發(fā)動(dòng)機(jī)VVT測(cè)試不合格的原因分析

李光耀，曾 參

（上汽通用五菱股份有限公司青島分公司，山東 青島266555）

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發(fā)動(dòng)機(jī)VVT測(cè)試不合格的原因分析

李光耀，曾 參

（上汽通用五菱股份有限公司青島分公司，山東 青島266555）

摘要：VVT發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在油路、正時(shí)系統(tǒng)零件等方面有較大的改變，制造過程中需要對(duì)VVT性能進(jìn)行檢測(cè)。臺(tái)架測(cè)試是性能檢測(cè)的重要內(nèi)容，因此可根據(jù)其輸出臺(tái)架測(cè)試曲線狀態(tài)來分析VVT發(fā)動(dòng)機(jī)不合格原因。通過對(duì)VVT系統(tǒng)的分析，找到影響測(cè)試曲線的主要因素并且一一進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證，解決發(fā)動(dòng)機(jī)VVT系統(tǒng)測(cè)試不合格的問題。

關(guān)鍵詞：可變氣門正時(shí)；油路；相位器

發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)處在高轉(zhuǎn)速區(qū)間時(shí)，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作沖程僅需千分之幾秒，這么短的時(shí)間往往會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣不足和排氣不凈，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。因此，就需要通過氣門的早開和晚關(guān)，來彌補(bǔ)進(jìn)氣不足和排氣不凈的缺憾［1］。這種情況下，必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)進(jìn)氣門和排氣門同時(shí)開啟的時(shí)刻，配氣相位上稱為“氣門重疊角”。

氣門重疊的角度往往對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能產(chǎn)生較大的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)工作工況要求配氣相位可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和工況的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，高低轉(zhuǎn)速下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率，這就是可變氣門正時(shí)技術(shù)開發(fā)的初衷。

簡(jiǎn)單的說，發(fā)動(dòng)機(jī)可變正時(shí)技術(shù)（VVT，Variable Valve Timing）就是通過在凸輪軸的傳動(dòng)端加裝一套液力機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)凸輪軸在一定范圍內(nèi)的角度調(diào)節(jié)，也就相當(dāng)于對(duì)氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)刻進(jìn)行了調(diào)整。

本文通過臺(tái)架輸出的測(cè)試曲線狀態(tài)來分析VVT發(fā)動(dòng)機(jī)不合格原因。通過對(duì)VVT系統(tǒng)的分析，找到影響測(cè)試曲線的主要因素并且一一進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證，解決發(fā)動(dòng)機(jī)VVT系統(tǒng)測(cè)試不合格的問題。

1　VVT系統(tǒng)工作原理

若要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)的變化，需要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與凸輪軸相對(duì)相位角的可變。較簡(jiǎn)單的方法就是使凸輪軸鏈輪與凸輪軸之間實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這正是VVT的設(shè)計(jì)思路，即將凸輪軸鏈輪分為兩部分，定子與鏈輪剛性連接，轉(zhuǎn)子與凸輪軸剛性連接。在定子與轉(zhuǎn)子之間分隔兩個(gè)油腔（如圖1所示），通過控制進(jìn)入兩個(gè)油腔的機(jī)油量和進(jìn)出方向來控制轉(zhuǎn)子相對(duì)定子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度及方向。整個(gè)系統(tǒng)通過OCV閥（機(jī)油控制閥，Oil Control Valve）來控制進(jìn)入兩個(gè)油腔的機(jī)油量及方向，如圖2所示。通過控制通電時(shí)間的長(zhǎng)短來控制閥的行程。根據(jù)電磁原理，OCV通電后在內(nèi)部形成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)吸引閥針運(yùn)動(dòng)，由于加在OCV閥兩端的電壓是恒定的（既電瓶電壓），因此只能通過控制通電的時(shí)間長(zhǎng)短來控制針閥的運(yùn)動(dòng)位移，從而達(dá)到控制閥針的目的［2］。

圖1　相位器結(jié)構(gòu)圖

圖2　OCV閥結(jié)構(gòu)

2　問題分析

2.1測(cè)試圖像分析

發(fā)動(dòng)機(jī)正常的VVT測(cè)試曲線為等腰梯形，短邊在下為進(jìn)氣側(cè)曲線，短邊在上為排氣側(cè)曲線。本文分析的故障問題為排氣側(cè)的VVT測(cè)試不合格，故障曲線如圖3所示（圖中橫軸為時(shí)間，縱軸為角度變化）。

圖3　VVT測(cè)試曲線

圖3中曲線1為測(cè)試不合格的曲線，與之相對(duì)應(yīng)的曲線2為測(cè)試合格的曲線。以曲線2為例，圖3 中A點(diǎn)之前相位器不動(dòng)作，角度無變化，在A點(diǎn)OCV閥打開，相位器開始充油，A-B階段為相位器開始動(dòng)作至打開到目標(biāo)角度的過程，B-C階段為相位器打開至目標(biāo)角度開始正常工作，C點(diǎn)處相位器開始回位，D點(diǎn)相位器回到初始位置。

曲線1表現(xiàn)出：

A點(diǎn)遲后，表明相位器開始動(dòng)作的時(shí)間遲后；

B-C階段波峰低，表明在測(cè)試時(shí)間內(nèi)相位器不能達(dá)到開啟的目標(biāo)角度。

2.2潛在原因分析

通過測(cè)試圖像的分析，針對(duì)故障曲線（圖3中曲線1）的特點(diǎn)分析潛在原因如下。

（1）OCV閥質(zhì)量問題

OCV閥有雜質(zhì)、零件質(zhì)量問題不能正常工作、針腳歪斜斷裂等。

（2）VVT系統(tǒng)油道堵塞不通

缸蓋大瓦蓋、凸輪軸罩蓋、缸蓋、凸輪軸等VVT的相關(guān)油道不通，導(dǎo)致OCV和凸輪軸鏈輪因缺少油壓而失效，從而VVT測(cè)試不合格。

（3）缸蓋大瓦該、凸輪軸罩蓋油孔位置度、高度不合格

1）缸蓋大瓦該、凸輪軸罩蓋位置度不合格，導(dǎo)致兩者結(jié)合面油孔不對(duì)正，造成油孔堵塞或者錯(cuò)位，從而造成壓力不夠或者泄壓，最終冷試VVT測(cè)試不合格。

2）缸蓋大瓦該、凸輪軸罩蓋高度不合格，可能導(dǎo)致凸輪軸罩蓋正常打緊后，兩者油孔接觸面存在縫隙，密封不嚴(yán)，導(dǎo)致泄壓，最終冷試VVT測(cè)試不合格。

（4）前端蓋機(jī)油泵泵油壓力不足

前端蓋機(jī)油泵泵油壓力不足，導(dǎo)致油道中油壓不足，不足使OCV閥和相位器正常工作，從而冷試VVT測(cè)試不合格［3］。

（5）凸輪軸與大瓦該結(jié)合面結(jié)合不嚴(yán)，凸輪軸鏈輪（相位器）與凸輪軸結(jié)合不嚴(yán)

凸輪軸與大瓦該結(jié)合面結(jié)合不嚴(yán)，導(dǎo)致油槽油壓泄露，使相位器不能正常工作，從而冷試VVT測(cè)試不合格。凸輪軸鏈輪（相位器）與凸輪軸結(jié)合不嚴(yán)，導(dǎo)致油壓泄露，使相位器不能正常工作，從而冷試VVT測(cè)試不合格。

（6）凸輪軸鏈輪（相位器）質(zhì)量問題

凸輪軸鏈輪（相位器）發(fā)生油孔堵塞、轉(zhuǎn)子卡滯或者其他質(zhì)量變異時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致相位器失效，失去改變相位角的作用，導(dǎo)致冷試VVT測(cè)試不合格。

2.3潛在原因排查

通過潛在原因的分析，針對(duì)每一個(gè)潛在原因制定排查方案如下。

（1）OCV閥質(zhì)量問題

將故障發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)試合格發(fā)動(dòng)機(jī)的OCV閥互換驗(yàn)證，將故障發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排兩側(cè)的OCV閥互換驗(yàn)證。以上驗(yàn)證連續(xù)做3次。將故障機(jī)OCV閥拆開，檢查是否有雜質(zhì)、油孔堵塞等問題。

以上驗(yàn)證可確認(rèn)是否為OCV閥問題。

（2）VVT系統(tǒng)油道堵塞不通

故障機(jī)拆機(jī)時(shí)檢查瓦蓋、凸輪軸罩蓋與缸蓋結(jié)合處的密封圈印記是否與相對(duì)應(yīng)的油孔對(duì)中，確認(rèn)結(jié)合處油道是否有錯(cuò)位導(dǎo)致堵塞油道。用細(xì)鐵絲檢查油道是否堵塞。

以上驗(yàn)證可確認(rèn)VVT系統(tǒng)油道是否堵塞。

（3）缸蓋大瓦該、凸輪軸罩蓋油孔位置度、高度不合格

方法一：參照第二條，故障機(jī)拆機(jī)時(shí)檢查瓦蓋、凸輪軸罩蓋與缸蓋結(jié)合處的密封圈印記是否與相對(duì)應(yīng)的油孔對(duì)中。方法二：將故障機(jī)拆機(jī)后，測(cè)量零件相關(guān)尺寸。

方法一較簡(jiǎn)單快捷，可提高處理問題的響應(yīng)速度。

（4）前端蓋機(jī)油泵泵油壓力不足

圖4為開啟斜率與主油道油壓的關(guān)系。從圖4中可以看出，VVT合格的發(fā)動(dòng)機(jī)油壓普遍高于VVT不合格的發(fā)動(dòng)機(jī)，并且存在一定線性關(guān)系。

圖4　油壓與VVT關(guān)閉速率的關(guān)系

機(jī)油泵的泵油壓力與兩個(gè)因素有關(guān)：機(jī)油泵性能與機(jī)油液面高度。

故障機(jī)拆機(jī)后的機(jī)油泵做性能檢測(cè)如圖5，根據(jù)性能測(cè)試曲線判定機(jī)油泵的泵油能力正常。

圖5　機(jī)油泵泵油性能檢測(cè)圖像

機(jī)油液面可根據(jù)圖6所示改裝油底殼觀察發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的液面與吸油口的位置關(guān)系：

圖6　發(fā)動(dòng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)與冷試之后油底殼液位變化

根據(jù)圖片可觀察到發(fā)動(dòng)機(jī)冷試測(cè)試時(shí)的液面高度下降，已經(jīng)低于吸油口。液面高度下降會(huì)降低機(jī)油泵的泵油壓力。

（5）凸輪軸與大瓦該結(jié)合面結(jié)合不嚴(yán)，凸輪軸鏈輪（相位器）與凸輪軸結(jié)合不嚴(yán)

影響結(jié)合面密封性的因素主要有：內(nèi)、外徑，粗糙度，圓度、圓柱度、垂直度等形狀公差以及油槽與油道的位置是否對(duì)應(yīng)。以上尺寸可根據(jù)圖紙要求測(cè)量。

（6）凸輪軸鏈輪（相位器）質(zhì)量問題

相位器是VVT系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，是實(shí)現(xiàn)可變相位的執(zhí)行器。相位器的質(zhì)量直接決定了VVT系統(tǒng)是否能正常工作。

相位器總成為封閉零件，檢查內(nèi)部狀態(tài)需拆解。拆解圖如圖7所示。

圖7　相位器內(nèi)外轉(zhuǎn)子生銹

由于內(nèi)、外轉(zhuǎn)子為精密零件，若生銹、有雜質(zhì)等會(huì)使內(nèi)、外轉(zhuǎn)子卡死或者動(dòng)作遲滯，導(dǎo)致相位器不能動(dòng)作或者動(dòng)作緩慢不能達(dá)到目標(biāo)相位，失去改變相位的作用。

以上從六個(gè)方面簡(jiǎn)述了VVT測(cè)試的潛在不合格原因。最主要的是理解測(cè)試曲線的含義，根據(jù)曲線上故障的位置分析最可能產(chǎn)生故障的因素。將幾種因素分別排除就會(huì)找到產(chǎn)生故障的根本原因。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳家瑞.汽車構(gòu)造［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］楊志紅，廖兵.汽車電器［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［3］林學(xué)東.發(fā)動(dòng)機(jī)原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

Cause Analysis Of VVT Test Of Engine

LI Guang-yao，ZENG Shen
（SAIC GM Wuling Limited by Share Ltd Qingdao branch，Qingdao Shandong 266555，China）

Abstract：VVT engine compared with the traditional engine in the oil，the timing system parts，etc，have more change，so in the process of manufacturing to the VVT performance testing.The bench test is an important part of performance testing，thus to analyze the reason of unqualified according to the output of VVT engine bench test curve.Through the analysis of the VVT system，to find out the main factors influence test curve and measure them one by one，the test failed to solve the problem of engine VVT system.

Key words：variable valve timing；oil-way；variable cam phaser

中圖分類號(hào)：TK416.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）03-0114-03

收稿日期：2015-12-18

作者簡(jiǎn)介：李光耀（1987-），男，山東青島人，本科，助理工程師，主要研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的質(zhì)量控制；曾參（1989-），男，山東青島人，本科，助理工程師，主要研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的質(zhì)量控制。