可变气门正时系统的故障诊断

2017-02-06戈华飞

汽车维护与修理 2017年7期

戈华飞

上一期《解读曲轴位置信号中蕴藏的秘密》一文得到了广大一线维修技师的热烈反响，但在文章末段提到VVT（可变正时系统）调节时，由于笔者疏忽，将凸轮轴位置传感器信号相对曲轴位置传感器信号向左、向右移动所对应的提前和滞后写反了（图1），因此，本期笔者将深入讲解可变气门正时系统的故障诊断，并对上一期文章中的错误予以纠正。

发动机机械正时反映了曲柄连杆机构与配气机构之间的配合关系。

（1）活塞与气门的关系。在发动机工作的4个行程中，活塞要上下运动2次，进气门和排气门打开各1次。正时就是要确保活塞和气门配合好，如在进气行程，活塞要从上止点向下止点运动，此时进气门要打开，排气门要关闭。一旦正时出问题了，比如在压缩行程，活塞从下止点向上止点运动，但此时排气门打开了，发动机将无法正常工作。

（2）曲轴与凸轮轴的关系。曲轴将活塞的上下往复式运动转化成曲轴的旋转运动，曲轴链轮通过传动机构带动凸轮轴链轮旋转，无论中间的传动机构是什么结构，都要保证曲轴旋转720°时凸轮轴旋转360°。

对于4冲程发动机，在设计时，机械正时必须满足以上2点，然后根据各自的设计需求，规定每款发动机的配气相位，也就是进气门和排气门分别要提前和滞后多少打开和关闭。

对于VVT，当气门正时改变时，也就是凸轮轴的转角发生了改变。当凸轮轴顺时针旋转，气门提前打开；当凸轮轴逆时针旋转，气门滞后打开。可以理解为：当气门正时未调节时，曲轴旋转720°时，凸轮轴旋转360°；当气门要提前打开时，在720°曲轴转角内，调节凸轮轴顺时针转动，使凸轮轴旋转超过360°，如370°；当气门要滞后打开时，在720°曲轴转角内，调节凸轮轴逆时针转动，使凸轮轴要旋转不到360°，如350°。

每个发动机的气门正时在发动机设计阶段是确定好的，如图2所示，对于双VVT（进气门和排气门正时均可变），发动机熄火时，进气凸轮轴会停最大滞后位置，排气凸轮轴会停在最大提前位置；在发动机怠速时，进气门和排气门的重叠角要小，确保稳定的发动机转速；在发动机高转速时，进气门和排气门的重叠角要大，确保充分的扫气，提高充气效率。对于能独立调节的双VVT，发动机由怠速到高速时，进气门往提前方向调节，排气门往滞后方向调节。当发动机气门正时与设计的值不相同时，凸轮轴所驱动的气门打开时刻会错误，发动机就会工作不稳定。

图1 文中“提前”和“滞后”写反

图2 可变气门正时调节过程示意

引起发动机正时错误的主要原因为传动机构故障，传动机构分为传动带和传动链2种，传动带容易发生跳齿或断裂，传动链会发生磨损拉长或跳齿。发动机正时故障可以通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信号波形进行诊断，无需拆解发动机。每款发动机在设计时，曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信号靶轮都不一样，所以对应出来的信号波形会不同，但是同一款车对应的信号波形是相同的，所以要检查发动机正时是否正确时，可与同款车进行对比。鉴于此，笔者建议发动机生产厂商不仅要提供检查发动机正时所需的专用工具，还要提供对应的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信号波形，这样会使维修和诊断更为友好化；同时建议主机厂的技术培训或售后部门也可以承担此工作，在培训资料或维修手册上将此作为参考资料。除此之外，维修人员也可在平时的维修工作中多保留发动机正时波形，建立属于自己的发动机正时波形库，这样可大大提高诊断效率。

如图3所示，当气门正时调节电磁阀的占空比信号发生变化时，凸轮轴的位置要相对曲轴发生旋转，气门正时开始调节，凸轮位置传感器信号波形开始移动。如果气门正时调节电磁阀的占空比信号开始发生变化时，凸轮轴没有转动，就会引起气门正时调节不当，导致发动机抖动，并存储曲轴与凸轮轴信号不一致等相关故障代码。

如4图所示，气门正时调节后，凸轮轴位置传感器信号波形相对曲轴位置传感器信号波形左移或右移，如果没有移动，说明VVT存在故障，可能的原因有机油压力不足，气门正时调节电磁阀卡滞，气门正时调节器损坏等。

凸轮轴位置传感器信号波形相对曲轴位置传感器信号波形左移或右移，对应的凸轮轴旋转方向怎么理解呢？如图5所示，凸轮轴位置传感器的位置是不动的，信号靶轮与凸轮轴位置传感器夹角越小，凸轮轴转过的角度越少，凸轮轴位置传感器就会更早获得信号，即信号靶轮顺时针旋转后，信号会更早出现，对应的波形左移。具体关系见表1所列。