《汽车发动机电控技术》-15进气控制系统的检修

进气控制系统的检修1.废气涡轮增压系统的检修废气涡轮增压系统作用废气涡轮增压系统利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。增压器与发动机无任何机械联系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。工作原理内燃机由于受结构尺寸的限制，燃烧气体在气缸内不能充分膨胀至大气压力。因此，排气开始时气缸内的燃气压力远比大气压力高，这样，排气就具有一定能量。废气涡轮增压系统将排气能量有效地传给涡轮机，使涡轮机获得较高的效率，同时有利于内燃机气缸的扫气。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及转矩要增大20%~30%。组成废气涡轮增压系统是由废气涡轮增压器、内燃机进和排气系统组成的增压系统迈腾1.8T发动机采用的是单涡轮增压系统,其组成如图所示。该系统主要有涡轮增压器、膜片执行器、中间冷却器、排气旁通阀和机械式换气间等。系统的电控元件有发动机控制模块J623、增压压力调节电磁阀N75、增压空气再循环电磁阀N249、空气流量计G70、发动机转速传感器G28和增压压力传感器G31等。组成废气涡轮增压器废气涡轮增压器主要由涡轮机和压气机等构成。将发动机排出的废气引入涡轮机，利用废气的能量推动涡轮机旋转，由此驱动与涡轮同轴的压气机实现增压。涡轮机进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上；压气机进气口与空气滤清器相连，排气口则接在进气歧管上。涡轮增压器由涡轮、泵轮及中间体三部分组成，如图所示。废气涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。进入气缸的空气压力和密度增大，可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。废气涡轮增压系统的故障检修流程进气控制系统的检修2.机械增压系统的检修机械增压系统机械增压器采用皮带与发动机曲轴皮带轮连接（新型的增压器带有电磁离合器，可控制增压器是否启动)。利用发动机转速来带动机械增压器内部叶片，以产生增压空气送入发动机进气歧管内，整体结构相当简单，工作温度界于70～100°℃，不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动，必须接触400～900R℃的高温废气，因此机械增压系统对于冷却系统、润滑油脂的要求与自然吸气式发动机相同，机件保养程序大同小异。由于机械增压器采用皮带驱动的特性，因此增压器内部叶片转速与发动机转速是完全同步的。机械增压器本质上是一台罗茨鼓风机，有两个转子或三个，每个转子都扭转一定的角度，以形成一个螺旋。这两个或三个转子都由发动机曲轴通过皮带驱动，与废气系统不相干。奥迪车型V63.0TEVO机械增压器故障检修故障现象:v63.0t车辆在手动换挡模式,发动机转速缓慢增加至3000r/min时发动机会发出金属敲击声,同时有嗡嗡的噪,超过3000rpm噪音消失。故障诊断：根据噪声部位,判断来自机械增压器,检查机械增压器工作正常；当急加油使发动机转速提升至3000r/min,发动机运转正常,无类似异响；增压器的接通和关闭特性曲线红色区域低扭矩状态，离合器脱开。发动机转速到3000rpm时离合器接合。灰色区域发动机全负荷状态，离合器接合。在变速箱在短切换（发动机急加速，强制降档时），和变速箱长切换（缓慢加速，超过转速限制）的图示。电磁离合器的电枢与转子在发动机转速约3000rpm时开始接触，发动机控制单元中的电流传感器便在此时开始进行电流调节（转子的转速作为输入信号经传感器传至增压器的同步齿轮上）。短切换时，发动机转速提升快，相应的增压器转速提升快，离合器电流停留在调节区域时间短；长切换时，发动机转速缓慢提升，增压器转速缓慢提升。当转速在3000rpm时，电流调整，导致电磁离合器异响，该异响是正常的。超过3000rpm，离合器完全接合，异响消失。进气控制系统的检修3.宝马气门升程控制系统的检修VALVETRONIC系统是第一个出现在市场上的可变气门调节系统，2001年被首次批量使用在宝马汽车上。VALVETRONIC系统的作用与直接喷射汽油机节省燃油的效果相似，但不存在直接喷射汽油机需要进行废气再处理的缺点。可变气门调节系统由可变气门行程控制装置和可变凸轮轴控制装置（VANOS）构成，能够任意调节进气门关闭时刻。可变气门行程控制装置仅在进气侧控制气门行程，而凸轮轴控制装置则在进气和排气侧进行控制。可变气门行程控制装置组成1.伺服电动机伺服电动机安装在气缸盖侧面，它用于调节偏心轴。伺服电动机的蜗杆嵌入式安装在偏心轴的蜗轮内。工作原理偏心轴扭转可使固定架上的中间推杆朝进气凸轮轴方向移动。中间推杆的斜台朝伺服电动机方向移动。凸轮轴旋转和凸轮向中间推杆移动，使中间推杆上的斜台发挥作用。中间推杆可改变进气凸轮轴与滚子式气门压杆之间的传动比。在满负荷位置时，气门行程和持续开启时间达到最大值。在怠速位置时，气门行程和持续开启时间达到最小值。2.气缸盖可变气门行程控制装置安装在气缸盖上，其结构如下图所示。3.挡块蜗轮靠在挡块上，由此通过机械方式限制最小气门行程。靠在最小行程挡块处的偏心轴(1—最小挡块；2—蜗轮)靠在最大行程挡块处的偏心轴(1—最大挡块；2—蜗轮)4.偏心轴传感器偏心轴传感器用于测量偏心轴转角，其测量角度范围为0°~180°。偏心轴传感器和偏心轴上的磁轮(1—磁轮；2—固定螺栓；3—偏心轴传感器)常规检修方法可变气门调节系统工作不良会导致发动机启动困难，加速不良，发动机故障灯点亮，车辆难以行驶等故障。常见原因包括电子气门控制模块损坏或通信不良、伺服电动机损坏、气门调节机构未完成自适应匹配等，检修要点如下。①对于与发动机控制模块分体安装的电子气门控制模块，其诊断菜单中有单独的选项。对于与发动机控制模块集成一体的电子气门控制模块，则通过发动机诊断菜单进行诊断。②伺服电动机安装在气缸盖上如果检测到与伺服电动机相关的故障码，那么对该电动机及线路进行检查。可以利用一个试灯来代替该电动机，确定故障原因。③系统电源断开后有可能导致自适应值丢失。可以使用诊断仪来完成自适应匹配工作。案例分析---宝马320i发动机故障警告灯点亮加速无力故障现象：该车配置N46发动机，故障现象是启动发动机之后，仪表板的发动机故障灯一直点亮，车辆加速无力。诊断与检修：连接诊断仪进行自诊断，发动机系统有两个故障码：2A67：电子气门控制系统内部故障，对负极短路，故障当前存在2A6B：伺服电动机功率受到限制，偏心轴角度达不到最大升程要求，故障当前不存在拔下伺服电动机的线束插头，测量电阻，为0.1Ω。由于没有标准阻值，不知该电阻是否正常。拔下发动机控制模块的线束插头，检查与伺服电动机之间的线路连接情况，正常。清除故障码，试车，故障码2A67再次出现。将伺服电机的线束插头拔下来，进行自诊断，故障码的内容2A67有所变化，变成了“发动机导线短路”，说明故障与发动机控制模块及其线路无关。接上一个功率基本相同的试灯，试灯闪烁，故障码2A67性质变为当前不存在，故障码2A6B则再次出现，由此说明伺服电动机性能不良。更换伺服电动机，故障彻底排除。检修工作的要点在于理解故障码2A67的含义，而故障码2A6B属于连带故障码，只要解决故障码2A67的相关问题，故障码2A6B的问题就迎刃而解了。宝马318i启动困难故障现象：该车配置N46发动机，故障现象为长时间停放车辆后，起动机需要启动2次以上，发动机才能运转起来。诊断与检修：使用诊断仪进行自诊断，发动机系统没有故障码。检查气缸压力、燃油压力、点火强度和进气歧管的密封性，均正常。查看发动机的工作数据，进气门升程为9.58mm，已接近控制量的最大值。此时进气歧管压力为53kPa，明显低于100kPa的大气压力，说明电子节气门已进行节流控制，发动机系统启用应急模式。是什么原因导致发动机系统启用应急模式呢?启动发动机，查看发动机的工作数据，进气门升程由原来的1.48mm迅速降至0.30mm，发动机剧烈抖动，直至熄火。这种问题有可能是进气门背部积炭过多，导致进气门升程受阻。用除炭剂对进气系统进行清洗，完成后进行初始化设定，试车，故障彻底排除。进气控制系统的检修4.加速踏板位置传感器的检修加速踏板作用1、加速踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入的信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值；2、然后再经过CAN总线和整车控制单元进行通讯，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、挡位、节气门位置、空调能耗等等；3、由此计算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。结构组成丰田车系所采用的非接触式加速踏板位置传感器是一种霍尔效应（芯片）式旋转位置传感器，其主要由磁铁和霍尔IC芯片组成1—加速踏板位置传感器；2—霍尔元件；3—磁铁；4—加速踏板霍尔IC芯片安装在加速踏板的芯轴上固定不动，两个磁铁安装在加速踏板的旋转部件上，可随加速踏板一起动作。为保证信号的可靠，在加速踏板芯轴上安装了两个霍尔IC芯片，相当于两个加速踏板位置传感器，在工作时，可同时向发动机控制单元输送两个加速踏板位置信号。工作时，与加速踏板联动的永久磁铁随加速踏板的动作而一起旋转，改变磁铁与霍尔元件之间的相对位置，从而改变了磁力线射入霍尔元件的角度，也就改变了霍尔元件输出的电压值。霍尔元件输出的电压值与加速踏板内的磁铁位置有一一对应的线性关系，霍尔元件的输出电压就可以反映加速踏板所处的位置。从两个系统之一来的信号为VPA信号，能在加速踏板踩下全程范围内，呈线性关系地输出电压；另一个为VPA2信号，能输出偏离VPA信号的偏置电压。可变电阻型加速踏板位置传感器的控制电路和输出特性如下图所示。一旦发现两信号电压的差值(或两电压之和)与标准不符，即判定该传感器有故障，立即启动失效保护模式，按“未踩踏板”来进行控制。为保证其信号的可靠性，两个电位器的控制电路完全独立，即采用各自独立的电源、搭铁和信号端子，因此加速踏板位置传感器通常有6个接线端子。霍尔型加速踏板位置传感器的控制电路和输出特性如下：VCPA和VCPA2是两个霍尔效应式旋转位置传感器的电源线，由发动机控制单元提供5V电源电压，EPA和EPA2是两个传感器的搭铁线，VPA和VPA2是两个传感器的信号线，两个霍尔效应式旋转位置传感器根据加速踏板位置产生的信号电压由这两根线传送给发动机控制单元。为了信号的可靠性和功能自测试的需要，EPA2的信号电压比EPA的信号电压始终高0.8V，在加速踏板完全放松的时候，EPA的电压约为0.8V，EPA2的电压约为1.6V；当加速踏板完全踩下的时候，EPA的电压约为3.188V，EPA2的电压约为3.988V。实训拆卸加速踏板固定螺栓断开加速踏板连接线束取出加速踏板·检查加速踏板传感器查看维修资料·连接万用表和加速踏板插接器测量1号端子和3号端子之间的电压，测量值5V·联测4号端子和6号端子之间的电压，测量值5V安装加速踏板进气控制系统的检修5.可变进气正时系统的检修VVT(VariableValveTiming)可变气门正时系统。该系统通过配备的控制及执行系统，对发动机凸轮的相位进行调节，从而使得气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化，以提高充气效率，增加发动机功率。一般调相器分叶片式转子和块状转子两种，区别是叶片式转子上插着叶片来分隔油腔，而块状转子即为其转子本身的连接块来分隔油腔，上图即是一种块状转子。下是一个叶片式转子的爆炸图：锁销：锁销的作用在于发动机熄火后，调相器回到初始位置，锁销在弹簧的作用下落锁，固定调相器初始相位。待发动机点火恢复机油压力后，脱锁使调相器能够自由调相。由于锁销和锁销孔配合精度很高，并且VVT调节有一定速度要求，故我们必须先固定一个VVT的转子位置，才可能进行落锁脱锁动作，否则转子在自由状态，锁销很难插入锁销孔。由上图右侧实物图所示，可以看到，一般转子需要靠在定子油腔的一侧，转子和定子的相对位置固定了，其锁销才能落锁脱锁，而转子靠在定子油腔一侧，势必气门正时必然处在最大提前或者最大滞后位置，这也是VVT的初始相位。所以一般来说，调相器只能从初始位置向最大提前方向调节，或者向最大滞后方向调节，即只能从初始相位向一个方向调节。这就限制了VVT的策略应用，并且初始相位只能折中的放在可以尽可能大的覆盖这台发动机所需相位的位置，但此位置一般不是最优的起动/冷起动相位，这些都需要标定这块进行策略优化。当然，中间锁止调相器可以解决这个问题，我们下次再说中间锁止调相器。VVT中文意思是“可变气门正时”，由于采用电子控制单元(ECU)控制，因此丰田起了一个好听的中文名称叫“智慧型可变气门正时系统”。该系统主要控制进气门凸轮轴，又多了一个小尾巴“i”，就是英文“Intake”(进气)的代号。这些就是“VVT-i”的字面含义了。VVT—i.系统是丰田公司的智能可变气门正时系统的英文缩写，最新款的丰田轿车的发动机已普遍安装了VVT—i系统。丰田的VVT—i系统可连续调节气门正时，但不能调节气门升程。它的工作原理是：当发动机由低速向高速转换时，电子计算机就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，这样，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。发动机可变气门正时系统发动机可变气门正时系统，是通过微机控制可变气门调节器上升和下降获得齿形皮带轮与进气凸轮（进气门）的相对位置变化，这种结构属于凸轮轴配气相位可变结构，一般可调整20。～30。曲轴转角。由于这种机构的凸轮轴、凸轮形线及进气持续角均不变，虽然高速时可以加大进气迟闭角，但是气门叠开角却减小，这是它的缺点。VVT-i是一种控制进气凸轮轴气门正时的装置，它通过调整凸轮轴转角配气正时进行优化，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性，降低尾气的排放。可变气门调节系统由可变气门行程控制装置和可变凸轮轴控制装置（VANOS）构成，能够任意调节进气门关闭时刻。可变气门行程控制装置仅在进气侧控制气门行程，而凸轮轴控制装置则在进气和排气侧进行控制。VVT-i系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。ECU储存了最佳气门正时参数值，曲轴位置传感器、进气歧管空气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器和凸轮轴位置传感器等反馈信息汇集到ECU并与预定参数值进行对比计算，计算出修正参数并发出指令到控制凸轮轴正时液压控制阀，控制阀根据ECU指令控制机油槽阀的位置，也就是改变液压流量，把提前、滞后、保持不变等信号指令选择输送至VVT-i控制器的不同油道上。1.拆除附件2.拔下可变进气电磁阀3.上电、测量供电以及信号4.启动车辆，再次测量供电以及信号是否有变化整理工位进气控制系统的检修6.奥迪AVS可变气门升程控制系统的检修在气门交叠角控制方面一般是以VVT方式为主流，虽然各家公司叫法不同，但最早成熟推向市场的是丰田公司开发的VVT技术。在气门升程控制方面，目前分为升程全可控和阶段可控两种，由于专利限制、研发困难且成本较高，所以投入市场应用的种类并不多。全可控技术比较有代表性的是宝马公司的Valvetronic技术，日产公司的VVEL可变气门升程技术。而阶段性可控最著名的就是本田公司的VTEC技术，Audi的气门升程控制也属于这一类。Audi公司推出的气门升程阶段可控技术简称AVS，该系统通过进气凸轮轴上低速和高速两种凸轮实现升程的控制，达到低速时良好的经济性及平顺性，高速时拥有更好的动力性。该系统已经应用在多款大众与奥迪车型上。结构在进气凸轮轴前部是用于可变气门正时控制的凸轮轴相位调节器，与其他发动机的结构和功能类似，而气门升程控制依靠可在凸轮轴上滑动的凸轮块来实现。每个凸轮块上都有对应气门所需的大小凸轮，以实现对气门升程的控制。传统型的凸轮与凸轮轴由于没有可调能力，凸轮与凸轮轴是过盈配合连接或是整体加工而成。为了要实现大小凸轮的切换，凸轮块必须能够移动，所以凸轮块与凸轮轴表面采用了花键连接，以使凸轮块在凸轮轴上滑动从而实现气门升程的切换。在该款发动机上凸轮块可移动约7.0mm。后部三角形凸轮则是FSI发动机的高压油泵驱动凸轮。凸轮块结构和大小凸轮凸轮块的移动是依靠两个金属导销来实现的，这两个金属导销布置在气门室盖上，导销的伸出是由电磁阀来控制的，导销与电磁阀一体构成完整的电动控制器。对应两个金属导销，凸轮块上有两条螺旋形滑槽，在某一时刻只有一个导销能够对准滑槽起始端，电磁阀不通电时两个导销均在缩回状态，凸轮块保持一个稳定运行状态。工作原理当需要切换大小凸轮时，初始状态为左侧导销对准滑槽（左侧滑槽起始端图上不可见，右侧导销对准的是滑槽后半段，所以图示是大凸轮工作状态），发动机ECU控制左侧电磁阀通电，左侧导销弹出，插入到螺旋形滑槽中。由于导销是固定的，而凸轮轴在旋转，导销对螺旋滑槽产生推力，从而迫使凸轮块向左侧移动，螺旋滑槽在接近末端时是逐渐变浅直至消失的，最终与滑槽外沿直径相同。旋转至滑槽末端时将导销推回原位（此时电磁阀已断电），从而完成了一次凸轮块移动，此时右侧导销对准了右侧滑槽，为下一次向右移动做好了准备，而左侧导销则无法对准滑槽。通过两个导销和凸轮块上的滑槽的配合，从而实现凸轮块的左右移动，完成大小凸轮的切换。从导销插入到被推回，只有在非工作状态时才能完成凸轮切换，所以AVS系统需要精确的转角控制，否则会导致金属销撞击凸轮块，干扰正常的气门工作，或导致移位时机械撞击甚至锁死，损坏调节机构。凸轮块锁定与凸轮块在凸轮轴内有一个弹簧加载的钢球，配合凸轮块内侧的凹洞来锁定凸轮块，在凸轮块左右移动时，压迫钢球下沉，移动到位后钢球顶起实现锁定。凸轮块上的轴向轴承同时也有限位作用。每个气门分别对应两个凸轮，如图4所示一个凸轮块上有两对凸轮，分别对应一个缸的两个气门，通过切换，能够在中低负荷时使用小升程凸轮实现平稳性和经济性，大负荷时使用大升程凸轮实现大功率。两组凸轮的型线也分别是针对两种工况设计的，以满足不同工况的需求。这款发动机有一个特点，在小升程时两个气门的开启是不对称的，两个气门升程分别是5.7mm和2.0mm，同时两个气门的开启时间也不相同，两个小凸轮的工作角度也存在不同，而较小升程的凸轮与较大升程凸轮的开启时刻是一致的，但关闭时刻较大行程的晚一些，所以两者型线也不同。小凸轮之所以要这样设计，是可以在中低负荷时使吸入燃烧室的气体呈高流速和旋转运动状态，通过与FSI活塞顶面的特殊形状配合，可以形成圆筒状运动（滚流进气），使喷出的燃油获得更好的混合效果。这款发动机通过这种设计，取消了进气歧管翻板，简化了进气歧管结构。从大小凸轮型线也可以看出，大小凸轮的切换只是改变了气门升程而没有改变气门交叠角，气门交叠角的改变是依靠凸轮轴顶端的相位调整器来实现的，这也是该系统与本田VTEC系统在功能上的区别。通过不同的凸轮设计，可以使AVS在不同场合发挥不同的功能。比如在涡轮增压发动机上，AVS被首先使用在排气侧，通过大小凸轮转换可以提高低转速时的排气速度，使涡轮增压器能够有更好的低转速响应性。在大排量发动机上，可以使用AVS系统的切换来实现闭缸技术，从而减少排放、提高经济性。由于采用了凸轮块滑动切换凸轮，总行程只有7.0mm左右，造成凸轮的宽度变小，所以相应的摇臂滚子宽度也变小，但气门驱动负荷并没有变。所以必须对摇臂滚子进行加强，增大滚针轴承直径和滚针直径，加厚轴承外圈的厚度，以应对增加的负荷。凸轮块的调节机构凸轮块在凸轮轴上的滑动是依靠导销插入凸轮块上的螺旋滑槽来实现的，导销作为主要作动元件是依靠电磁阀来推动的，导销的插入是有时序和位置要求的，要求导销进入滑槽的速度足够快，因此对这个电磁阀也提出了特别的要求，这就使AVS电磁阀与普通电磁阀有不同之处。AVS电磁阀没有使用传统结构，其移动机构使用了带有永磁铁的电枢片，其质量比传统衔铁减轻不少，取消了回位弹簧，同时使用了低电阻电磁线圈，激发时产生的电磁场更强大，能够实现导销更快的运动速度。在电磁线圈激发时，导销的加速度可达到100g，伸出时间为18～22ms。为了保护电枢片撞击底座时不把磁铁震碎，在电枢片和永磁铁之间有一个软质阻尼环实现缓冲。工作原理在AVS电磁阀通电时，产生的磁场与永磁铁的磁场是相反的，与电枢片上的感应磁场也是相反的，这样能够加快金属销的推出速度。当金属销推出以后，发动机ECU就断开了电磁阀的通电，金属销的位置依靠永磁铁吸附在电磁阀的底座上。随着凸轮块的旋转，导槽的后段利用机械力将金属销顶回，电磁阀实现回位，永磁铁与电磁阀芯部吸引，保证导销不会滑落。在这个过程中由于永磁铁在线圈中的移动从而在电磁线圈中产生电压，该电压被发动机ECU检测到，用来判断凸轮块的移动是否已经完成。电路控制部分蓄电池电压通过Montronic继电器J271给AVS电磁阀供电，如图7所示可以看出，电源经主继电器后通过116和118两个共接点分到左右缸线束供给各缸电磁阀，各电磁阀通过发动机控制单元J623控制接地。该电磁阀为低阻型，触发电流可达3A。各气缸气门升程切换按照点火顺序逐个触发，所以总电流并不大。自诊断AVS系统具有自诊断功能，可对系统的状态与运行做出自诊断，并做出相应的控制。系统可产生故障存储器内的故障记录，无法进行执行元器件的诊断（无法单独触动元器件），可进行基本设定（测量数据块155如表1所示），更换或维修后无需编码，有可被观测的测量数据块（测量数据块155）。通过测量数据块155的操作，可以按点火顺序进气凸轮升程切换