車輛可變進(jìn)氣 VIS 系統(tǒng)詳解

◆文/山東 劉華

車輛可變進(jìn)氣 VIS 系統(tǒng)詳解

◆文/山東 劉華

劉華 (本刊編委會委員)

畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機(jī)專業(yè)，現(xiàn)為威海職業(yè)學(xué)院汽車專業(yè)教授、高級工程師，哈爾濱工業(yè)大學(xué)車輛工程專業(yè)工學(xué)碩士；山東省教學(xué)名師，全國機(jī)械行指委汽車專指委委員；《汽車柴油機(jī)電控系統(tǒng)檢修》國家級精品課、共享課負(fù)責(zé)人；“《柴油機(jī)電控高壓共軌系統(tǒng)檢修》新課程的構(gòu)建與教學(xué)實踐”省級教學(xué)成果二等獎第一完成人。

2016年全國職業(yè)院校技能大賽高職組“一汽—大眾”杯汽車檢測與維修賽項于2016年6月1日-2日在長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校舉行，比賽采用實操考核形式，分為“汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)檢修”、“汽車電氣系統(tǒng)檢修”兩個項目進(jìn)行，考試車型為2012款邁騰1.8TSI+DSG基本型。其中“汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)檢修項目”在整車上同時設(shè)置了5個故障點，涵蓋三個故障類型，一是啟動時啟動機(jī)不轉(zhuǎn)動，此類型設(shè)置2個故障點：15供電繼電器J329故障及起動機(jī)30接線柱無常電源；二是啟動時啟動機(jī)轉(zhuǎn)動正常但發(fā)動機(jī)毫無著火跡象，此類型設(shè)置2個故障點：燃油泵控制單元J538的常電源缺失及點火線圈的總供電缺失；三是發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)不良，此處設(shè)置故障點為可變進(jìn)氣VIS系統(tǒng)電磁閥連接的兩根氣管位置互換。由于考試時間有限，大部分考生對VIS系統(tǒng)的原理及檢修方法準(zhǔn)備不足，未能排除該故障。常見的VIS系統(tǒng)包含改變進(jìn)氣歧管的長度及改變進(jìn)氣歧管的橫截面積等兩種類型。下文以一汽大眾邁騰車(1.8TSI+DSG基本型)、奇瑞A3車(1.8L缸外噴射發(fā)動機(jī))為例，詳細(xì)介紹上述兩個車型安裝的VIS系統(tǒng)的原理及檢修方法。

可變進(jìn)氣VIS系統(tǒng)(Variable Intake System)是利用發(fā)動機(jī)工作時進(jìn)氣管道的進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng)來提高進(jìn)氣終了的壓力，從而提高進(jìn)氣效率，以達(dá)到在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)增大扭矩和功率之目的。

為便于分析，常將進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng)視為進(jìn)氣慣性效應(yīng)和波動效應(yīng)共同作用的結(jié)果。進(jìn)氣慣性效應(yīng)是指利用進(jìn)氣行程時進(jìn)氣管內(nèi)的高速流動的氣體慣性作用來提高充氣效率。在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣行程前期，由于活塞下行程的吸入作用，汽缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓。新鮮空氣從進(jìn)氣管進(jìn)入，同時傳出負(fù)壓波，經(jīng)進(jìn)氣門、缸蓋進(jìn)氣道，沿進(jìn)氣管向外傳播。當(dāng)負(fù)壓波傳送到穩(wěn)壓室等空腔的開口端時，又從開口端向汽缸方向反射回正壓波。如果進(jìn)氣管的長度和直徑適當(dāng)，從負(fù)壓波發(fā)出到正壓波返回到進(jìn)氣門所經(jīng)歷的時間，正好與進(jìn)氣門從開啟到關(guān)閉所需的時間配合，即正壓波返回到進(jìn)氣門時，恰逢進(jìn)氣門關(guān)閉前，從而提高了進(jìn)氣門的正壓力，起到增壓作用達(dá)到提高充氣效率的效果。進(jìn)氣波動效應(yīng)是指利用進(jìn)氣門關(guān)閉后，進(jìn)氣管的氣流還在繼續(xù)來回波動，在進(jìn)氣管中周而復(fù)始的來回傳播，致使進(jìn)氣門處的壓力時高時低。如果進(jìn)氣管的形狀，長度和直徑選擇恰當(dāng)，有利于壓力波的反射和諧振，使正壓力波與下一循環(huán)進(jìn)氣過程相疊加，提高進(jìn)氣終了時的壓力，從而提高充氣效率的目的。

一、改變進(jìn)氣歧管橫截面積，以邁騰車VIS系統(tǒng)為例

邁騰車（1.8TSI+DSG基本型）VIS系統(tǒng)屬于改變進(jìn)氣歧管橫截面積的類型，主要由真空泵(葉片式)、VIS電磁閥、VIS執(zhí)行器(膜片式)、進(jìn)氣翻板總成、進(jìn)氣歧管翻板電位計及真空連接管路等組成(圖1)。

圖1 VIS系統(tǒng)組成

1.真空泵

真空泵由排氣凸輪軸直接驅(qū)動，屬于葉片式結(jié)構(gòu)，發(fā)動機(jī)工作時真空泵為VIS系統(tǒng)及制動助力等提供穩(wěn)定的真空源(圖2)。

圖2 葉片式真空泵

2.VIS電磁閥

VIS電磁閥上有兩個氣管路連接接頭，分別與VIS執(zhí)行器及真空泵連接，還有與大氣相通的濾清器及蓋(圖3)。發(fā)動機(jī)ECU通過控制VIS電磁閥，實現(xiàn)通往VIS執(zhí)行器的是供給與濾清器連接大氣還是供給來自于真空泵的真空。當(dāng)VIS電磁閥不通電時，接VIS執(zhí)行器的管路通過濾清器與大氣相通，而與接真空泵的管路切斷。當(dāng)VIS電磁閥通電時，接VIS執(zhí)行器的管路與大氣切斷，轉(zhuǎn)而與接真空泵的管路接通，將真空泵產(chǎn)生的真空作用在VIS執(zhí)行器上，通過拉桿及轉(zhuǎn)軸搖臂使進(jìn)氣翻板轉(zhuǎn)動打開。

圖3 VIS電磁閥

3.VIS執(zhí)行器

VIS執(zhí)行器為常見的真空膜片式結(jié)構(gòu)，通過膜片分成上、下兩個腔。上腔通過真空管與VIS電磁閥連接，下腔通大氣。膜片上裝有一個與膜片聯(lián)動的拉桿，拉桿的另一端與進(jìn)氣翻板總成的轉(zhuǎn)軸搖臂相連接，膜片的上端有一個膜片彈簧，起到翻板總成回位的作用。

4.缸蓋進(jìn)氣道隔板及進(jìn)氣翻板總成

汽缸蓋的每個進(jìn)氣道被隔板分成兩部分如圖4(圖中隔板為人為取出)，下半部分由進(jìn)氣翻板控制，當(dāng)進(jìn)氣翻板關(guān)閉時(圖5)，進(jìn)氣翻板將進(jìn)氣道的下半部分關(guān)閉，利用上半部分進(jìn)氣；當(dāng)進(jìn)氣翻板打開時(圖6)，進(jìn)氣道的上半部分、下半部分同時進(jìn)氣。另外，在進(jìn)氣翻板總成的最前端同軸設(shè)置了進(jìn)氣歧管翻板電位計，向發(fā)動機(jī)ECU提供進(jìn)氣翻板的開度信號（圖7）。

圖4 缸蓋進(jìn)氣道及隔板

圖5 進(jìn)氣翻板關(guān)閉

圖6 進(jìn)氣翻板打開

圖7 進(jìn)氣歧管翻板電位計

5.VIS系統(tǒng)電路圖

VIS系統(tǒng)用的電磁閥N316及進(jìn)氣歧管翻板電位計G336的電路圖如圖8所示。進(jìn)氣歧管翻板電位計為3針插頭，1＃端子為5V電源、2＃端子為進(jìn)氣翻板的開度信號、3＃端子為搭鐵。VIS電磁閥為2針插頭，1＃端子為供電端，通過SB18保險與主繼電器J271的87＃端子連接，2＃端子與發(fā)動機(jī)控制單元J623的T60/20連接。

圖8 VIS系統(tǒng)電路圖

6.VIS系統(tǒng)工作原理

大眾系列缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)，由于采用分層稀混合汽燃燒，發(fā)動機(jī)電控單元J623對VIS電磁閥N316采用了占空比控制方式。目前，國內(nèi)大眾生產(chǎn)的缸內(nèi)直噴發(fā)動已改為均質(zhì)燃燒，用示波器測量VIS電磁閥N316的2＃端子的電壓波形，發(fā)動機(jī)怠速運轉(zhuǎn)時，電壓波形為一條電源電壓的直線，加油門當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3 000r/min左右時，電壓波形變?yōu)橐粭l接近0的直線，收油門當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降到3 000r/min時，電壓波形又變?yōu)橐粭l電源電壓的直線。上述實驗數(shù)據(jù)說明，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到30 00r/min時，VIS電磁閥通電，將來自于真空泵的真空送往VIS執(zhí)行器，使進(jìn)氣翻板打開。說明發(fā)動機(jī)電控單元對VIS電磁閥的控制并不是占空比控制方式，VIS電磁閥只是一個開關(guān)式的電磁閥。

當(dāng)發(fā)動機(jī)著火后怠速運轉(zhuǎn)或發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速小于3 000r/min時，發(fā)動機(jī)電控單元控制VIS電磁閥不通電，電磁閥內(nèi)的柱塞在回位彈簧的作用下右移，此時VIS電磁閥將接VIS執(zhí)行器的膜片上腔與通過濾清器和大氣相通，VIS執(zhí)行器膜片的上、下腔都通大氣，在膜片上端膜片彈簧的作用下，膜片下移，拉桿及轉(zhuǎn)軸搖臂向下擺動，使進(jìn)氣翻板關(guān)閉(圖9a)，缸蓋進(jìn)氣道的下半部分被堵死，增壓中冷并經(jīng)節(jié)氣門計量后的空氣只能通過缸蓋進(jìn)氣道的上半部分進(jìn)入燃燒室。

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3 000r/min及以上時，發(fā)動機(jī)電控單元控制VIS電磁閥通電，電磁閥內(nèi)的柱塞在電磁吸力作用下克服回位彈簧的彈力左移，VIS電磁閥將來自于真空泵的真空送往VIS執(zhí)行器的上腔，VIS執(zhí)行器內(nèi)的膜片下腔(通大氣)與上腔(通真空)的壓力差克服膜片彈簧的壓力，膜片上移，通過拉桿及轉(zhuǎn)軸搖臂，使進(jìn)氣翻板打開(圖9b)，缸蓋進(jìn)氣道的上部分及下部分都允許空氣進(jìn)入。當(dāng)發(fā)動機(jī)熄火后，VIS電磁閥斷電，進(jìn)氣翻板又將關(guān)閉。

圖9 VIS系統(tǒng)工作原理示意圖

7.VIS系統(tǒng)檢修方法

(1)初步觀察

通過上述對VIS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理分析，發(fā)動機(jī)著火后加油門當(dāng)轉(zhuǎn)速提高到3 000r/min時，進(jìn)氣翻板應(yīng)完全打開。因此，初步判斷VIS系統(tǒng)是否工作，最快捷的方法是將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提高至3 000r/min時，觀察VIS執(zhí)行器的拉桿及轉(zhuǎn)軸搖臂是否動作，若不動作，則說明VIS系統(tǒng)肯定存在故障，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行檢查。

(2)讀取故障碼及數(shù)據(jù)流

大眾系列缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)VIS系統(tǒng)普遍安裝了進(jìn)氣歧管翻板電位計，其作用是向發(fā)動機(jī)控制單元提供進(jìn)氣翻板的實際開度信號。當(dāng)進(jìn)氣翻板開度的實際值與目標(biāo)值之差超過標(biāo)定值時，發(fā)動機(jī)控制單元就會儲存故障碼。

當(dāng)VIS系統(tǒng)存在故障時，用診斷儀會讀取到08213(P2015)故障碼，其含義為“進(jìn)氣管風(fēng)門位置/運行控制傳感器不可信信號”。當(dāng)VIS系統(tǒng)的真空源、VIS電磁閥及其線路、VIS執(zhí)行器出現(xiàn)故障或者真空連接管路漏氣、兩個真空管位置接反、進(jìn)氣翻板總成因積碳卡死不動等故障時，都會出現(xiàn)上述故障碼。

用診斷儀可以讀取VIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，輸入數(shù)組號143，有“增壓移動板當(dāng)前量”的數(shù)據(jù)流，其數(shù)值用百分比顯示。VIS系統(tǒng)正常時，點火開關(guān)ON位置(發(fā)動機(jī)OFF)，該數(shù)據(jù)流為0%；發(fā)動機(jī)怠速運轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速小于3 000r/min時，該數(shù)據(jù)流也為0%(圖10)；當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過3 000r/min時，該數(shù)據(jù)流為100%(圖11)。

圖10 怠速時的數(shù)據(jù)流

圖11 3000r/min時的數(shù)據(jù)流

(3)VIS電磁閥檢測

可利用診斷儀的“執(zhí)行元件測試”功能，來判斷VIS電磁閥是否能正常工作。若測試結(jié)果異常，則依次檢查電磁閥的供電、控制電路以及電磁閥的阻值。

(4)VIS執(zhí)行器

根據(jù)需要，可以用手動真空泵來檢測VIS執(zhí)行器，將手動真空泵與VIS執(zhí)行器連接，操縱手動真空泵，觀察VIS執(zhí)行器的拉桿及轉(zhuǎn)軸搖臂是否能正常動作。

二、改變進(jìn)氣歧管的長度，以奇瑞A3車VIS系統(tǒng)為例

奇瑞A3車SQRE4G16發(fā)動機(jī)(普通的缸外噴射非增壓發(fā)動機(jī))安裝的VIS系統(tǒng)屬于常見的可變進(jìn)氣歧管長度類型，低速時采用長進(jìn)氣道(圖12)，利用慣性多進(jìn)入空氣，高速時采用短進(jìn)氣道(圖13)以減少進(jìn)氣阻力，均起到提高進(jìn)氣終了壓力，提高充氣效率的作用。VIS系統(tǒng)主要由VIS電磁閥、VIS執(zhí)行器、進(jìn)氣翻板總成及真空連接管路等組成(圖14)。

奇瑞A3車VIS系統(tǒng)組成與邁騰車VIS系統(tǒng)基本類似，主要區(qū)別體現(xiàn)在如下幾個方面。

圖12 低速時進(jìn)氣翻板關(guān)閉

(1)真空源不同:奇瑞A3車VIS系統(tǒng)用的真空來自于發(fā)動機(jī)節(jié)氣門后方的進(jìn)氣歧管，并采用了單向閥及真空儲蓄器，確保穩(wěn)定的真空輸出(圖15)。注意單向閥不能接反！

圖13 高速時進(jìn)氣翻板打開

圖14 奇瑞車VIS系統(tǒng)組成

圖15 真空源布置

(2)缸蓋進(jìn)氣道不同。該發(fā)動機(jī)缸蓋進(jìn)氣道未安裝隔板，為普通類型的進(jìn)氣道。

(3)未安裝進(jìn)氣歧管翻板電位計。由于未安裝進(jìn)氣歧管翻板電位計，無法測量進(jìn)氣翻板的實際位置，當(dāng)出現(xiàn)VIS系統(tǒng)的真空源、VIS執(zhí)行器出現(xiàn)故障或者真空管路漏氣、真空管位置接反、進(jìn)氣翻板總成因積炭卡死不動燈故障時，不會出現(xiàn)相應(yīng)的故障碼。當(dāng)VIS電磁閥出現(xiàn)故障如斷路時，會產(chǎn)生P0660故障碼，其含義為“進(jìn)氣歧管轉(zhuǎn)化控制閥電路開路”。