任务13 VVTI工作页.docx
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任务13VVTI工作页
学习任务13智能可变气门正时系统（VVT-i）的检测与维修
学习目标
完成本学习任务后，你应当能
1.知道可变气门正时系统的发展与分类；
2.叙述VVT-i系统的功用、原理和组成；
3.绘制VVT-i系统检查的流程图；
4.正确检查凸轮轴正时机油控制阀（OCV阀）及其电路；
5.正确检查凸轮轴正时齿轮总成（带VVT-i）。
建议完成本学习任务为6课时
学习内容的结构
学习任务描述
一台电控发动机由于智能可变气门正时系统（VVT-i）故障导致发动机怠速不稳，动力不足，需对VVT-i各元件及其电路进行检查，确定故障部位，并维修或更换。
在现在的轿车发动机上，我们经常可以看见像VVT-i、VVTL-i、VTEC、i-VTEC、等技术标号。
这些标号的含义代表了汽车先进技术发展的一个里程碑——发动机可变配气技术。
在传统的发动机上，由于凸轮轴与曲轴之间的位置关系是固定不变的，因此它的气门正时（配气正时）也是固定的。
而事实上，进排气门的打开时间应该随发动机工况的变化而变化，这样可以提高发动机的功率输出、改善燃料消耗率、和减少废气排放。
可变配气技术应运而生。
一、学习准备
（一）可变配气技术的发展与分类
*1.平时我们经常接触到的可变配气技术有哪些？
它们对发动机产生怎样的影响?
小词典
可变配气技术：
发动机ECU根据发动机的转速、负荷来调节进气门和排气门的开闭时间和开度。
1.可变配气技术主要分为可变气门正时和可变气门升程两大类。
即前一种技术控制气门打开的时间，后一种技术控制气门的打开的开度（升程）.请指出下面这些技术分别属于哪一种？
车系
采用的系统名称
哪一种可变配气技术
丰田
VVT-i
VVTL-i
本田
VTEC
i-VTEC
2.使用可变配气技术有什么好处？
日产的2升NeoVVL发动机比没有配备VVT的相同结构的发动机，可以提供超过25％的动力输出。
而菲亚特Barchetta’s1.8VVT发动机，能在2000rpm～
6000rpm之间输出90％的扭力。
从这两个例子中，我们可以看出，采用可变配气技术的优点有（在正确的叙述前打“√”）：
□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。
□发动机的功率和扭力能兼顾高低转速的动力输出。
□发动机的转速能够设计得更高。
□改善燃料消耗率。
□减少废气排放。
（二）丰田VVT-i的基本组成与工作原理
*2.VVT-i由哪些部件构成？
不同的气门正时有什么作用?
VVT-i是如何对配气正时进行控制的？
丰田VVT-i是可变配气技术的代表系统之一，目前在我国生产的丰田皇冠、凯美瑞、花冠、威驰的车型上都用到了该技术。
它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。
图13-1丰田VVT-i的系统结构图
1.请根据图13-1，在有VVT-i的发动机上找到相应的元件。
小词典
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。
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。
2.VVT-i系统的作用。
1）根据图13-2，叙述影响配气正时控制的主要因素有哪些？
发动机ECU是如何进行气门正时控制的？
图13-2VVT-i的控制原理图
2）各种工况下，进、排气门应该在什么时刻打开，什么时刻关闭？
（1）低温，低负荷低速：
延迟进气门的打开时刻，提前排气门的关闭时刻，可减少气门重叠，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。
用红色彩笔将图13-3左边图中的气门重叠区域涂红，将右边的操作区域中发动机的工作区域涂红。
小词典
气门重叠：
在排气末尾，进气开始时，进气门和排气门同时打开，这种状况称之为气门重叠。
图13-3VVT-i的气门重叠
（1）
（2）中等负荷，或者高负荷中低速：
提前进气门的打开时刻，推迟排气门的关闭时刻，可增加气门重叠，以增加EGR率以及降低泵气损失，从而改善了排放控制和燃料消耗率。
此外，提前进气门的关闭时刻可减少进气被逆吹回进气管，改善了充气效率。
小提示
VVT-i的EGR效应：
VVT-i系统通过提前打开进气门，让部分废气流至进气管，在进气时，回流的废气与新鲜混合气一起进入气缸，这样就起到了废气再循环的作用。
用红色彩笔将图13-4左边的图中气门重叠区域涂红，将图13-5左边图中的排气门提前打开的区域涂成黄色，进气门延迟关闭的区域涂成蓝色。
将两图右边的操作区域中发动机的工作区域涂红。
图13-4VVT-i的气门重叠
（2）
图13-5VVT-i的气门重叠（3）
小词典
EGR率：
再循环废气的量占整个进气量的百分比。
EGR率越高，导入导进气管的废气就越多。
泵气损失：
发动机在进排气时消耗的功。
泵气损失越大，燃油经济性越差，发动机越耗油。
充气效率：
在进气时，实际进入气缸的空气-燃油混合气与理想进入气缸的混合气的比值。
相同排量的发动机，充气效率越高，输出功率越大。
燃油消耗率：
单位有效功的耗油量。
燃油消耗率越低，说明发动机越经济，越省油。
（3）高负荷高速：
提前排气门的打开时刻，可以减少泵气损失，延迟进气门的关闭时刻，可以提高充气效率，从而提高发动机的输出功率。
用彩笔将图13-6左边图中的排气门提前打开区域涂成红色，进气门延迟关闭时刻涂成黄色，将右边的操作区域中发动机的工作区域涂成红色。
图13-6VVT-i的气门重叠（4）
小提示
以上是双VVT-i的配气正时控制原理。
对于单VVT-i的发动机，只有进气门的开闭时刻受ECU控制，排气门的开闭时刻是固定不变的，其控制效果比双VVT-i的差。
3.VVT-i系统执行器的结构与作用
图13-7凸轮轴和油压控制阀结构图
1.VVT-i控制器（如图13-7a所示）
1）VVT-i控制器由正时链轮驱动的外壳和连接到进气凸轮轴的叶片组成；
2）来自进气凸轮轴提前或者延迟侧油道的油压，使VVT-i控制器的叶片沿圆周方向旋转，从而连续不断地改变进气门正时；
3）发动机停止时，进气凸轮轴将处于最延迟状态，以确保起动性能。
4）发动机起动后，液压力未施加到VVT-i控制器上时，锁销便会将VVT-i控制器锁止，以防止产生敲击噪声。
液压力施加到VVT-i控制器上时，锁销会被松开。
2.凸轮轴正时机油控制阀（OCV阀）（如图13-7b所示）
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。
图13-8带VVT-i凸轮轴结构图
3.如图13-8所示，当机油从油孔（A）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（在括号内填写零件对应得序号）。
小提示
除了叶片式的VVT控制器外，还有一种不常用的齿轮式VVT控制器。
4.VVT-i系统的工作原理
1）提前（如图13－9所示）
图13-9VVT-i提前侧油路
（1）通过来自发动机ECU的提前信号，将OCV阀定位在图示位置时，油压作用于气门正时____________侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的____________方向旋转，从而改变__________________。
（2）用彩笔将上图中的进油油路涂成红色，回油油路涂成蓝色。
2）延迟（如图13－10所示）
图13-10VVT-i延迟侧油路
（1）通过来自发动机ECU的提前信号，将OCV阀定位在图示位置时，油压作用于气门正时____________侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的____________方向旋转，从而改变__________________。
（2）用彩笔将上图中的进油油路涂成红色，回油油路涂成蓝色。
3）保持（如图13－11所示）
图13-11VVT-i保持油路
当达到气门正时以后，通过使OCV阀保持在中间位置，关闭油道保持油压，以保持气门正时，直至发动机工作状态改变。
在计划与实施的过程中，将学习OCV阀及其电路的检查，带VVT的凸轮轴正时齿轮总成的检查。
二、计划与实施
*3.记录车辆信息。
1.在下表中记录待修车辆的基本信息。
车辆型号（VIN码）
发动机型号
客户投诉
2.重复故障症状，观察发动机是否有以下的故障现象。
□发动机冷起动困难。
□发动机怠速不稳。
□在高负荷条件下，发动机动力不足。
小提示
在修理厂，维修技师一般是通过驾驶车辆路试来实现高负荷条件。
3.利用前面所学的知识，在什么样的气门正时的情况下，发动机怠速不稳，冷起动困难？
在什么样的情况下，高负荷时发动机动力不足？
*4.识读与分析VVT-i电路图（以丰田花冠1NZ-FE发动机为例）。
1.按照图13-12，在实验车（发动机台架）上找到相应的元件、线束、线束连接器。
图13-12电路图
2.电路说明：
发动机ECU根据曲轴位置（CKP）传感器和凸轮轴位置（CMP）传感器的输入信号来控制机油控制阀（OCV），由OCV阀控制供给到VVT控制器的机油压力，从而改变凸轮轴和曲轴之间的相对位置。
3.画出OCV阀连接器的示意图，并在图上标出各个端子的编号。
画出相关部分发动机ECU连接器的示意图，并在图上标出OCV+和OCV-的位置。
*5.每小组按照下表制定好检查与维修VVT-i系统所需的资料、工具。
资料与工具的名称
数量
主要用到哪些常用拆装工具？
*6.检查与排除丰田VVT-i系统故障。
1.VVT-i系统不能正常工作，故障可能发生的部位有：
1）气门正时不正确；
2）凸轮轴正时机油控制阀（OCV阀）损坏；
3）凸轮轴正时机油控制阀（OCV阀）的线路有断路、短路；
4）VVT控制器总成损坏；
5）发动机机油中有异物，或者OCV阀滤清器堵塞；
6）发动机ECU有故障；
小提示
发动机是通过凸轮轴位置传感器（或MRE传感器）的信号来反馈VVT-i系统是否按发动机发出的指令进行工作，从而确定发动机ECU下一步应该怎么控制。
因此，当凸轮轴位置传感器有故障时，VVT-i系统将失效。
2.小组讨论,绘制一个VVT-i故障检查流程图。
不正常
正常
3.检查气门正时（请参阅维修手册，或者参阅《发动机机械维修工作页》）。
气门正时标记是否对准？
（在后面的空格中打“√”或者打“×”）
气门正时标记对准，正常。
气门正时标记未对准，不正常。
4.检查凸轮轴正时机油控制阀（OCV阀）及其电路。
1）OCV阀的动作测试。
（1）发动机暖机。
□任务完成
（2）用手持式汽车诊断电脑运行OCV阀（如果没有该设备，也可通过断开OCV阀连接器和直接供给OCV阀蓄电池电压的方法来实现对OCV阀的控制），检查发动机转速。
□任务完成
OCV阀的动作
检查结果
标准值
是否正常
OCV关
OCV开
2）检查ECU输出信号。
用示波器检测发动机ECU控制OCV阀的信号波形。
（1）在发动机ECU的端子OCV+和OCV－（图13-13所示）之间连接示波器。
□任务完成
（2）点火开关扭至ON位置，不起动发动机时检查波形。
□任务完成
图13-13发动机侧端子
（3）将示波器检测到的波形画在下面的图表中。
图13-14OCV波形图
（4）与标准波形对比（图13-14所示，其中纵坐标为电压，每格5V，横坐标为时间，每格1ms），判断所测波形是否正常。
如果不正常，可能是哪个部件出了故障？
（5）当发动机转速增加时，图13-14中的高电压的宽度（A）是变长还是变短？
为什么？
3）检查发动机ECU与OCV之间的线束及连接器。
图13-15发动机侧端子图
（1）断开OCV阀连接器。
轻拉线束，检查：
□端子丢失□端子卷边松动□线芯破损
目视检查：
□端子锈蚀□端子弯曲变形□端子有水□有金属碎片
（2）断开发动机ECU连接器。
轻拉线束，检查：
□端子丢失□端子卷边松动□线芯破损
目视检查：
□端子锈蚀□端子弯曲变形□端子有水□有金属碎片
（3）检查发动机ECU连接器端子与OCV阀连接器端子之间的导通性,以及与接地端子（E2）之间是否短路（如图13-15所示）。
测量项目
测量值
标准值
是否断路、短路
ECU端子OCV+与OCV阀端子1是否断路
ECU端子OCV-与OCV阀端子2是否断路
ECU端子OCV+与ECU接地端子E2是否短路
ECU端子OCV-与ECU接地端子E2是否短路
4）检查OCV阀总成。
（1）用欧姆表测量OCV阀端子间的电阻。
测量值
标准值
是否正常
（2）从发动机上拆下OCV阀，将蓄电池正极（+）与端子1连接，负极（-）与端子2连接，观察OCV阀的动作情况。
操作方法
阀的工作情况
是否正常
接通蓄电池电压
□打开□没有动作
断开蓄电池电压
□关闭□没有动作
5.检查凸轮轴正时齿轮（VVT-i控制器）总成。
1）拆下凸轮轴，检查凸轮轴正时齿轮在不工作状态下是否锁紧（用手转动凸轮轴正时齿轮）。
□不能转动，正常□能转动，不正常
小提示
凸轮轴正时齿轮（带VVT-i），当发动机停止时，锁销将通过弹簧力锁住叶片和外壳。
发动机起动时，油压将被施加到锁销并将其释放。
图13-16带VVT-i凸轮轴解锁
2）检查凸轮轴正时齿轮（VVT-i控制器）的工作情况。
（1）将150kpa的气压同时施加在提前侧
（2）和延迟侧
（1）（如图13-16a所示）。
□任务完成
小提示
用碎布包住油路，以免在施加气压时机油溅出。
（2）逐步减小延迟侧的气压（如图13-16b所示），观察凸轮轴正时齿轮总成是否转动？
它的转动方向如何？
是否正常？
（3）当凸轮轴正时齿轮达到最提前的位置时，断开正时延迟侧空气压力，然后再断开正时提前侧空气压力。
□任务完成
小提示
如果提前油路的空气压力在延迟油路之前降低，正时齿轮便会突然从提前侧向延迟侧转动，这样会导致锁销损坏。
（4）用手转动凸轮轴正时齿轮。
正时齿轮未转到最大延迟位置时，转动是否平滑？
是否正常？
（5）将正时齿轮转到最大延迟位置，确保其锁定。
6.检查油压控制阀滤清器是否堵塞。
1）油压控制阀滤清器安装在什么位置？
2）拆卸油压控制阀滤清器需要先拆卸哪些部件？
小提示
当机油中有异物时，可能在短时间内造成VVT系统不能正常工作。
运转一段时间后，机油滤清器将异物过滤后，VVT系统将恢复正常。
三、评价反馈
（一）自我评价
1.你按照自己制订的工具准备清单以及绘制的VVT-i系统检查流程图能否完成VVT-i系统的故障检查？
修改并完善你的工具清单和VVT-i系统检查流程图。
维修案例：
一辆05款皇冠，行驶里程为14300公里，进厂报修故障灯亮，发动机怠速抖动，但加速时动力尚可。
通过丰田专用检测电脑检查，发现是排气侧凸轮延迟过多。
先检查OCV电磁阀及其线路。
在拆下电磁阀检查时，发现有较多的黄色胶粘物附在阀体上。
询问车主得知，此车在3200公里做首保时，更换了机油并添加了一种抗磨剂。
当时店主告诉车主，这种抗磨剂是高效产品，可使用10000公里不用换机油。
得知这一情况后，马上清洗电磁阀，更换机油。
再次起动后，故障已排除。
究其原因是：
不良抗磨剂导致阀体发卡，滑动不灵，导致排气凸轮轴延迟过多而引起怠速抖动。
2.这个维修案例给了你什么样的启发？
3.工作页填写情况。
评价情况：
4.工作着装是否规范？
评价情况：
5.能否主动参与工作现场的清洁和整理工作？
评价情况：
6.升降汽车举升器或起动发动机时，有无进行安全检查并警示其他同学。
评价情况：
7.完成本学习任务后，是否弄懂了VVT-i的作用、工作原理？
评价情况：
8.在进行本学习任务时，是否认真阅读过所有的小提示？
评价情况：
9.在进行VVT-i控制器的检查过程中，通过几次尝试后，才能使锁销解锁，按照工作页提供的检查流程完成检查？
10.你在智能可变配气正时系统（VVT-i）的检查与维修过程中遇到的困难是什么？
你是怎样解决的？
11.你对这个学习任务的学习是否满意？
你有没有给其他同学解释VVT-Ii的工作原理？
评价情况：
哪些方面还有待进一步改善？
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
签名：
年月日
（二）小组评价（至少从下表中选择10项进行评价）
序号
评价项目
评价情况
1
与其他同学口头交流学习内容是否顺畅
2
是否尊重他人
3
学习态度是否积极主动
4
是否服从教师的教学安排
5
着装是否符合标准
6
能否正确的领会他人提出的学习问题
7
能否按照安全和规范的规程操作
8
能否辨别工作环境中哪些是危险的因素
9
是否合理规范使用工具和仪器
10
是否能保持学习环境的干净整洁
11
是否遵守学习场所的规章制度
12
是否有工作岗位的责任心
13
是否达到全勤
14
学习是否积极主动
15
是否能正确对待肯定和否定的意见
16
团队学习中主动与合作的情况如何
参与评价的同学签名：
年月日
（三）教师评价
教师总体评价：
教师签名：
年月日
升级会员 