基于可變氣門正時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸控制的分析(下)

◆文/江蘇 高惠民

(接上期)

(4)凸輪軸正時(shí)機(jī)油控制閥(OCV)

OCV是一個(gè)三位五通電磁換向閥(圖20)。電磁閥根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU輸出的占空比電流控制滑閥移動(dòng)位置來(lái)選擇壓力機(jī)油流向VVT-i執(zhí)行器的通道，使進(jìn)氣(排氣)凸輪軸旋轉(zhuǎn)到提前、延遲或保持狀態(tài)的氣門正時(shí)所對(duì)應(yīng)的位置，圖21是VVT-i系統(tǒng)控制提前、延遲、保持狀態(tài)的原理圖。

三、VVT-i系統(tǒng)控制方法

1.設(shè)定VVT-i目標(biāo)提前學(xué)習(xí)值

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷確定目標(biāo)提前學(xué)習(xí)值(圖22)。

2.檢測(cè)VVT-i實(shí)際提前角并進(jìn)行反饋控制

(1)通過凸輪軸位置傳感器信號(hào)和曲軸位置傳感器信號(hào)計(jì)算VVT-i實(shí)際提前角(圖23)。

(2)以凸輪軸目標(biāo)角度和實(shí)際變化角度的差異作為VVT-i系統(tǒng)反饋控制的依據(jù)。

3.VVT-i控制占空比學(xué)習(xí)

(1)VVT-i執(zhí)行器作動(dòng)過程中，VVT-i實(shí)際提前值與目標(biāo)學(xué)習(xí)值是相同的，通過OCV關(guān)閉VVT-i執(zhí)行器機(jī)油壓力通道以保持VVT-i提前狀態(tài)。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過學(xué)習(xí)OCV提前驅(qū)動(dòng)占空比，保持VVT-i目標(biāo)學(xué)習(xí)值占空比在40%～60%之間。

4.液壓控制VVT-i清除異物

雖然機(jī)油中的大部分異物會(huì)在OCV前被過濾，但是機(jī)油過臟或機(jī)油中的微小顆粒異物會(huì)卡住OCV或VVT-i執(zhí)行器，造成VVT-i提前角錯(cuò)誤。如果發(fā)生這種情況，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU輸出最大提前或最大延遲信號(hào)(圖24)。在VVT-i系統(tǒng)排出異物控制過程中，可能會(huì)發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)抖動(dòng)，即使異物被排出，但故障碼仍會(huì)被存儲(chǔ)。

5.VVT-i故障失效保護(hù)

當(dāng)VVT-i提前狀態(tài)發(fā)生錯(cuò)誤，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)或發(fā)動(dòng)機(jī)失速，這是由于增加了氣門重疊角產(chǎn)生內(nèi)部EGR的結(jié)果，在這種故障狀態(tài)下怠速會(huì)有所提高。

四、故障案例

1.故障現(xiàn)像

一輛豐田普瑞維亞(車型ACR50)汽車，裝備4缸直列式帶進(jìn)氣VVT-i系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)2AZ-FE)，行駛里程60000km。故障現(xiàn)象是當(dāng)日首次行駛5km時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈突然點(diǎn)亮。

2.故障診斷與排除

維修技師用智能檢測(cè)儀(IT-Ⅱ)讀取故障碼(DTC)為P0012，含義為“凸輪軸位置(進(jìn)氣)正時(shí)過于延遲”，并且該DTC當(dāng)前存在，清除不了。查看DTC生成時(shí)的定格數(shù)據(jù)顯示(圖25)：“Engine Run Time 368s(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行了368s)；Coolant Temp 85℃ (冷卻液溫度85℃)；Engine Speed 1780rpm(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1780r/min)；Calculate Lood 61.9%(根據(jù)當(dāng)前空氣流量計(jì)算的負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷61.9%)；Fuel System Status #1 CL(燃油系統(tǒng)控制狀態(tài)處在閉環(huán)狀態(tài))；VVT Control Status ON(可變氣門正時(shí)控制狀態(tài)處在工作狀態(tài))”。從以上相關(guān)定格數(shù)據(jù)可以確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)在中等負(fù)荷工況，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU已指令VVT-i控制處于工作狀態(tài)，要求進(jìn)氣門提前開啟，增大氣門重疊角，改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排放控制。然而發(fā)動(dòng)機(jī)ECU未能通過凸輪軸位置傳感器檢測(cè)到進(jìn)氣正時(shí)實(shí)際提前變化角度，于是設(shè)置了故障碼P0012，其生成條件和可能的故障部位列于表1。

表1 P0012 DTC生成條件和可能的故障部位

依據(jù)檢查程序，首先使用智能檢測(cè)對(duì)OCV執(zhí)行主動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，步驟如下：①將智能檢測(cè)儀連接到DLC3診斷插座；②啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并打開檢測(cè)儀；③使發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)；④選擇以下菜單項(xiàng)：Powertrain/Engine and ECT/Active Test/Control the VVT System(Bank1)；⑤使用檢測(cè)儀操作OCV，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；⑥如果VVT-i系統(tǒng)正常，應(yīng)如表2規(guī)定狀態(tài)。

表2 檢測(cè)儀操作的規(guī)定狀態(tài)

但此車執(zhí)行OCV主動(dòng)測(cè)試(OCV ON)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)沒有熄火，怠速也沒有波動(dòng)不穩(wěn)的現(xiàn)象，VVT-i主動(dòng)測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)流如圖26所示。

在逐步增大驅(qū)動(dòng)OCV占空比(VVT OCV Duty)時(shí)，對(duì)比發(fā)動(dòng)機(jī)ECU指令的VVT-i目標(biāo)學(xué)習(xí)值占空比與VVT-i實(shí)際變化角度，發(fā)現(xiàn)VVT-i實(shí)際變化角度沒有提前作動(dòng)改變(圖27)。

根據(jù)分析的故障可能部位做繼續(xù)檢查。

(1)檢查氣門正時(shí)

①拆下汽缸蓋罩。

②轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸皮帶輪，使其凹槽與正時(shí)鏈條蓋上的正時(shí)標(biāo)記“0”對(duì)準(zhǔn)。

③確認(rèn)進(jìn)氣凸輪軸正時(shí)齒輪總成外殼和排氣凸輪軸正時(shí)鏈輪上的正時(shí)標(biāo)記都應(yīng)如圖28所示朝上，且與1號(hào)進(jìn)、排氣凸輪軸軸承蓋上的正時(shí)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)。檢查結(jié)果氣門正時(shí)正確。

④重新安裝汽缸蓋罩。

(2)檢查OCV

①拆下OCV。

②測(cè)量OCV端子之間的電阻值在7.5Ω(在20℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻為6.9～7.9Ω)。

③將蓄電池正極電壓施加到端子1上，負(fù)極電壓施加到端子2上，觀察到閥芯能迅速移動(dòng)(圖29)。

④重新安裝OCV。

⑤找一個(gè)對(duì)比車的OCV，連接到故障車的OCV線束連接器上，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，從怠速加速到2000r/min，觀察到OCV閥芯能向提前側(cè)移動(dòng)，說明發(fā)動(dòng)機(jī)ECU有輸出驅(qū)動(dòng)OCV控制信號(hào)。

(3)檢查OCV濾清器

①拆下OCV濾芯(圖30)。

②沒有發(fā)現(xiàn)濾芯阻塞。

③重新安裝OCV濾芯。

(4)檢查VVT-i機(jī)油壓力通道

①拆下燃油泵繼電器，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到自動(dòng)熄火。

②拆下所有火花塞。

③拆下汽缸蓋罩。

④拆下進(jìn)氣凸輪軸第一個(gè)軸承蓋。

⑤用手指堵住汽缸蓋上的VVT-i機(jī)油通道，并用啟動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，手指上感到有較強(qiáng)壓力的機(jī)油冒出，這說明供應(yīng)VVT-i的機(jī)油壓力通道暢通，機(jī)油壓力正常。

⑥重新裝上所有火花塞和燃油泵繼電器。

(5)檢查VVT-i執(zhí)行器

①拆下帶有進(jìn)氣凸輪軸正時(shí)齒輪總成的凸輪軸。

②使用臺(tái)鉗夾緊凸輪軸并確保凸輪軸正時(shí)齒輪總成不轉(zhuǎn)動(dòng)。

③用聚氯乙烯絕緣帶罩住除提前側(cè)通道外的所有油道(圖31a)。

④向提前側(cè)通道施加150kPa的空氣壓力(確保不漏氣，否則鎖銷可能難以松開)，此時(shí)發(fā)現(xiàn)凸輪軸正時(shí)齒輪總成不能朝提前方向轉(zhuǎn)動(dòng)(正常時(shí)鎖銷應(yīng)松開)，用手能將凸輪軸正時(shí)齒輪總成朝提前方向(逆時(shí)針)平穩(wěn)地來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)(圖31b)。

(6)拆解VVT-i執(zhí)行器

2 A Z-F E發(fā)動(dòng)機(jī)的V V T-i執(zhí)行器結(jié)構(gòu)如圖32所示。拆下該車VVT-i執(zhí)行器蓋板上的固定螺栓，分解VVT-i執(zhí)行器總成，發(fā)現(xiàn)VVT-i執(zhí)行器葉片上積滿了油污，鎖銷也被油污卡住在正時(shí)鏈輪孔內(nèi)不能回位(圖33)，因而使進(jìn)氣凸輪軸處于最大延遲狀態(tài)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈點(diǎn)亮，ECU設(shè)置P0012DTC。按照VVT-i系統(tǒng)修理要求，必須更換VVT-i執(zhí)行器。在更換VVT-i執(zhí)行器后，再對(duì)OCV執(zhí)行主動(dòng)測(cè)試，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速瞬間下降至熄滅狀態(tài)(圖34)，

按1%比例逐步增大驅(qū)動(dòng)OCV的占空比，此時(shí)VVT-i實(shí)際提前變化角度隨著驅(qū)動(dòng)OCV占空比的增大而接近ECU指令的VVT-i目標(biāo)學(xué)習(xí)值(圖35)。最后對(duì)車輛進(jìn)行反復(fù)試車，故障排除。

3.維修小結(jié)

以上案例基于現(xiàn)代汽油發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸功能的要求和作用，分析了可變氣門正時(shí)的應(yīng)用策略和控制方法，并且結(jié)合VVT-i系統(tǒng)故障診斷過程，利用智能檢測(cè)儀對(duì)可變氣門正時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)測(cè)試，從數(shù)據(jù)流中對(duì)比VVT-i實(shí)際變化角度和目標(biāo)學(xué)習(xí)值，快速有效確定了系統(tǒng)故障范圍。(全文完)