发动机VVT测试不合格的原因分析

李光耀，曾 参

（上汽通用五菱股份有限公司青岛分公司，山东 青岛266555）



发动机VVT测试不合格的原因分析

李光耀，曾 参

（上汽通用五菱股份有限公司青岛分公司，山东 青岛266555）

摘要：VVT发动机相对于传统发动机在油路、正时系统零件等方面有较大的改变，制造过程中需要对VVT性能进行检测。台架测试是性能检测的重要内容，因此可根据其输出台架测试曲线状态来分析VVT发动机不合格原因。通过对VVT系统的分析，找到影响测试曲线的主要因素并且一一进行测量验证，解决发动机VVT系统测试不合格的问题。

关键词：可变气门正时；油路；相位器

发动机实际运行时，当处在高转速区间时，四冲程发动机的一个工作冲程仅需千分之几秒，这么短的时间往往会引起发动机进气不足和排气不净，影响发动机的效率。因此，就需要通过气门的早开和晚关，来弥补进气不足和排气不净的缺憾［1］。这种情况下，必然会出现一个进气门和排气门同时开启的时刻，配气相位上称为“气门重叠角”。

气门重叠的角度往往对发动机性能产生较大的影响，发动机工作工况要求配气相位可以根据发动机转速和工况的不同进行调节，高低转速下都能获得理想的进、排气效率，这就是可变气门正时技术开发的初衷。

简单的说，发动机可变正时技术（VVT，Variable Valve Timing）就是通过在凸轮轴的传动端加装一套液力机构，从而实现凸轮轴在一定范围内的角度调节，也就相当于对气门的开启和关闭时刻进行了调整。

本文通过台架输出的测试曲线状态来分析VVT发动机不合格原因。通过对VVT系统的分析，找到影响测试曲线的主要因素并且一一进行测量验证，解决发动机VVT系统测试不合格的问题。

1　VVT系统工作原理

若要实现发动机正时的变化，需要实现发动机曲轴与凸轮轴相对相位角的可变。较简单的方法就是使凸轮轴链轮与凸轮轴之间实现相对转动。这正是VVT的设计思路，即将凸轮轴链轮分为两部分，定子与链轮刚性连接，转子与凸轮轴刚性连接。在定子与转子之间分隔两个油腔（如图1所示），通过控制进入两个油腔的机油量和进出方向来控制转子相对定子转动的角度及方向。整个系统通过OCV阀（机油控制阀，Oil Control Valve）来控制进入两个油腔的机油量及方向，如图2所示。通过控制通电时间的长短来控制阀的行程。根据电磁原理，OCV通电后在内部形成磁场，磁场吸引阀针运动，由于加在OCV阀两端的电压是恒定的（既电瓶电压），因此只能通过控制通电的时间长短来控制针阀的运动位移，从而达到控制阀针的目的［2］。

图1　相位器结构图

图2　OCV阀结构

2　问题分析

2.1测试图像分析

发动机正常的VVT测试曲线为等腰梯形，短边在下为进气侧曲线，短边在上为排气侧曲线。本文分析的故障问题为排气侧的VVT测试不合格，故障曲线如图3所示（图中横轴为时间，纵轴为角度变化）。

图3　VVT测试曲线

图3中曲线1为测试不合格的曲线，与之相对应的曲线2为测试合格的曲线。以曲线2为例，图3 中A点之前相位器不动作，角度无变化，在A点OCV阀打开，相位器开始充油，A-B阶段为相位器开始动作至打开到目标角度的过程，B-C阶段为相位器打开至目标角度开始正常工作，C点处相位器开始回位，D点相位器回到初始位置。

曲线1表现出：

A点迟后，表明相位器开始动作的时间迟后；

B-C阶段波峰低，表明在测试时间内相位器不能达到开启的目标角度。

2.2潜在原因分析

通过测试图像的分析，针对故障曲线（图3中曲线1）的特点分析潜在原因如下。

（1）OCV阀质量问题

OCV阀有杂质、零件质量问题不能正常工作、针脚歪斜断裂等。

（2）VVT系统油道堵塞不通

缸盖大瓦盖、凸轮轴罩盖、缸盖、凸轮轴等VVT的相关油道不通，导致OCV和凸轮轴链轮因缺少油压而失效，从而VVT测试不合格。

（3）缸盖大瓦该、凸轮轴罩盖油孔位置度、高度不合格

1）缸盖大瓦该、凸轮轴罩盖位置度不合格，导致两者结合面油孔不对正，造成油孔堵塞或者错位，从而造成压力不够或者泄压，最终冷试VVT测试不合格。

2）缸盖大瓦该、凸轮轴罩盖高度不合格，可能导致凸轮轴罩盖正常打紧后，两者油孔接触面存在缝隙，密封不严，导致泄压，最终冷试VVT测试不合格。

（4）前端盖机油泵泵油压力不足

前端盖机油泵泵油压力不足，导致油道中油压不足，不足使OCV阀和相位器正常工作，从而冷试VVT测试不合格［3］。

（5）凸轮轴与大瓦该结合面结合不严，凸轮轴链轮（相位器）与凸轮轴结合不严

凸轮轴与大瓦该结合面结合不严，导致油槽油压泄露，使相位器不能正常工作，从而冷试VVT测试不合格。凸轮轴链轮（相位器）与凸轮轴结合不严，导致油压泄露，使相位器不能正常工作，从而冷试VVT测试不合格。

（6）凸轮轴链轮（相位器）质量问题

凸轮轴链轮（相位器）发生油孔堵塞、转子卡滞或者其他质量变异时可能会导致相位器失效，失去改变相位角的作用，导致冷试VVT测试不合格。

2.3潜在原因排查

通过潜在原因的分析，针对每一个潜在原因制定排查方案如下。

（1）OCV阀质量问题

将故障发动机与测试合格发动机的OCV阀互换验证，将故障发动机的进排两侧的OCV阀互换验证。以上验证连续做3次。将故障机OCV阀拆开，检查是否有杂质、油孔堵塞等问题。

以上验证可确认是否为OCV阀问题。

（2）VVT系统油道堵塞不通

故障机拆机时检查瓦盖、凸轮轴罩盖与缸盖结合处的密封圈印记是否与相对应的油孔对中，确认结合处油道是否有错位导致堵塞油道。用细铁丝检查油道是否堵塞。

以上验证可确认VVT系统油道是否堵塞。

（3）缸盖大瓦该、凸轮轴罩盖油孔位置度、高度不合格

方法一：参照第二条，故障机拆机时检查瓦盖、凸轮轴罩盖与缸盖结合处的密封圈印记是否与相对应的油孔对中。方法二：将故障机拆机后，测量零件相关尺寸。

方法一较简单快捷，可提高处理问题的响应速度。

（4）前端盖机油泵泵油压力不足

图4为开启斜率与主油道油压的关系。从图4中可以看出，VVT合格的发动机油压普遍高于VVT不合格的发动机，并且存在一定线性关系。

图4　油压与VVT关闭速率的关系

机油泵的泵油压力与两个因素有关：机油泵性能与机油液面高度。

故障机拆机后的机油泵做性能检测如图5，根据性能测试曲线判定机油泵的泵油能力正常。

图5　机油泵泵油性能检测图像

机油液面可根据图6所示改装油底壳观察发动机运行时的液面与吸油口的位置关系：

图6　发动机静止状态与冷试之后油底壳液位变化

根据图片可观察到发动机冷试测试时的液面高度下降，已经低于吸油口。液面高度下降会降低机油泵的泵油压力。

（5）凸轮轴与大瓦该结合面结合不严，凸轮轴链轮（相位器）与凸轮轴结合不严

影响结合面密封性的因素主要有：内、外径，粗糙度，圆度、圆柱度、垂直度等形状公差以及油槽与油道的位置是否对应。以上尺寸可根据图纸要求测量。

（6）凸轮轴链轮（相位器）质量问题

相位器是VVT系统的关键部件，是实现可变相位的执行器。相位器的质量直接决定了VVT系统是否能正常工作。

相位器总成为封闭零件，检查内部状态需拆解。拆解图如图7所示。

图7　相位器内外转子生锈

由于内、外转子为精密零件，若生锈、有杂质等会使内、外转子卡死或者动作迟滞，导致相位器不能动作或者动作缓慢不能达到目标相位，失去改变相位的作用。

以上从六个方面简述了VVT测试的潜在不合格原因。最主要的是理解测试曲线的含义，根据曲线上故障的位置分析最可能产生故障的因素。将几种因素分别排除就会找到产生故障的根本原因。

参考文献：

［1］陈家瑞.汽车构造［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］杨志红，廖兵.汽车电器［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［3］林学东.发动机原理［M］.北京：机械工业出版社，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

中图分类号：TK416.4

文献标识码：B

文章编号：1672-545X（2016）03-0114-03

收稿日期：2015-12-18

作者简介：李光耀（1987-），男，山东青岛人，本科，助理工程师，主要研究方向：发动机装配线的质量控制；曾参（1989-），男，山东青岛人，本科，助理工程师，主要研究方向：发动机装配线的质量控制。