汽车发动机电控系统检修课件-3.3可变配气机构的检修

发动机电控系统识别主讲人：XXX延时符《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Primarycoverage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：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：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：①凸轮轴位置传感器G40信号不对，超出正常范围。②凸轮轴位置传感器G40安装位置不对，配气正时不对。③凸轮轴位置传感器G40信号与曲轴位置传感器信号不同步。④发动机控制模块ECU损坏。原因②和④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①和③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：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N0x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。2.4LAPS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（VariableValveLifeTiming&VavleElectronicControl,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，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3.3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”（VariableTimingControl，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3-21Valvetronic­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与流量，使环形活塞移动到相应的位置。

单VANOS系统在发动机怠速及低速时，进气门开启较晚，以增进怠速的转速稳定及平滑；在中速时，控制单元（宝马称之为DME)让油压来移动环形活塞，使进气门较早开启，以增加输出转矩及减少燃油消耗和尾气排放。在离转速（大约为5000r/min)时，进气门再度延迟开启，使发动机输出最大动力。

双VANOS(Double-VariableNockenwellensteuerung)系统能够根据节气门位置及发动机的转速同时改变进气及排气凸轮轴正时,进气门与排气门的正时都可以在大部分转速范围内连续地变化，这能更多地增大发动机的转矩。双VANOS系统要求有非常高的油压来快速精确地调整凸轮轴。任务3.3可变配气机构的检修三、相关知识

(2)宝马的Valvetronic机构

采用了Valvetronic控制机构的BMW发动机取消了传统的节气门机构，发动机进气量的大小由Valvetronic可变气门升程机构控制。Valvetronic机构安装在进气凸轮轴上。该机构由传统的气门机构加上电动机、蜗杆蜗轮机构、偏心轴、中间轴及中间摇臂、回位弹簧等组成。

发动机工作时，控制单元根据节气门位置、曲轴转速、凸轮轴位置、冷却液温度等信号，以16Hz频率信号控制电动机动作。电动机通过蜗杆蜗轮机构带动偏心轴转动，，偏心轴的偏转又会带动中间轴上的中间摇杆产生偏转，进而使配气机构摇臂的上下移动幅度发生变化，气门升程也相应发生变化。进气门的行程开度可以由0.3mm升至9.85mm。BMW的Valvetronic机构的无节气门设计，使进气更加顺畅，并配合着双VANOS连续可变气门正时机构，实现了“正时与重叠时间，还有升程”都可以“连续性”变化的效果。任务3.3可变配气机构的检修四、任务实施

可变配气机构发生故障时，车辆会出现动力不足、油耗升髙以及排放恶化等症状。大众、奥迪公司的VVT系统可能发生的故障有控制单元故障、电气线路故障、凸轮轴调节器故障和凸轮轴调节电磁阀故障等。大众奥迪VVT机构的检修包括VVT系统控制过程的检查、凸轮轴调节器的检查、凸轮轴调节电磁阀的检查和电气线路的检查等项目。一、检査前提①接上车辆诊断测量信息系统VAS5051，并把车辆自诊断和车辆系统调到“01-Motorelektronic”（发动机电气设备）功能块。②冷却液的温度至少80℃。③装有自动变速器的车辆：必须把变速杆放到P位或者N位。任务3.3可变配气机构的检修四、任务实施二、控制过程的检査①起动发动机。②将发动机的转速限制在2000～3000r/min范围内。③选择界面1上的诊断功能“04-GnmdeinrteUung”（基本设置)。④根据屏幕上的提示输入显示组094，按Q键确认。⑤检査显示区3和4内的显示数值，见表3-1。表3-1诊断显示组01-04-094的仪器显示

显示区1234显示组094：进气凸轮轴调节器显示屏xxxxr/min一一一工作范围

TestAUSTestAUSTestEINTestEINSyst.i.O.Syst.i.O.Syst.n.i.O.Syst.n.i.O.额定值2000~3000r/minkW系统正常系统正常提示：如果显示“Syst.n.i.O.”（系统正常），检查进气凸轮轴调节。任务3.3可变配气机构的检修四、任务实施三、检查进气凸轮轴调节器①用解码仪切换到显示组091。②发动机以怠速运转。③检查显示区3和4内的显示数值，见表3-2。④进行道路试车。节气门全开，车辆在3档从2000r/min开始加速。⑤检查显示区3和4内的显示数值，见表3-3。提示：如果在道路试车过程中只有一个值的显示在3.0°kW和19°kW之间，那么凸轮轴调节器的电子阀门虽然能将润滑油压力正确地开至机械式凸轮轴调节器上，但却无法达到其最终位置（例如由于运动不畅等原因）。表3-2诊断显示组01-04-091的仪器显示表3-3诊断显示组01-04-091的仪器显示

显示区1234显示组091：第一列气缸进气凸轮轴调节器显示屏xxxxr/min%kWkW显示发动机转速负载率理论调节值实际调节值额定值怠速15-17-3~3-3~3

显示区1234