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一辆2012年款一汽丰田卡罗拉GL轿车,配备1ZR-FE发动机,行使了4.6万公里。据用户反映,该车最近频繁出现着车困难的故障,早上要打好几次马达才能着车,即使能着车,怠速也很不稳定,抖动很厉害,故障灯亮,请帮车主修复该故障。



传统的自然吸气式发动机,其配气机构的配气相位和气门升程都是固定的,这就使进气量相对是固定的,动力性、经济性以及排放性的潜力均未完全发挥。随着轿车汽油机的高速化和排放法规的日趋严格,可变气门技术已经迅速发展起来。

丰田公司的VVT-i技术和本田公司的VTEC技术由于能有效提高发动机的充气效率,改善发动机的燃烧效率,大幅度地提高了发动机的性能而令人瞩目。

1)VTEC技术

要求配气相位随着发动机转速的变化,适当的改变进、排气门的提前或推迟开启角和迟后关闭角。 

如上图所示:中凸轮升程最大,次凸轮升程最小。主凸轮的形状适合发动机低速时单气门工作的配气相位要求;中凸轮的形状适合发动机高速时双进气门工作的配气相位要求。

工作原理:发动机低速运转时,电磁阀不通电使油道关闭,此时,三个摇臂彼此分离,主凸轮通过摇臂驱动主进气门,中间凸轮驱动中间摇臂空摆;次凸轮的升程非常小,通过次摇臂驱动次进气门微量关闭。配气机构处于单进、双排气门工作状态,单进气门由主凸轮轴驱动。

2)智能可变气门正时系统(VVT-i)

根据发动机的转速与负荷,利用油压来调整进气凸轮轴(有些车型还包括排气凸轮轴)相对于正时齿轮的转角,从而改变气门开闭的时刻,以获得最适合发动机状态气门正时。


MRE传感器:VVT传感器。相当于凸轮轴位置传感器,与曲轴位置传感器配合,用来检测实际的配气正时,从而实现对配气正时进行反馈控制.

OCV:凸轮轴正时油压控制阀的英文缩写。该阀根据发动机ECU的指令控制提供给VVT控制器的机油压力,使配气正时适合发动机的工况。

凸轮轴正时机油控制阀通过发动机ECU发出的占空比控制信号来控制滑阀。这样液压力可以施加到VVT-i控制器的提前侧或延迟侧。发动机停止时,凸轮轴正时机油控制阀位于最延迟位置。

如下图所示,当机油从油孔进入到外壳与叶片内锁销之间的凹坑里,机油压力克服弹簧力,锁销被抬起,叶片在机油压力的推动下带动凸轮轴转动。当叶片重新回到原来的位置,机油压力被撤销时,锁销在弹簧力的作用下,重新回到凹坑,叶片与外壳锁在一起。 

1、提前

2、延迟

难点介绍视频:




想知道更多,请翻阅PPT




可变配气相位控制系统常见故障有怠速不稳、动力不足等。检查方法及步骤如下:

1)用诊断仪先清除故障码,并重新起动发动机,再调取故障码,若有故障码,则按故障码的提示排除故障。

2)关闭点火开关,拆开VTEC电磁阀线束插接器,测量电磁阀线圈电阻,本田车应为14~30Ω,否则应更换电磁阀;检查VTEC电磁阀与电脑之间的连接线路是否有断路或短路故障。

3)拆下气门室罩盖,转动曲轴分别使各缸处于压缩上止点位置,用手按压中间摇臂,应能与主摇臂和次摇臂分离单独运动,否则应更换摇臂总成。

拆下油压检查孔处的密封螺栓,通人压力为400kPa的压缩空气,用手推动正时片端部使其向上移动23mm,观察同步活塞的结合情况,同步活塞应将三个摇臂连接为一体,手按压中间摇臂应不能单独运动,否则应更换摇臂总成。

4)将专用接头和压力表连接到电磁阀上,起动发动机,当达到正常工作温度后,观察发动机转速分别为1000r/min2000r/min4000r/min时的机油压力,若机油压力均低于49kPa,则说明电磁阀不能开启,必要时应更换电磁阀。

5)用蓄电池直接给电磁阀通电,起动发动机,转速为3000r/min时的机油压力应达到250kPa以上,否则说明机油泵工作不良或润滑系统有泄漏。


任务回顾:在情境描述中,一汽丰田卡罗拉GL轿车频繁出现着车困难的故障,早上要打好几次马达才能着车,即使能着车,怠速也很不稳定,抖动很厉害,故障灯亮。

VVT的技术优势在于发动机在低转速时能增加扭力输出,大大增强驾驶的操纵灵活性,且发动机的功率和扭力能兼顾高低转速的动力输出。经过本次课的学习和项目实训,可判定该故障车辆是由于VVT-i系统电路或元器件故障所导致的,其原因为:该车低温,低负荷低速时,VVT-i控制延迟进气门的打开时刻,提前排气门的关闭时刻,减少气门重叠,以减少废气逆吹入进气管,从而达到稳定怠速、提高燃料消耗率和起动性能。而该车正是由于VVT-i系统故障导致的系统工作异常,导致怠速不良,启动困难。



1)校本教材


2)网络资源

(1)参考图书


(2)参考网址

论文:卡罗拉2ZR—FE发动机可变配气正时系统检修

论文:可变气门正时系统结构原理与维修论文:丰田智能可变气门正时(VVT-i)系统维修

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论文:常见可变配气系统全解析论文:本田轿车VTEC发动机可变配气相位结构及维修

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(3)拓展知识