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1、发动机电控系统识别 主讲人：张忠伟 汽车发动机电控系统检修课程 项目三 进气不良故障检修 任务三 可变配气机构的检修 主要内容 Primary coverage 一 学习目标 二 情境描述 三 相关知识 四 任务实施 任务3.3 可变配气机构的检修 一、学习目标 1.能根据故障现象制定正确的维修计划; 2.能正确选择诊断设备对可变配气机构引起的故障进行诊断; 3.能使用万用表、故障诊断仪对可变配气机构的电路进行检测; 4.能正确记录、分析各种检测结果并确定故障原因和故障部位; 5.能按照正确操作程序进行可变配气机构的更换; 6.能正确检查可变配气机构故障的修复质量; 7.能够自主检修可变配气机
2、构引起的故障。 任务3.3 可变配气机构的检修 二、情景描述 故障现象：故障现象：一辆宝来1.6L轿车，行驶里程25000km。在对气缸盖上的积炭进行清洗， 研磨进、排气 门后，车辆出现加速无力，车速很难达到60km/h。 诊断与排除诊断与排除： 1)连接故障诊断仪，读取故障码，显示发动机系统中有一个故障码：故障码16725凸轮轴位置传感器G40信号异常。 2)清除故障码后再次读取故障码，发动机系统无故障码记忆。 3)起动发动机，故障码16725再次出现，说明此故障码为硬故障码。导致产生此故障码的可能原因如下： 凸轮轴位置传感器G40信号不对，超出正常范围。 凸轮轴位置传感器G40安装位置不对
3、，配气正时不对。 凸轮轴位置传感器G40信号与曲轴位置传感器信号不同步。 发动机控制模块ECU损坏。 原因和的可能性不大，因为凸轮轴位置传感器G40和ECU没有被拆装过，问题的焦点就锁定在原因和上。 4)用故障诊断仪对凸轮轴位置传感器G40进行波形检测，波形正常，说明凸轮轴位置传感器G40工作正常。 5)进一步分析，认为故障原因可能出在可变凸轮轴调整器的安装链条上。因为在拆卸时如果没有作装配记号，就很有可能出现 装配错误。 6)拆卸气门室盖，把第1缸摇到上止点位置，检查进气凸轮轴和排气凸轮轴上的凹槽距离为15个链辊。而进气凸轮轴和排气凸轮 轴上的凹槽之间的标准距离为16个链辊。 7)进行调整后
4、再次起动发动机，故障码16725不再出现。进行路试检查，车辆加速顺畅，动力性恢复正常，故障排除。 分析：分析：本例故障由机械装配错误而造成配气相位失准所导致，而发动机管理系统并不能判断出现机 械错误，只是认为传感器故障，因此产生16725的故障码。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 一、基础理论 配气机构的作用是按照发动机每一缸内所进行的工作循环以及发火次序的要求，适时开启和关闭各 气缸的进排气门，使新鲜充量及时进人，废气及时排出。 配气相位是指进、排气门的实际开闭时刻，通常用相对于曲轴上下止点曲拐位置的曲轴转角来表示 。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 1.配气相位
5、对发动机性能的影响 在进、排气门开、闭的四个阶段中，进气门迟闭角和进、排气门重叠角对充气效率均有较大的影响。 (1)进气门迟闭角 设置进气门迟闭角的目的是利用进气气流过后充气现象来增加气缸循环充量。此外，合适的进气门迟闭角 还能获得良好的燃烧室扫气，降低高温零部件的热负荷，使发动机运行可靠。 (2)进气门重叠角和排气门重叠角 有气门重叠角时比无重叠角时的充气效率高，这是由于进气门早开，排气门晚关，使进气初期和排气后期 的节流损失减小的缘故。 (3)排气提前角 合理的排气门提前角，不仅可以降低排气温度，减小排气损失,还可以加大膨胀比，提高发动机的热效率。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关
6、知识 2.配气相位的选择 通常，发动机配气相位的选取是通过多种不同的配气相位试验，从中选出兼顾发动机各种工况下性能的一种 折中的办法。 高速汽油机配气相位的选择通常偏重于髙速区，进气门迟闭角较大。因此，发动机在怠速和低速下运行时， 气缸内的混合气容易回流到进气管中，致使气缸内燃烧不稳定，功率下降，怠速不稳。随着轿车汽油机的高速化 和废气排放法规的日趋严格，配气相位固定不变的缺点变得越来越突出。 采用可变配气机构后,发动机的配气相位能随工况相应变化。发动机的低速转矩得到改善，可以使用较低的曲 轴转速来减小摩擦损失，从而提髙燃油经济性。此外，如果进气门迟闭角能在足够大的范围内变化，则可以通过 调节
7、进气门迟闭角，取代常规的节节流调节负荷，这能在一定程度上消除与进气节流相关的泵气损失，降低发动 机的燃油消耗率，减少N0 x和HC的排放。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 二、可变配气系统的类型 可变配气相位机构按照控制方式可分为电控液压式和离心机械式两大类。目前广泛采用的是电控液压 式。 就具体的控制方法而言，可变配气机构有凸轮轴控制式和摇臂控制式两种，其中凸轮轴控制式又分为 可变凸轮轴角度式和凸轮轴轴向可移式。可变凸轮轴角度式可以使凸轮轴旋转一定的角度来适应发动机的 转速，它要求至少装一根进气凸轮轴和一根排气凸轮轴。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 三、结构与工
8、作原理 1.奥迪可变配气机构 大众、奥迪汽车公司的APS发动机和其他一部分型号的发动机上采用了凸轮轴相位可变（气门正时可变）的配 气机构，也称为VVT系统，其结构如图3-14所示。 2.4L APS发动机采用双顶置凸轮轴（DOHC)式配气机构，其中的排气凸轮轴由发动机曲轴通过传动带直接驱 动，其相位不可改变。排气凸轮轴通过凸轮轴调整器（包括链条和链条张紧器）驱动进气凸轮轴，当链条张紧器 的高度变化时，进气凸轮轴的相位随之变化，也就改变了进气门的气门正时。 图3-14 大众奥迪的可变配气机构 链条张紧器的高度由液压缸内 的油压决定。液压缸内的液压油是 来自发动机润滑系统的润滑油，通 过缸盖上的一
9、个孔提供。凸轮轴调 节阀受ECU操纵，同时它又控制调 整活塞的位置。根据调整活塞的位 置，润滑油压力被传至控制管A或B 。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 ECU根据发动机转速、曲轴位置、凸轮轴位置、发动机负荷和发动机温度等参数，对照存储器内不同工况下 的配气相位数据，来控制凸轮轴调节电磁阀。发动机怠速运转时，电磁阀无电流通过，控制管A打开，润滑油压力 会将链条张紧器压至功率调整位置（基本位置），如图3-15所示。当发动机转速超过1300r/min时，控制管B打开 ，链条张紧器被向压至转矩调整状态，如图3-16所示，链条引导点改变了位置，此时进气凸轮轴可提前打开及关 闭气门。当发
10、动机转速超过3700r/min时，又切换回功率调整状态。 通过对进气凸轮轴的相位调整，使发动机的功率、转矩及排放都得到了一定程度的改善。 图3-15 奥迪可变配气机构的功率位置（基本位置） 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 图3-16奥迪大众的可变配气机构的转矩位置 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 2.本田汽车公司的VTEC机构 本田汽车公司在1989年推出了自行研制的VTEC机构（Variable Valve Life Timing &Vavle Electronic Control,中文译作可变气门正时及升程电子控制），是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程两
11、种不同情 况的气门控制系统。该机构由ECM控制，它可以同时改变进气门的正时和升程，使发动机在低速时具有较髙的燃 烧效率和较低的燃油消耗，在高速时则具有较髙的功率。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 (1)VTEC机构的组成 VTEC发动机的凸轮轴除具有原有的控制凸轮外，还设置有髙速凸轮。摇臂也因此分成 三部分：主摇臂、中 间摇臂和辅助摇臂。三根摇臂的内部装有由液压控制的正时活塞、同步活塞以及阻挡活塞。液压系统由ECM根据 发动机的转速、负荷、温度和车速等参数进行控制。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 (2)工作过程 在低速时，主摇臂、中间摇 臂和辅助摇臂是彼此分离独立
12、动 作的。此时凸轮A与B分别驱动 主摇臂和辅助摇臂以控制气门的 开闭。由于凸轮B的升程很小， 因而进气门只稍微打开。虽然此 时中间摇臂被凸轮C驱动，但由 于三个摇臂彼此分离，故不影响 气门的正常开闭。即在低速状态 ，VTEC机构的气门开闭情况与 普通顶置凸轮轴式配气机构的相 同。低速状态下VTEC机构的工 作原理如图3-17所示。 图3-17 低速状态下VTEC机构的工作原理 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 当曲轴转速达到规定值时 ，ECU控制液压系统，由正时 活塞推动三个摇臂内的同步活 塞移动，并使三根摇臂锁成一 体，从而一起工作。此时，由 于凸轮C较高，整个摇臂由它 来驱动，
13、使气门开启时间延长 ，升程增大。高速状态下VTEC 机构的工作原理如图3-18所示 。 当发动机的转速降低到设 定值时，ECU使摇臂中的同步 活塞端的油压降低，回位弹簧 将同步活塞推回原位，三根摇 臂重新彼此分离独立工作。 图 3-18 高速状态下VTEC机构的工作原理 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 (1)VTEC机构的组成 VTEC发动机的凸轮轴除具有原有的控制凸轮外，还设置有髙速凸轮。摇臂也因此分成 三部分：主摇臂、中 间摇臂和辅助摇臂。三根摇臂的内部装有由液压控制的正时活塞、同步活塞以及阻挡活塞。液压系统由ECM根据 发动机的转速、负荷、温度和车速等参数进行控制。 任务3
14、.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 (1)VTEC机构的组成 VTEC发动机的凸轮轴除具有原有的控制凸轮外，还设置有髙速凸轮。摇臂也因此分成 三部分：主摇臂、中 间摇臂和辅助摇臂。三根摇臂的内部装有由液压控制的正时活塞、同步活塞以及阻挡活塞。液压系统由ECM根据 发动机的转速、负荷、温度和车速等参数进行控制。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 (3)系统控制原理 VTEC系统的控制原理如图3-19 所示。ECM根据发动机转速、负荷 和冷却液温度等信号，对VTEC机构 进行控制。当满足控制条件时， ECM向VTEC控制电磁阀提供一电流 ，使电磁阀打开从油泵到同步活塞 的油路。 另
15、外，VTEC电磁阀开启后，控 制系统还可以通过VTEC压力开关反 馈一信号给ECM，以监控系统是否 工作正常。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 (4)i-VTEC系统 i-VTEC系统是在原有系统的基础上，添加了一个称为“可变正时控制”（Variable Timing Control ，VTC ）机构，即一组进气凸轮轴正时可变控制机构，通过ECM控制程序，控制进气门的开启关闭。它在发动机低转速 时关闭每缸的一个进气门，让燃烧室内形成移到稀薄的混合气涡流，集结在火花塞周围点燃做功。发动机高转速 时，则在原有基础上增加进气门的开度及时间，以获取最大充气量。VTC机构令气门重叠时间更加
16、准确，达到最 佳的进、排气门重叠时间，并使发动机动力性和排放性能得到提高。 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 3.宝马公司的可变配气机构 BMW7系车用发动机所采用的可变配气机构，包括图3-20所示的VANOS可变凸轮轴正时机构和图3-21所示 Valvetronic可变气门升程机构两部分。 图3-20 宝马的VANOS可变凸轮轴正时机构 图3-21 Valvetronic机构 任务3.3 可变配气机构的检修 三、相关知识 (1)宝马的VANOS机构 宝马的VANOS机构用于调准凸轮轴相对于曲轴的位置，也就是凸轮轴正时。该机构由VAN0S电磁阀、传动 链和链轮、环形活塞等部件组成。可移动的环形活塞的内、外表面都有螺旋齿轮，分别与链轮的内齿轮和凸轮轴 外齿轮啮合。这样当环形活塞沿轴向移动时，还会产生一个旋转运动，进而改变内、外齿轮的相位，使气门配气 相位产生连续改变。这个旋转运动被加到凸轮轴的转动上使凸轮轴“提前” 12.5。 发动机工作时，ECM根据实时工况信息去 操纵VANOS电磁阀，电磁阀控制发动机润滑油进入环形活塞活塞 腔的流向
