MIVEC機(jī)構(gòu)原理與故障檢修

鄭榮升

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MIVEC機(jī)構(gòu)原理與故障檢修

鄭榮升

東南（福建）汽車工業(yè)有限公司

三菱新型氣門正時電子控制系統(tǒng)MIVEC（MIVEC——Mitsubishi Innovative Valve timing ＆ lifting Electronic Control System）能夠通過不斷調(diào)整進(jìn)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(jī)在各種運(yùn)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(jī)不同工況進(jìn)行連續(xù)可變，使得發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)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。

三菱新型氣門正時電子控制系統(tǒng)；機(jī)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(fù)雜和精密。對汽車各系統(tǒng)和用電設(shè)備的控制基本實(shí)現(xiàn)了功能組合化、控制電子化和連接標(biāo)準(zhǔn)化，使汽車的性能更加完善。同時對汽車的故障診斷與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(jī)制造有限公司生產(chǎn)的4G15M-2L DOHC（雙頂置凸輪軸）、MIVEC型發(fā)動機(jī)進(jìn)行說明，MIVEC機(jī)構(gòu)是通過ECU發(fā)出精確指令控制進(jìn)氣凸輪軸相位：發(fā)動機(jī)的ECU在各種行駛工況下自動搜尋一個對應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)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(shí)際氣門正時，然后再執(zhí)行反饋控制，補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，以確保發(fā)動機(jī)在各種運(yùn)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(jī)系統(tǒng)簡介

1.1 發(fā)動機(jī)總成外觀

哈爾濱東安汽車發(fā)動機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的4G15M-2L DOHC MIVEC型發(fā)動機(jī)總成，其外觀如圖1所示。

圖1 4G15M-2L DOHC MIVEC型發(fā)動機(jī)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(jī)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，Camshaft Position）傳感器以及發(fā)動機(jī)控制模塊ECU構(gòu)成，曲軸位置傳感器用于計算發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)控制模塊用于收集傳感器信息，并根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速向執(zhí)行器發(fā)出指令，機(jī)械執(zhí)行部分主要由油壓控制閥（OCV，Oil Control Valve）和可變氣門正時執(zhí)行器(VVT——Variable 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(jìn)氣凸輪軸相位以及進(jìn)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(biāo)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(dāng)發(fā)動機(jī)停止時，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(jī)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(jī)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，如圖4所示。

圖4 機(jī)油控制閥結(jié)構(gòu)圖

1.2.3其它元器件

（1）曲軸位置傳感器（CKP）：發(fā)送發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號給ECU；

（2）凸輪軸位置傳感器（CMP）:發(fā)送氣缸識別信號給ECU；

（3）發(fā)動機(jī)控制模塊（ECU）：控制OCV閥，按照發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件優(yōu)化氣門正時。

2 MIVEC的應(yīng)用

2.1 基本工作原理

東南菱悅裝備MIVEC可變氣門正時系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)與普通發(fā)動機(jī)一樣采用每缸四氣門，兩進(jìn)兩排的設(shè)計，但不同的是它可以控制每缸兩個進(jìn)氣門的開閉時刻（正時）。發(fā)動機(jī)正常工作，在做功沖程結(jié)束，活塞處于下止點(diǎn)時排氣門開始打開，發(fā)動機(jī)進(jìn)入排氣沖程，直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)，排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開，發(fā)動機(jī)進(jìn)入吸氣沖程。當(dāng)活塞正好運(yùn)行一周重新回到下止點(diǎn)時，進(jìn)氣門關(guān)閉，發(fā)動機(jī)進(jìn)入壓縮沖程。這就是一套完整發(fā)動機(jī)運(yùn)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(jī)工作狀況下，可變氣門正時機(jī)構(gòu)會進(jìn)行不同的調(diào)整。

（1）在怠速范圍或輕載荷范圍，可變氣門正時機(jī)構(gòu)會使進(jìn)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(jìn)氣道。這使得怠速得到穩(wěn)定，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，同時確保了在輕載荷下發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定性。

（2）在中度載荷范圍，可變氣門正時機(jī)構(gòu)會使進(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)會使進(jìn)氣凸輪相位加大提前，進(jìn)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(jī)構(gòu)會使進(jìn)氣凸輪相位加大滯后，進(jìn)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(dāng)溫度低時，可變氣門正時機(jī)構(gòu)會使進(jìn)氣凸輪相位處于最大滯后，氣門重疊量被調(diào)至最小，用以防止燃燒氣體回流到進(jìn)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(jì)性，并且使得快怠速得到穩(wěn)定。

（6）當(dāng)發(fā)動機(jī)起動或停止時，可變氣門正時機(jī)構(gòu)會使進(jìn)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(jìn)氣道，并使發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能保持最佳。油壓控制閥（OCV）由ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)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[2]。這兩個液壓腔位于可變氣門正時執(zhí)行器外殼與凸輪軸轉(zhuǎn)子之間，油泵為兩腔提供機(jī)油。油是通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道側(cè)凸輪軸上（凸輪軸前端）的一個油道到達(dá)可變氣門正時執(zhí)行器的。由機(jī)油控制閥控制兩腔的液壓壓力大小，按照發(fā)動機(jī)不同的運(yùn)行條件來調(diào)整凸輪軸鏈輪以及凸輪軸的相應(yīng)相位，以獲得最優(yōu)配氣相位。在發(fā)動機(jī)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)成一個整體。在發(fā)動機(jī)起動后，當(dāng)油泵壓力升高到額定值可變氣門正時機(jī)構(gòu)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的相對角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2.1進(jìn)氣相位提前

如圖5，當(dāng)機(jī)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(dá)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。

圖5 進(jìn)氣相位提前

2.2.2進(jìn)氣相位延后

如圖6，當(dāng)油壓控制閥（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(dá)可變氣門正時執(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。

圖6 進(jìn)氣相位延后

2.3.3進(jìn)氣相位保持

如圖7，當(dāng)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(yīng)角度被固定并保持，從而形成了進(jìn)氣相位保持中間位置。

圖7 進(jìn)氣相位保持

3 MIVEC故障檢修

3.1 故障分析

MIVEC故障原因應(yīng)從自診斷系統(tǒng)查找故障代碼或者故障征兆進(jìn)行判斷分析。MIVEC的電子控制部分主要發(fā)動機(jī)控制模塊ECU控制，因此，當(dāng)MIVEC出現(xiàn)故障時就會出現(xiàn)機(jī)油控制閥故障，運(yùn)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(dāng)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)[3]。

3.1.1故障碼P000A：進(jìn)氣VVT運(yùn)行不合理故障

當(dāng)VVT的實(shí)際位置同目標(biāo)位置偏差大于30°報該故障。東南汽車的VVT運(yùn)行角度范圍32°～-3°能開動的最大角度為35°，東南的VVT鎖死位置為32°。

（1）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(yùn)行特別緩慢，導(dǎo)致目標(biāo)位置同實(shí)際位置偏差太大。

（2）診斷流程（圖8）。

圖8 故障碼P000A診斷流程

3.1.2故障碼P0010：進(jìn)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。

（1）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。

（2）診斷流程（圖9）

3.1.3故障碼P0012：進(jìn)氣VVT鎖死位置不合理故障

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(jī)運(yùn)行異常。

（1）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。

（2）診斷流程：同P000A診斷流程。

3.1.4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。

（1）故障原因

OCV故障；機(jī)油壓力過低；凸輪軸與曲軸的實(shí)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。

（2）診斷流程（圖10）

圖10 故障碼P0016診斷流程

3.2 MIVEC元件檢修

3.2.1機(jī)油控制閥（OCV）供給電壓檢查

將點(diǎn)火開關(guān)打至ON位置，拆開OCV插頭，測量OCV端子與接地之間的電壓，標(biāo)準(zhǔn)值為12V，若測得與電壓不符，說明電路有問題。

3.2.2機(jī)油控制閥（OCV）線圈電阻檢查

斷開蓄電池負(fù)極線，拆開機(jī)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(yīng)為6.9～7.2Ω（20℃），若電阻值超出標(biāo)準(zhǔn)，則更換油壓控制閥。

3.2.3機(jī)油控制閥（OCV）工作狀況檢查

拆開機(jī)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(yàn)中燒壞，通電時間要盡可能短。

4 結(jié)語

三菱新型氣門正時電子控制系統(tǒng)(MIVEC)發(fā)生故障（即無法按照發(fā)動機(jī)實(shí)際工況實(shí)時調(diào)整最近配氣相位）的檢修，我們必須先抓住故障征兆的特點(diǎn)進(jìn)行分析給出初步判斷，并在此基礎(chǔ)上使用專業(yè)檢測設(shè)備和對應(yīng)診斷流程來加以確認(rèn)，再對疑似故障點(diǎn)根據(jù)實(shí)際確認(rèn)情況進(jìn)行更換或者檢修，通過故障征兆縝密分析與故障排除。容易導(dǎo)致MIVEC出現(xiàn)故障的零件主要是OCV閥、相位傳感器、ECU、相位輪及安裝角度，在上述部件調(diào)整或者更換仍無法消除故障情況下，則可能是線束開路或短路，必要時更換線束再做檢測。上述不是MIVEC遇到的所有問題，更不是一個包治百病的實(shí)例。它都是人在不斷調(diào)查、處理過程中積累經(jīng)驗(yàn)而來。如何快速解決汽車故障，讓汽車損傷降到最低，將是汽車生產(chǎn)廠、經(jīng)銷商、包括車主需要長期努力的方向。

[1] 張永艷.淺析可變氣門正時與升程技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2009(36):41.

[2] 劉洲輝.汽車發(fā)動機(jī)可變氣門技術(shù)[J].汽車工程師,2009(6):18.

[3] 向志淵.發(fā)動機(jī)可變氣門正時系統(tǒng)故障征兆分析與排除方法[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)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