可變氣門正時(shí)系統(tǒng)的故障診斷

戈華飛

上一期《解讀曲軸位置信號(hào)中蘊(yùn)藏的秘密》一文得到了廣大一線維修技師的熱烈反響，但在文章末段提到VVT（可變正時(shí)系統(tǒng)）調(diào)節(jié)時(shí)，由于筆者疏忽，將凸輪軸位置傳感器信號(hào)相對(duì)曲軸位置傳感器信號(hào)向左、向右移動(dòng)所對(duì)應(yīng)的提前和滯后寫反了（圖1），因此，本期筆者將深入講解可變氣門正時(shí)系統(tǒng)的故障診斷，并對(duì)上一期文章中的錯(cuò)誤予以糾正。

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械正時(shí)反映了曲柄連桿機(jī)構(gòu)與配氣機(jī)構(gòu)之間的配合關(guān)系。

（1）活塞與氣門的關(guān)系。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的4個(gè)行程中，活塞要上下運(yùn)動(dòng)2次，進(jìn)氣門和排氣門打開各1次。正時(shí)就是要確保活塞和氣門配合好，如在進(jìn)氣行程，活塞要從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)進(jìn)氣門要打開，排氣門要關(guān)閉。一旦正時(shí)出問(wèn)題了，比如在壓縮行程，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)排氣門打開了，發(fā)動(dòng)機(jī)將無(wú)法正常工作。

（2）曲軸與凸輪軸的關(guān)系。曲軸將活塞的上下往復(fù)式運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸鏈輪通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)凸輪軸鏈輪旋轉(zhuǎn)，無(wú)論中間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是什么結(jié)構(gòu)，都要保證曲軸旋轉(zhuǎn)720°時(shí)凸輪軸旋轉(zhuǎn)360°。

對(duì)于4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)械正時(shí)必須滿足以上2點(diǎn)，然后根據(jù)各自的設(shè)計(jì)需求，規(guī)定每款發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位，也就是進(jìn)氣門和排氣門分別要提前和滯后多少打開和關(guān)閉。

對(duì)于VVT，當(dāng)氣門正時(shí)改變時(shí)，也就是凸輪軸的轉(zhuǎn)角發(fā)生了改變。當(dāng)凸輪軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，氣門提前打開；當(dāng)凸輪軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，氣門滯后打開。可以理解為：當(dāng)氣門正時(shí)未調(diào)節(jié)時(shí)，曲軸旋轉(zhuǎn)720°時(shí)，凸輪軸旋轉(zhuǎn)360°；當(dāng)氣門要提前打開時(shí)，在720°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，調(diào)節(jié)凸輪軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使凸輪軸旋轉(zhuǎn)超過(guò)360°，如370°；當(dāng)氣門要滯后打開時(shí)，在720°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，調(diào)節(jié)凸輪軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使凸輪軸要旋轉(zhuǎn)不到360°，如350°。

每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門正時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)階段是確定好的，如圖2所示，對(duì)于雙VVT（進(jìn)氣門和排氣門正時(shí)均可變），發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)，進(jìn)氣凸輪軸會(huì)停最大滯后位置，排氣凸輪軸會(huì)停在最大提前位置；在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，進(jìn)氣門和排氣門的重疊角要小，確保穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)氣門和排氣門的重疊角要大，確保充分的掃氣，提高充氣效率。對(duì)于能獨(dú)立調(diào)節(jié)的雙VVT，發(fā)動(dòng)機(jī)由怠速到高速時(shí)，進(jìn)氣門往提前方向調(diào)節(jié)，排氣門往滯后方向調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門正時(shí)與設(shè)計(jì)的值不相同時(shí)，凸輪軸所驅(qū)動(dòng)的氣門打開時(shí)刻會(huì)錯(cuò)誤，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)工作不穩(wěn)定。

圖1 文中“提前”和“滯后”寫反

圖2 可變氣門正時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程示意

引起發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)錯(cuò)誤的主要原因?yàn)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)故障，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分為傳動(dòng)帶和傳動(dòng)鏈2種，傳動(dòng)帶容易發(fā)生跳齒或斷裂，傳動(dòng)鏈會(huì)發(fā)生磨損拉長(zhǎng)或跳齒。發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)故障可以通過(guò)曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的信號(hào)波形進(jìn)行診斷，無(wú)需拆解發(fā)動(dòng)機(jī)。每款發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的信號(hào)靶輪都不一樣，所以對(duì)應(yīng)出來(lái)的信號(hào)波形會(huì)不同，但是同一款車對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形是相同的，所以要檢查發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)是否正確時(shí)，可與同款車進(jìn)行對(duì)比。鑒于此，筆者建議發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠商不僅要提供檢查發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)所需的專用工具，還要提供對(duì)應(yīng)的曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的信號(hào)波形，這樣會(huì)使維修和診斷更為友好化；同時(shí)建議主機(jī)廠的技術(shù)培訓(xùn)或售后部門也可以承擔(dān)此工作，在培訓(xùn)資料或維修手冊(cè)上將此作為參考資料。除此之外，維修人員也可在平時(shí)的維修工作中多保留發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)波形，建立屬于自己的發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)波形庫(kù)，這樣可大大提高診斷效率。

如圖3所示，當(dāng)氣門正時(shí)調(diào)節(jié)電磁閥的占空比信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，凸輪軸的位置要相對(duì)曲軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，氣門正時(shí)開始調(diào)節(jié)，凸輪位置傳感器信號(hào)波形開始移動(dòng)。如果氣門正時(shí)調(diào)節(jié)電磁閥的占空比信號(hào)開始發(fā)生變化時(shí)，凸輪軸沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)引起氣門正時(shí)調(diào)節(jié)不當(dāng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)，并存儲(chǔ)曲軸與凸輪軸信號(hào)不一致等相關(guān)故障代碼。

如4圖所示，氣門正時(shí)調(diào)節(jié)后，凸輪軸位置傳感器信號(hào)波形相對(duì)曲軸位置傳感器信號(hào)波形左移或右移，如果沒(méi)有移動(dòng)，說(shuō)明VVT存在故障，可能的原因有機(jī)油壓力不足，氣門正時(shí)調(diào)節(jié)電磁閥卡滯，氣門正時(shí)調(diào)節(jié)器損壞等。

凸輪軸位置傳感器信號(hào)波形相對(duì)曲軸位置傳感器信號(hào)波形左移或右移，對(duì)應(yīng)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向怎么理解呢？如圖5所示，凸輪軸位置傳感器的位置是不動(dòng)的，信號(hào)靶輪與凸輪軸位置傳感器夾角越小，凸輪軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度越少，凸輪軸位置傳感器就會(huì)更早獲得信號(hào)，即信號(hào)靶輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)后，信號(hào)會(huì)更早出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的波形左移。具體關(guān)系見表1所列。

圖3 進(jìn)氣正時(shí)調(diào)節(jié)波形（截屏）

圖4 VVT調(diào)節(jié)前后的相關(guān)波形對(duì)比（截屏）

圖5 凸輪軸位置與凸輪軸位置傳感器信號(hào)波形的關(guān)系

表1 凸輪軸位置、氣門正時(shí)及信號(hào)波形的關(guān)系