覃 濤，李鐵龍

（上汽通用五菱汽車股份有限公司售后服務部，廣西 柳州 545007）

目前市場上的大部分乘用車發(fā)動機都配置了VVT（Variable Valve Timing）技術，但對于微車來說，還是一項新技術。在此，對VVT工作原理、應用進行探索。

1 發(fā)動機配氣基礎理論

發(fā)動機進氣多，燃燒就充分，爆發(fā)壓力大，動力就好；反之進氣少，爆發(fā)壓力就小，動力也就小。所以對于發(fā)動機來說，如何讓進入到燃燒室的氣體是否充分，這時保證發(fā)動機性能的關鍵。

發(fā)動機從低轉速運行到高轉速，不同的負荷等各工況要求的動力輸出不一樣，可是傳統(tǒng)的發(fā)動機因為配氣方面的限制只能在其中進行一種選擇，而帶了VVT的發(fā)動機，卻可以很好的中和這兩種情況。

1.1 傳統(tǒng)發(fā)動機配氣相位的設置（不帶VVT為）

理論上，四沖程發(fā)動機的進氣門當曲拐處在上止點時開啟，在曲拐轉到下止點時關閉；排氣門則當曲拐在下止點時開啟，在上止點時關閉。進氣時間和排氣時間各占180°曲軸轉角。

（1）排氣門開啟的時機

如果活塞到達下止點提前某個位置開啟排氣門，排氣過程就會更順暢，從而在排氣沖程減少了能量消耗，所以發(fā)動機略微提前打開排氣門效果會更好一些。

（2）進氣門關閉的時機

在活塞越過下止點后一定角度，也就是在壓縮沖程一定角度內再關閉進氣門，雖然活塞已經開始上升，由于進氣門附近的氣流速度可以高達每秒兩百多米，由于在下止點附近活塞的垂直運動相對很慢，汽缸內體積變化并不大。此時進氣岐管內的可燃混合汽靠慣性繼續(xù)沖入氣缸的趨勢良好，所以發(fā)動機的進氣門延遲一點關閉比較好。

（3）排氣門的關閉以及進氣門的開啟時機

如果排氣門也在活塞越過上止點一定角度之后再關閉，雖然活塞已經開始下降，排氣門附近的廢氣仍就會繼續(xù)排出。雖然進氣門已經開啟了，但是角度控制合適，燃燒室內的廢氣渦流的方向決定了廢氣短時間內是不會流向排氣門對側的進氣門的；所以，短時間的一邊進氣一邊排氣的局面是完全可以實現的。

（4）氣門重疊角

重疊持續(xù)角用曲軸運行的角度來衡量。重疊的角度通常都很小，可是對發(fā)動機性能的影響卻相當大。如果發(fā)動機轉速越高，每個汽缸一個周期內留給吸氣和排氣的絕對時間也越短。但是發(fā)動機需要盡可能長的吸氣和排氣時間；所以，某些工況下，需要適當加大重疊的角度。但是重疊角的大小與轉速有關，轉速越高，要求的重疊角度較大，就容易獲得較大的峰值功率。但在低轉速工況下，如果重疊角度偏大了，廢氣就會過多的瀉入進氣岐管，吸氣量反而會下降，氣缸內氣流也會紊亂，ECM也會難以對空燃比進行精確的控制，最終的效果是怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。

相反，如果配氣機構只對低轉速工況優(yōu)化，發(fā)動機的峰值功率就會下降。所以傳統(tǒng)的發(fā)動機都是一個折衷方案，不可能在兩種截然不同的工況下都達到最優(yōu)狀態(tài)。

1.2 可變配氣相位

VVT即可變氣門正時，又稱可變配氣正時。該系統(tǒng)通過配備的控制及執(zhí)行系統(tǒng)，對發(fā)動機凸輪的相位進行調節(jié)，從而使得氣門開啟、關閉的時間隨發(fā)動機轉速的變化而變化，以提高充氣效率，增加發(fā)動機功率。目的就是解決發(fā)動機的動力、油耗和尾氣排放的問題。傳統(tǒng)的正時鏈輪與凸輪軸之間通過花鍵或螺絲連接成一個剛性，使得凸輪軸與鏈輪之間不可能發(fā)生相對的運動。VVT裝置的鏈輪由鏈條來驅動，凸輪軸不再是和鏈輪直接連接，而是凸輪軸與鏈輪內的轉子機械連接形成剛性體，凸輪軸與轉子是不能相對運動的。但轉子與定子鏈輪之間可以有一定角度的位移量。

圖1 五菱汽車發(fā)動機的VVT控制器

如圖1轉子與鏈輪的相對運動依靠給轉子與鏈輪之間形成的前、后油腔分別進行加壓和泄壓來實現。油壓的動力來源為發(fā)動機機油壓力。主油道來的帶有一定壓力機油，通過一個機油控制閥控制。

機油控制閥依據需要，由ECM對電磁閥進行指令，電磁閥就會把通向VVT執(zhí)行器轉子前后的2個油腔的機油油路分別與主機油道油路和泄壓口相通，即主油道可以是與前腔相通，泄壓口與后腔相通，這樣在機油壓力的推動作用下，轉子就可以實現相對定子鏈輪有一定的位移角度。

圖2 VVT執(zhí)行器動作控制示意圖

根據需要，ECM還可以控制電磁閥，使得通向VVT執(zhí)行器轉子前后的2個油腔的油路進行換向（如圖2）。即主油道可以是與后腔相通，泄壓口與前腔相通，這樣在機油壓力的推動作用下，轉子就可以實現相對定子鏈輪有一定的與之前相反方向的位移角度。

2 五菱汽車發(fā)動機的VVT結構、工作條件

2.1 發(fā)動機VVT結構

如圖3是進氣凸輪的VVT控制器，進、排氣凸輪的VVT控制器內部結構相同。

圖3 VVT控制器結構圖

五菱汽車發(fā)動機的VVT控制器由一個定時鏈條驅動的外殼和固定在凸輪軸上葉片組成。來自進氣凸輪軸提前（A腔）或者延遲側（B腔）的通道轉送的油壓使得VVT控制器的葉片沿圓周方向旋轉（如圖4），從而連續(xù)不斷地改變進氣氣門正時。當發(fā)動機停止時，進氣凸輪軸被調整（移動）到最大延遲狀態(tài)以維持起動性能。在發(fā)動機起動后，油壓并未立即傳到VVT控制器時，鎖銷便鎖定VVT控制器的作動機械部以防撞擊產生噪聲。

圖4 OCV閥示意圖

2.2 五菱汽車配VVT發(fā)動機OCV閥

五菱汽車配VVT發(fā)動機OCV閥是線性電磁閥/PWM（脈沖寬度調制），通過控制通電時間的長短來控制閥的行程。根據電磁原理，OCV通電后在內部形成磁場，磁場吸引閥針運動，由于加在OCV閥兩端的電壓是恒定的（既電瓶電壓），因此只能通過控制通電的時間長短來控制針閥的運動位移，控制從而達到控制閥針的目的。

2.3 五菱汽車發(fā)動機VVT的工作條件

發(fā)動機控制模塊持續(xù)地將進氣凸輪軸位置傳感器和排氣凸輪軸位置傳感器輸入與進氣凸輪軸位置執(zhí)行器電磁閥和排氣凸輪軸位置執(zhí)行器電磁閥輸入進行比較，以監(jiān)測凸輪軸位置并檢測系統(tǒng)故障。

（1）在低溫低負荷低速時，或者在低負荷時延遲氣門正時可減少氣門重疊，以減少排出的廢氣逆吹入進氣側，從而達到穩(wěn)定怠速、提高燃料消耗率和起動性能。延遲由發(fā)動機ECM所控制的凸輪軸正時機油控制閥所放置的位置決定。油壓作用于氣門正時延遲側的葉片室，使進氣凸輪軸向氣門正時的延遲方向旋轉。

（2）在中等負荷，或者在高負荷中低速時提前氣門正時可增加氣門重疊，以增加廢氣再循環(huán)使用和降低填充損失，從而改善了排放控制和燃料消耗率。此外，同時提前進氣門的關閉時間可減少進氣被逆吹回進氣側，改善了容積效率。

（3）在高負荷高速時，提前氣門正時可增加氣門重疊，以增加廢氣再循環(huán)使用和降低填充損失，從而改善了排放控制和燃料消耗率。此外，同時提前進氣門的關閉時間可減少進氣被逆吹回進氣側，改善了容積效率。

（4）因采用可變正時系統(tǒng)，只要進氣門和排氣門的時機控制合適，同樣可以使部分廢氣留著燃燒室內，就無需單獨的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)了。

綜合用表1進行描述。

表1 VVT的工作條件

2.4 VVT故障碼與數據流

與VVT系統(tǒng)相關的故障碼如表2所示。

表2 故障碼表

如果沒有報故障碼，但車輛出現加速不暢，懷疑VVT系統(tǒng)出現問題時，可以檢查數據流：可變氣門正時的脈寬調制（進氣）——進氣凸輪控制的OCV電磁閥的占空比數據（表3）。

表3 與VVT相關的數據流分析

3 維修案例剖析

（1）案例1：1029PFA車輛，起動不了。

故障現象描述：車輛無法起動。服務中心上門搶修檢查發(fā)現報P0017故障碼（曲軸位置和排氣凸輪軸位置相關性不合理）。

診斷排除故障過程：根據所報故障碼P0017，從簡到繁，先檢查線路問題，拆下排氣OCV閥連接頭檢查連接的可靠，裝復車輛后起動車況正常。判斷為線路連接不可靠故障。

（2）案例2：1029PFA車輛，發(fā)動機不易啟動，行駛無力，故障燈亮。

故障現象描述：客戶反應車輛行駛時故障燈亮。在服務站用X431診斷儀檢查發(fā)現故障碼是P0341（進氣凸輪軸位置傳感器信號不合理）、P0016（曲軸位置和進氣凸輪軸位置相關性不合理）。

診斷排除故障過程：根據故障碼P0341、P0016分析，故障可能與進氣凸輪軸OCV閥相關。檢查線路連接正常。拆下進氣OCV電磁閥發(fā)現較臟，檢查觀察機油的清潔程度較臟，重新更換機油、并更換OPV閥進行試車檢查，故障排除。

故障車輛機油

正常車輛機油

（3）案例3：1029SPFA車輛，發(fā)動機故障燈亮、難啟動。

故障現象描述：服務中心檢查發(fā)現發(fā)動機故障燈亮報P0017故障碼，難啟動，發(fā)動機抖動、加油不順暢，松開油門踏板發(fā)動機容易熄火。

診斷排除故障過程：根據車輛報P0017曲軸位置和排氣凸輪軸位置相關性不合理故障，消碼后故障還會重現。檢查相關傳感器線路無異常，更換排氣OCV閥故障消除，且啟動容易加油順暢。重新裝回原車排氣OCV閥試車，結果故障重現，確認為排氣OCV閥故障。

（4）案例4：貴州榮光用戶車輛在使用中因機油濾清器被撞爛、漏油沒察覺，繼續(xù)使用導致潤滑不良發(fā)動機抱死。在當地更換油底殼、曲軸、大小瓦等件維修，之后正常行駛不到100公里，車輛抖動、加油無力、難起動。返回修理廠檢查了一個多星期沒能解決問題。用戶將車輛背到柳州4S店維修。

診斷排除故障過程：根據該車輛前期的維修情況，結合當前車輛難起動、報P0341進氣凸輪軸位置傳感器信號不合理當前故障碼、P0366排氣凸輪軸位置傳感器信號不合理當前故障碼進排氣凸輪軸信號現象，技師判斷車輛正時不準，拆解發(fā)動機重新對準正時，裝復后一手就可以著車（起動正常），但一分鐘不到車輛抖動、熄火，之后難起動。

因車輛曾經缺油導致發(fā)動機大小瓦、曲軸異常磨損，會不會有鐵屑跑到OCV閥影響相位呢？拆下進排氣OCV閥，果然有大量的鐵屑（如圖5）！

圖5 進排氣OCV閥表面有大量的鐵屑

重新拆解發(fā)動機，清潔油道、更換機油以及進排氣OCV閥后，裝復試車，還是一手著車（起動正常），但一分鐘不到，車輛抖動、熄火，之后起動困難。

此時服務中心感到很困惑，尋求技術求助。通過對服務中心前期維修過程分析，考慮報P0341、P0366進排氣凸輪軸信號現象，除與OCV閥關系較大，還有可能是曲軸和凸輪軸位置傳感器的相位，相對出現問題而導致（例如正時不準確，或者由于VVT控制卡滯等導致）。再次通過對VVT工作原理細細推敲，判斷問題出在——VVT執(zhí)行控制器上（如圖6）。因為每次重新裝配發(fā)動機，正時相位都需重新對齊，所以裝復后第一次起動正常。當發(fā)動機起動后VVT開始工作，但之后卡在某一位置不動，相位不對所以報故障碼，且難著車。

第四次拆解發(fā)動機，重新清潔潤滑油道、更換進排氣VVT執(zhí)行控制器。打火著車，車況正常、加油有力，路試車輛一切正常。

圖6 有故障的進排氣VVT執(zhí)行控制器

回顧維修過程發(fā)現：服務中心發(fā)現進排氣OCV閥有大量鐵屑需拆解發(fā)動機維修時，因對進排氣VVT執(zhí)行控制器不熟悉，不敢拆解此部件總成檢查、清潔，細小的鐵屑已通過OCV閥的過濾網進到內部。所以只是檢查、清潔與潤滑相關的其它油道不能解決問題。

4 結束語

通過對VVT原理的分析，結合車輛實際案例的維修解決過程，希望可以讓不熟悉可變配氣正時系統(tǒng)的工程技術人員加深了解。也希望對生產、制造、維修人員解決故障有所幫助。

[1]蔡興旺.汽車構造與原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]（德）德國BOSCH公司.BOSCH汽車工程手冊[M].顧柏良，等譯.北京：北京理工大學出版社，2004.4.