王 嚴(yán) 伍 俊 鄒明恩

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司）

引言

隨著日益嚴(yán)苛的排放法規(guī)要求，車載診斷系統(tǒng)顯得尤為重要。診斷系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)，而診斷策略作為最重要的部分，決定其能否及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測出車輛運(yùn)行故障。本文以“排氣凸輪軸鎖止位置運(yùn)行不合理”故障為例，從排氣VVT 結(jié)構(gòu)特性分析入手，結(jié)合故障診斷策略，找到診斷策略與VVT硬件特性的匹配不合理，解決了故障誤報(bào)問題。

1 故障背景

在小批試生產(chǎn)階段，某款整車下線檢測，系統(tǒng)中出現(xiàn)“排氣凸輪軸鎖止位置運(yùn)行不合理”歷史故障碼，故障率2%。診斷儀清除故障碼后，進(jìn)行多次起動(dòng)、行駛工況復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，故障碼未復(fù)現(xiàn)。通過INCA數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)起動(dòng)過程中，存在排氣VVT 實(shí)際角度與初始鎖止位置偏差的問題，即VVT 角度發(fā)生跳變現(xiàn)象，如圖1 所示。

圖1 VVT 角度跳變現(xiàn)象

2 VVT 結(jié)構(gòu)簡介

為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能需求及不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工況（轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度等），發(fā)動(dòng)機(jī)通過控制OCV 閥動(dòng)作進(jìn)行油道切換，從而將機(jī)油適時(shí)、適量地導(dǎo)入VVT的提前油腔或滯后油腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)凸輪軸相位提前或滯后，改變氣門重疊角，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工況狀態(tài)。

VVT 轉(zhuǎn)子和殼體（定子）之間通過鎖止銷定位，鎖止位置作為VVT 初始位置[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，機(jī)油壓力逐漸建立，機(jī)油通過油道進(jìn)入銷孔，頂起鎖止銷，解除鎖止；發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，鎖止銷回落到鎖銷孔，VVT 回到初始位置，鎖止銷起到鎖止轉(zhuǎn)子和定子的作用[2]，如圖2 所示。

圖2 VVT 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 故障排查

3.1 硬件方面分析

此發(fā)動(dòng)機(jī)VVT 鎖止銷采用二級(jí)階梯銷，額外設(shè)有輔助解鎖油路，相比圓柱銷，有利于解鎖，結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 二級(jí)階梯銷結(jié)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在油壓開始建立階段，輔助油路油壓（此時(shí)油壓不小于0.11 MPa）作用于階梯面，鎖止銷浮于兩級(jí)銷孔中間，進(jìn)行輔助解鎖；油壓建立至一定值后，主解鎖油路油壓作用于鎖止銷頂面，將鎖止銷完全解鎖。

起動(dòng)之后，正時(shí)皮帶帶動(dòng)VVT 帶輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，受到凸輪軸轉(zhuǎn)矩的作用，進(jìn)氣VVT 轉(zhuǎn)子會(huì)靠向定子側(cè)，排氣VVT 遠(yuǎn)離定子側(cè)，通過提前/滯后腔油壓、復(fù)位彈簧扭力、凸輪軸轉(zhuǎn)矩之間的相互作用力實(shí)現(xiàn)VVT 相位調(diào)節(jié)。

對(duì)于排氣VVT，起動(dòng)過程中，由于輔助油路比滯后腔體積小，油壓先于滯后腔達(dá)到0.11 MPa，鎖止銷浮于兩級(jí)銷孔之間，此時(shí)，滯后腔未充滿機(jī)油，凸輪軸轉(zhuǎn)矩＞復(fù)位彈簧+扭壓比×滯后腔油壓，鎖止銷受到剪切力，可能出現(xiàn)鎖止銷脫出現(xiàn)象，VVT 角度產(chǎn)生跳變；當(dāng)滯后腔油壓建立至0.11 MPa，滯后腔油壓將VVT 固定至初始位置[3]。

通過以上分析，起動(dòng)過程中，排氣VVT 可能存在鎖止銷跳銷現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致VVT 角度跳變，但出現(xiàn)時(shí)間很短，油壓建立后即可恢復(fù)。

3.2 標(biāo)定策略方面

通過查找OBD 診斷策略文件得知，“排氣凸輪軸鎖止位置運(yùn)行不合理”故障報(bào)碼策略：排氣VVT使能未激活（即需求VVT 角度為初始鎖止位置），VVT 實(shí)際角度與初始鎖止位置角度之差大于10°CA，從起動(dòng)開始診斷計(jì)數(shù)，前4 次為非診斷VVT 位置值的次數(shù)（目的在于判斷VVT 初始角度有效性），從第5 次診斷開始，累計(jì)大于6 次，故障碼報(bào)出。

結(jié)合VVT 硬件方面分析，若診斷起止時(shí)間與VVT 角度可能產(chǎn)生跳變時(shí)間重合，則可能發(fā)生故障碼誤報(bào)情況。

為了驗(yàn)證此問題，制作特殊零部件，使起動(dòng)后VVT 始終保持最大調(diào)節(jié)角度，進(jìn)行實(shí)車測試。

由此可見，診斷開始時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)存在機(jī)油壓力未達(dá)到0.11 MPa 問題（主要與發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)間有關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)一段時(shí)間后，油道中機(jī)油回流至油底殼，起動(dòng)時(shí)油壓建立較慢），因此可以確定診斷起止時(shí)間與VVT 角度可能產(chǎn)生跳變時(shí)間存在重合的可能。

3.3 診斷時(shí)間與油壓建立時(shí)間匹配方案

查找發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架潤滑系統(tǒng)試驗(yàn)中排氣VVT 油道機(jī)油壓力建立時(shí)間，達(dá)到0.1 MPa 時(shí)間需要1 s。

由表1 實(shí)車測試結(jié)果得知，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后約0.62 s 診斷已開始，故需將非診斷的VVT 位置值次數(shù)進(jìn)行調(diào)整，延長診斷開始時(shí)間至1 s 之后。

表1 不同溫度下，診斷起止時(shí)間測試結(jié)果

同樣進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，設(shè)置20 次時(shí)間基本達(dá)到1 s，如表2 所示。為保留一定的安全余量，最終確定非診斷VVT 位置值的次數(shù)設(shè)置為25 次。

表2 不同溫度下，更改診斷起止時(shí)間測試結(jié)果

4 效果驗(yàn)證

更新軟件的車輛進(jìn)行50 次起動(dòng)驗(yàn)證，VVT 角度產(chǎn)生跳變10 次，診斷開始時(shí)間均在跳變發(fā)生時(shí)間段之后，成功避開故障碼誤報(bào)時(shí)間區(qū)間，如圖4 所示。

圖4 診斷優(yōu)化后測試數(shù)據(jù)結(jié)果

5 結(jié)論

通過對(duì)VVT 結(jié)構(gòu)及故障診斷策略分析，發(fā)現(xiàn)并解決了VVT 二級(jí)階梯銷結(jié)構(gòu)的硬件特性與故障診斷策略匹配不合理問題，能夠?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)診斷策略的制定提供借鑒，避免軟硬件匹配不合理問題的再發(fā)。