廣泛采用的是電控液壓式。

就具體的控制方法而言，可變配氣機構(gòu)有凸輪軸控制式和搖臂控制式兩種，其中凸輪軸控制式又分為可變凸輪軸角度式和凸輪軸軸向可移式。可變凸輪軸角度式可以使凸輪軸旋轉(zhuǎn)一定的角度來適應(yīng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，它要求至少裝一根進氣凸輪軸和一根排氣凸輪軸。

任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識三、結(jié)構(gòu)與工作原理1.奧迪可變配氣機構(gòu)

大眾、奧迪汽車公司的APS發(fā)動機和其他一部分型號的發(fā)動機上采用了凸輪軸相位可變（氣門正時可變）的配氣機構(gòu)，也稱為VVT系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。2.4LAPS發(fā)動機采用雙頂置凸輪軸（DOHC)式配氣機構(gòu)，其中的排氣凸輪軸由發(fā)動機曲軸通過傳動帶直接驅(qū)動，其相位不可改變。排氣凸輪軸通過凸輪軸調(diào)整器（包括鏈條和鏈條張緊器）驅(qū)動進氣凸輪軸，當(dāng)鏈條張緊器的高度變化時，進氣凸輪軸的相位隨之變化，也就改變了進氣門的氣門正時。圖3-14大眾奧迪的可變配氣機構(gòu)

鏈條張緊器的高度由液壓缸內(nèi)的油壓決定。液壓缸內(nèi)的液壓油是來自發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的潤滑油，通過缸蓋上的一個孔提供。凸輪軸調(diào)節(jié)閥受ECU操縱，同時它又控制調(diào)整活塞的位置。根據(jù)調(diào)整活塞的位置，潤滑油壓力被傳至控制管A或B。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、曲軸位置、凸輪軸位置、發(fā)動機負(fù)荷和發(fā)動機溫度等參數(shù)，對照存儲器內(nèi)不同工況下的配氣相位數(shù)據(jù)，來控制凸輪軸調(diào)節(jié)電磁閥。發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時，電磁閥無電流通過，控制管A打開，潤滑油壓力會將鏈條張緊器壓至功率調(diào)整位置（基本位置），如圖3-15所示。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過1300r/min時，控制管B打開，鏈條張緊器被向壓至轉(zhuǎn)矩調(diào)整狀態(tài)，如圖3-16所示，鏈條引導(dǎo)點改變了位置，此時進氣凸輪軸可提前打開及關(guān)閉氣門。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過3700r/min時，又切換回功率調(diào)整狀態(tài)。

通過對進氣凸輪軸的相位調(diào)整，使發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩及排放都得到了一定程度的改善。圖3-15奧迪可變配氣機構(gòu)的功率位置（基本位置）任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識圖3-16奧迪大眾的可變配氣機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩位置任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

2.本田汽車公司的VTEC機構(gòu)

本田汽車公司在1989年推出了自行研制的VTEC機構(gòu)（VariableValveLifeTiming&VavleElectronicControl,中文譯作可變氣門正時及升程電子控制），是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。該機構(gòu)由ECM控制，它可以同時改變進氣門的正時和升程，使發(fā)動機在低速時具有較髙的燃燒效率和較低的燃油消耗，在高速時則具有較髙的功率。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

(1)VTEC機構(gòu)的組成VTEC發(fā)動機的凸輪軸除具有原有的控制凸輪外，還設(shè)置有髙速凸輪。搖臂也因此分成三部分：主搖臂、中間搖臂和輔助搖臂。三根搖臂的內(nèi)部裝有由液壓控制的正時活塞、同步活塞以及阻擋活塞。液壓系統(tǒng)由ECM根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度和車速等參數(shù)進行控制。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

(2)工作過程

在低速時，主搖臂、中間搖臂和輔助搖臂是彼此分離獨立動作的。此時凸輪A與B分別驅(qū)動主搖臂和輔助搖臂以控制氣門的開閉。由于凸輪B的升程很小，因而進氣門只稍微打開。雖然此時中間搖臂被凸輪C驅(qū)動，但由于三個搖臂彼此分離，故不影響氣門的正常開閉。即在低速狀態(tài)，VTEC機構(gòu)的氣門開閉情況與普通頂置凸輪軸式配氣機構(gòu)的相同。低速狀態(tài)下VTEC機構(gòu)的工作原理如圖3-17所示。圖3-17低速狀態(tài)下VTEC機構(gòu)的工作原理任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值時，ECU控制液壓系統(tǒng)，由正時活塞推動三個搖臂內(nèi)的同步活塞移動，并使三根搖臂鎖成一體，從而一起工作。此時，由于凸輪C較高，整個搖臂由它來驅(qū)動，使氣門開啟時間延長，升程增大。高速狀態(tài)下VTEC機構(gòu)的工作原理如圖3-18所示。

當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速降低到設(shè)定值時，ECU使搖臂中的同步活塞端的油壓降低，回位彈簧將同步活塞推回原位，三根搖臂重新彼此分離獨立工作。圖3-18高速狀態(tài)下VTEC機構(gòu)的工作原理任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

(1)VTEC機構(gòu)的組成VTEC發(fā)動機的凸輪軸除具有原有的控制凸輪外，還設(shè)置有髙速凸輪。搖臂也因此分成三部分：主搖臂、中間搖臂和輔助搖臂。三根搖臂的內(nèi)部裝有由液壓控制的正時活塞、同步活塞以及阻擋活塞。液壓系統(tǒng)由ECM根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度和車速等參數(shù)進行控制。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

(1)VTEC機構(gòu)的組成VTEC發(fā)動機的凸輪軸除具有原有的控制凸輪外，還設(shè)置有髙速凸輪。搖臂也因此分成三部分：主搖臂、中間搖臂和輔助搖臂。三根搖臂的內(nèi)部裝有由液壓控制的正時活塞、同步活塞以及阻擋活塞。液壓系統(tǒng)由ECM根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度和車速等參數(shù)進行控制。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

(3)系統(tǒng)控制原理VTEC系統(tǒng)的控制原理如圖3-19所示。ECM根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和冷卻液溫度等信號，對VTEC機構(gòu)進行控制。當(dāng)滿足控制條件時，ECM向VTEC控制電磁閥提供一電流，使電磁閥打開從油泵到同步活塞的油路。

另外，VTEC電磁閥開啟后，控制系統(tǒng)還可以通過VTEC壓力開關(guān)反饋一信號給ECM，以監(jiān)控系統(tǒng)是否工作正常。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識(4)i-VTEC系統(tǒng)i-VTEC系統(tǒng)是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加了一個稱為“可變正時控制”（VariableTimingControl，VTC）機構(gòu)，即一組進氣凸輪軸正時可變控制機構(gòu)，通過ECM控制程序，控制進氣門的開啟關(guān)閉。它在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時關(guān)閉每缸的一個進氣門，讓燃燒室內(nèi)形成移到稀薄的混合氣渦流，集結(jié)在火花塞周圍點燃做功。發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，則在原有基礎(chǔ)上增加進氣門的開度及時間，以獲取最大充氣量。VTC機構(gòu)令氣門重疊時間更加準(zhǔn)確，達到最佳的進、排氣門重疊時間，并使發(fā)動機動力性和排放性能得到提高。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

3.寶馬公司的可變配氣機構(gòu)BMW7系車用發(fā)動機所采用的可變配氣機構(gòu)，包括圖3-20所示的VANOS可變凸輪軸正時機構(gòu)和圖3-21所示Valvetronic可變氣門升程機構(gòu)兩部分。圖3-20寶馬的VANOS可變凸輪軸正時機構(gòu)圖3-21Valvetronic-機構(gòu)任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

(1)寶馬的VANOS機構(gòu)

寶馬的VANOS機構(gòu)用于調(diào)準(zhǔn)凸輪軸相對于曲軸的位置，也就是凸輪軸正時。該機構(gòu)由VAN0S電磁閥、傳動鏈和鏈輪、環(huán)形活塞等部件組成?？梢苿拥沫h(huán)形活塞的內(nèi)、外表面都有螺旋齒輪，分別與鏈輪的內(nèi)齒輪和凸輪軸外齒輪嚙合。這樣當(dāng)環(huán)形活塞沿軸向移動時，還會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)運動，進而改變內(nèi)、外齒輪的相位，使氣門配氣

相位產(chǎn)生連續(xù)改變。這個旋轉(zhuǎn)運動被加到凸輪軸的轉(zhuǎn)動上使凸輪軸“提前”12.5°。

發(fā)動機工作時，ECM根據(jù)實時工況信息去操縱VANOS電磁閥，電磁閥控制發(fā)動機潤滑油進入環(huán)形活塞活塞腔的流向與流量，使環(huán)形活塞移動到相應(yīng)的位置。

單VANOS系統(tǒng)在發(fā)動機怠速及低速時，進氣門開啟較晚，以增進怠速的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定及平滑；在中速時，控制單元（寶馬稱之為DME)讓油壓來移動環(huán)形活塞，使進氣門較早開啟，以增加輸出轉(zhuǎn)矩及減少燃油消耗和尾氣排放。在離轉(zhuǎn)速（大約為5000r/min)時，進氣門再度延遲開啟，使發(fā)動機輸出最大動力。

雙VANOS(Double-VariableNockenwellensteuerung)系統(tǒng)能夠根據(jù)節(jié)氣門位置及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速同時改變進氣及排氣凸輪軸正時,進氣門與排氣門的正時都可以在大部分轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)地變化，這能更多地增大發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩。雙VANOS系統(tǒng)要求有非常高的油壓來快速精確地調(diào)整凸輪軸。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修三、相關(guān)知識

(2)寶馬的Valvetronic機構(gòu)

采用了Valvetronic控制機構(gòu)的BMW發(fā)動機取消了傳統(tǒng)的節(jié)氣門機構(gòu)，發(fā)動機進氣量的大小由Valvetronic可變氣門升程機構(gòu)控制。Valvetronic機構(gòu)安裝在進氣凸輪軸上。該機構(gòu)由傳統(tǒng)的氣門機構(gòu)加上電動機、蝸桿蝸輪機構(gòu)、偏心軸、中間軸及中間搖臂、回位彈簧等組成。

發(fā)動機工作時，控制單元根據(jù)節(jié)氣門位置、曲軸轉(zhuǎn)速、凸輪軸位置、冷卻液溫度等信號，以16Hz頻率信號控制電動機動作。電動機通過蝸桿蝸輪機構(gòu)帶動偏心軸轉(zhuǎn)動，，偏心軸的偏轉(zhuǎn)又會帶動中間軸上的中間搖桿產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，進而使配氣機構(gòu)搖臂的上下移動幅度發(fā)生變化，氣門升程也相應(yīng)發(fā)生變化。進氣門的行程開度可以由0.3mm升至9.85mm。BMW的Valvetronic機構(gòu)的無節(jié)氣門設(shè)計，使進氣更加順暢，并配合著雙VANOS連續(xù)可變氣門正時機構(gòu)，實現(xiàn)了“正時與重疊時間，還有升程”都可以“連續(xù)性”變化的效果。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修四、任務(wù)實施

可變配氣機構(gòu)發(fā)生故障時，車輛會出現(xiàn)動力不足、油耗升髙以及排放惡化等癥狀。大眾、奧迪公司的VVT系統(tǒng)可能發(fā)生的故障有控制單元故障、電氣線路故障、凸輪軸調(diào)節(jié)器故障和凸輪軸調(diào)節(jié)電磁閥故障等。大眾奧迪VVT機構(gòu)的檢修包括VVT系統(tǒng)控制過程的檢查、凸輪軸調(diào)節(jié)器的檢查、凸輪軸調(diào)節(jié)電磁閥的檢查和電氣線路的檢查等項目。一、檢査前提①接上車輛診斷測量信息系統(tǒng)VAS5051，并把車輛自診斷和車輛系統(tǒng)調(diào)到“01-Motorelektronic”（發(fā)動機電氣設(shè)備）功能塊。②冷卻液的溫度至少80℃。③裝有自動變速器的車輛：必須把變速桿放到P位或者N位。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修四、任務(wù)實施二、控制過程的檢査①起動發(fā)動機。②將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速限制在2000～3000r/min范圍內(nèi)。③選擇界面1上的診斷功能“04-GnmdeinrteUung”（基本設(shè)置)。④根據(jù)屏幕上的提示輸入顯示組094，按Q鍵確認(rèn)。⑤檢査顯示區(qū)3和4內(nèi)的顯示數(shù)值，見表3-1。表3-1診斷顯示組01-04-094的儀器顯示

顯示區(qū)1234顯示組094：進氣凸輪軸調(diào)節(jié)器顯示屏xxxxr/min一一一工作范圍

TestAUSTestAUSTestEINTestEINSyst.i.O.Syst.i.O.Syst.n.i.O.Syst.n.i.O.額定值2000~3000r/minkW系統(tǒng)正常系統(tǒng)正常提示：如果顯示“Syst.n.i.O.”（系統(tǒng)正常），檢查進氣凸輪軸調(diào)節(jié)。任務(wù)3.3可變配氣機構(gòu)的檢修四、任務(wù)實施三、檢查進氣凸輪軸調(diào)節(jié)器①用解碼儀切換到顯示組091。②發(fā)動機以怠速運轉(zhuǎn)。③檢查顯示區(qū)3和4內(nèi)的顯示數(shù)值，見表3-2。④進行道路試車。節(jié)氣門全開，車輛在3檔從2000r/min開始加速。⑤檢查顯示區(qū)3和4內(nèi)的顯示數(shù)值，見表3-3。提示：如果在道路試車過程中只有一個值的顯示在3.0°kW和19°kW之間，那么凸輪軸調(diào)節(jié)器的電子閥門雖然能將潤滑油壓力正確地開至機械式凸輪軸調(diào)節(jié)器上，但卻無法達到其最終位置（例如由于運動不暢等原因）。表3-2診斷顯示組01-04-091的儀器顯示表3-3診斷顯示組01-04-091的儀器顯示

顯示區(qū)1234顯示組091：第一列氣缸進氣凸輪軸調(diào)節(jié)器顯示屏xxxxr/min%kWkW顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速負(fù)載率理論調(diào)節(jié)值實際調(diào)節(jié)值額定值怠速15-17-3~3-3~3

顯示區(qū)1234