與新手淺談上汽大眾車型的可變氣門正時

上汽大眾在發(fā)動機進氣凸輪軸上安裝可變氣門正時（VVT），最早可以溯到20年前的帕薩特車型，盡管當時可變氣門正時僅限于進氣門滯后與提前兩個位置的調節(jié)。2005年，波羅勁情、勁取車型中，標識號BMH 的1.6 L 發(fā)動機VVT實現(xiàn)了進氣門連續(xù)可調節(jié)。2010年以后，上汽大眾旗下的EA888、EA111 系列發(fā)動機，均采用進氣凸輪軸連續(xù)可調的VVT。2015年以后，上汽大眾EA211/EA888 第3 代機型/EA837（VR6）系列發(fā)動機的進氣凸輪軸與排氣凸輪軸上都安裝了可變氣門正時，即DVVT。

設置可變氣門正時的目的是兼顧滿足發(fā)動機各種工況條件下對配氣相位的不同需求，其具體內容可由以下的描述中得以了解與知曉。

（1）怠速工況的進氣門被設置成上止點后開啟，下止點后關閉，排氣門被設置成在上止點前完全關閉。由于氣缸內只有少量殘余氣體燃燒，使得怠速運行很穩(wěn)定。

（2）中速工況下，為了獲得較高的輸出扭矩，氣缸應追求較高的容積效率。這就需要將進氣門設置在上止點前打開，進氣門開啟早，關閉自然也較早，避免了進缸的新鮮空氣被壓出氣缸的可能。

（3）高速工況時，進氣門在上止點后開啟，在下止點后關閉，縮短了壓縮行程，這樣的高速進氣動態(tài)慣性具有增壓效應，無形之中增加進氣量。而排氣門設置成較晚打開，膨脹作功行程得以延長，可以獲得較高的輸出功率。

（4）通過調節(jié)進氣凸輪軸與排氣凸輪軸相互之間的位置，很容易實現(xiàn)機內廢氣再循環(huán)。此時，進氣門被設置成上止點前開啟，排氣門在接近上止點時關閉，在進排氣門重疊期過程中，廢氣從排氣口流入進氣門。與機外廢氣再循環(huán)裝置相比，機內廢氣再循環(huán)令氣體分布均勻，反應較快，抑制了NOx的生成量。

本文對DVVT 結構的認識，以上汽大眾最近推出的全新朗逸PLUS 車型為藍本加以闡述。

上汽大眾全新朗逸PLUS 車型的EA211 發(fā)動機（排量為1.5 L），DVVT 可變氣門正時由進氣凸輪軸調節(jié)器、排氣凸輪軸調節(jié)器與機油壓力回路組成（圖1）。進氣凸輪軸位置傳感器G40 和排氣凸輪軸位置傳感器G300 用來探測獲知當前凸輪軸實際位置，所需的調節(jié)由發(fā)動機控制單元J623 根據內存的特性曲線圖，控制進氣凸輪軸調節(jié)閥N205 與排氣凸輪軸調節(jié)閥N318 驅動滑閥位置，借以改變機油回路的流向加以完成。由此可知，可變氣門正時的控制調節(jié)整合了機電液一體化的技術。

根據上汽大眾提供的資料，DLW 發(fā)動機進氣行程總的曲軸延續(xù)角為194°，連續(xù)可調的角度為50°。進氣門相位的變化范圍如圖2所示。DLW 發(fā)動機排氣行程總的曲軸延續(xù)角為180°，可調的角度為40°，其相位的變化范圍如圖3所示。

圖1 EA211 發(fā)動機DVVT 配氣機構視圖

圖2 DLW 發(fā)動機進氣門相位的變化范圍示意圖

1.凸輪軸液壓調節(jié)器

凸輪軸液壓調節(jié)器是VVT 的執(zhí)行機構，液壓調節(jié)器分為內輪和外輪兩個部分。外輪和正時鏈條或正時皮帶相連，內輪則和凸輪軸連接，通過調節(jié)葉片令內輪旋轉以改變凸輪軸的位置，從而實現(xiàn)可變氣門正時的調節(jié)。調節(jié)器內部的鎖止閥用于機械鎖止，當發(fā)動機熄火后，鎖止閥鎖定在滯后位置上，這個功能是通過一個彈簧鎖銷來完成的。當發(fā)動機起動后，機油壓力達到50 kPa 時，鎖止閥解鎖。

需要進氣門提前打開時，N205 通電驅動控制滑閥向提前側方向移動，壓力機油進入凸輪軸調節(jié)器，推動內葉片向提前方向運動。達到目標值后，控制滑閥保持在調節(jié)器兩個腔室的壓力恒定的位置。滯后位置的調節(jié)與之類似（圖4）?？勺儦忾T正時系統(tǒng)的工作如圖5所示。

2.機油油流工作回路

三位四通閥安裝在凸輪軸液壓調節(jié)器內部，用于進氣門相位的調節(jié)，受電磁閥N205 控制，實現(xiàn)改變機油回路（圖6）。所謂三位，指的是可變氣門正時滯后、提前與壓力保持平衡的三個位置；四通，對應著機油油流進入滯后腔、提前腔的壓力建立油路，和滯后腔、提前腔通向油底殼的壓力釋放等四條油路。

進氣凸輪軸在N205 不通電（脈沖占空比小于8.00%～10.00%）時，滑閥處于滯后調節(jié)位置，機油經過濾網、單向閥，進入進氣門正時調節(jié)的滯后腔，而提前腔的機油則回流至油底殼。進氣門需要提前時，發(fā)動機控制單元J623 調高N205 通電占空比，滑閥切換油路，機油進入提前腔，滯后腔壓力釋放。達到目標值后，J623 改變N205 通電時的脈沖占空比，決定滑閥處于提前與滯后兩腔壓力保持的平衡位置上。此時，進氣門開啟點固定在某一個定值上（圖7）。

圖3 DLW 發(fā)動機排氣門相位的變化范圍示意圖

圖4 進氣門提前與滯后調節(jié)時的機油工作回路示意圖

圖5 可變氣門正時系統(tǒng)組成部件的工作圖

圖6 途觀車型在液壓調節(jié)器內部安裝的三位四通閥

圖7 三位四通閥位置與接通油路的相互關系示意圖

可變氣門正時調節(jié)的準確與否，足夠的機油壓力和保證機油油路的清潔通暢是必要條件。

圖8 N205 與N318 波形，脈沖占空比約50%

排氣凸輪軸的正時控制流程與進氣凸輪軸的調節(jié)類似，不再贅述，區(qū)別在于排氣凸輪軸調節(jié)電磁閥N318 不通電時，排氣凸輪軸處于提前位置。進氣門正時調節(jié)電磁閥N205（通道A，黃色曲線）與排氣門調節(jié)電磁閥N318（通道B，綠色曲線）的波形如圖8所示。圖8中的N205 通電占空比約為50.00%，N318 通電占空比約為90.00%。根據前述可知，這個波形發(fā)生的時刻表明，進氣門調節(jié)處于提前位置，而排氣門則處于滯后的位置。

圖9 途觀1.8T 車型CEA 發(fā)動機進氣凸輪軸調節(jié)示意圖

表1 2014年途觀CEA 發(fā)動機可變氣門正時測量值在不同轉速下的測試數(shù)據

3.可變氣門正時系統(tǒng)的學習能力

整個可變氣門正時系統(tǒng)是可匹配的，其目的為了補償制造裝配誤差和使用過程中產生的機械磨損。當冷卻液溫度大于60℃時，發(fā)動機控制單元J623 會自動執(zhí)行匹配程序。當氣門正時調節(jié)的實際值偏離目標值時，系統(tǒng)將對其進行調整，使其偏離值小于或等于3°KW（曲軸轉角）。

4.上汽大眾VVT 系統(tǒng)的診斷

上汽大眾車型可變氣門正時系統(tǒng)除了人為因素外，常見的問題是三位四通閥卡滯，導致可變氣門正時調節(jié)的實際值與目標值的差異過大，系統(tǒng)的學習能力無法補償，控制單元故障內存從而識別出相應的事件條目。故障原因大多歸屬為車輛使用保養(yǎng)不當，引起機油油路環(huán)境不潔凈。

以2014年途觀1.8T 車型CEA 發(fā)動機為例，給出VVT 診斷方法。

連接VAS 故障診斷儀，啟動ODIS診斷，推薦首選運行引導性故障查詢（GFF）程序。當控制單元內存報出故障事件條目時，GFF 程序將自動生成檢測計劃。維修人員按照屏幕的提示，執(zhí)行程序規(guī)定的檢查，并將檢查結果輸入，直到GFF 給出故障診斷結論。

前已述及，可變氣門正時的調節(jié)，與發(fā)動機能否提供足夠的機油壓力相關，因此在進行基本檢查時，有必要檢測當前實際的機油壓力。上汽大眾維修規(guī)范指出，冷卻液溫度達到80℃，發(fā)動機轉速在2 000 r/min 時的機油壓力應在270～450 kPa，在更高的轉速下，機油壓力最高不得大于600 kPa。當然，這個基本檢查已經包含在GFF 程序里。

在自診斷環(huán)境下，由于途觀發(fā)動機控制單元采用KWP2000 診斷協(xié)議，讀取數(shù)據塊，需要輸入組別號。關于VVT的測量值在91 組及94 組中，顯示VVT調節(jié)數(shù)據，91 組含義見表1。

由表1可知，2014年途觀CEA 發(fā)動機在怠速工況下760 r/min 時的進氣門設置在上止點后38.00°開啟，此時J623 對N205 控制脈沖占空比很小，為6.27%，相當于不通電。當發(fā)動機轉速提高到1 640 r/min，進氣門設置在上止點前5.00°開啟，并保持在該位置上，此時N205 的控制占空比為42.35%（圖10）。當發(fā)動機轉速在2 680 r/min時，進氣門在上止點4.00°開啟并保持，N205 占空比數(shù)值略為減小，為40.78%，數(shù)據2 和數(shù)據3 對應于發(fā)動機處在中速工況。

93 組只有一個區(qū)域的數(shù)據可讀，其含義是進氣凸輪軸規(guī)定值與實際值的差，維修規(guī)范規(guī)定這個差值應當小于或等于3°。94 組測量值有3 個分區(qū)，其含義分別為發(fā)動機轉速、當前凸輪軸調整以及測試狀態(tài)（測試關閉、測試開或基本設定結論正?；虿徽＃?4 組同時也是可變氣門正時基本設定的通道號，當發(fā)動機控制單元存儲有關VTT 的故障事件條目（偶發(fā)）時，可對被診斷車輛進行基本設定，以獲取當前VVT 的工作狀態(tài)。按下基本設定激活按鈕后，診斷儀提示踩下制動踏板，節(jié)氣門全開，發(fā)動機轉速提高到1 400 r/min 左右，基本設定的測試才能激活（圖11）。

上汽大眾最新車型的發(fā)動機控制單元一般采用UDS 診斷協(xié)議，其測量值/基本設定以列表形式出現(xiàn)。在該選項下拖動滾動條選擇對應的欄目，即可實現(xiàn)讀取與測試。

圖10 2014年途觀發(fā)動機可變氣門正時測量值界面

圖11 2014年途觀可變氣門正時基本設定界面

當發(fā)動機控制單元J623 內存報出電磁閥N205 與N318 的故障事件條目時，可以通過診斷儀的DTM 終端執(zhí)行元件功能進行診斷，也可拆下進行單體電氣檢測，以確定是否正常。至于J623 對N205 與N318 的控制，用示波器檢查最為直觀方便，通過圖9可知，N205 與N318 的供電端位于主繼電器J271 的下游。