文档文库

手机版

投诉建议

首页 > 三菱正时电子控制系统的原理和检修

三菱正时电子控制系统的原理和检修

发布时间：2012-05-27 00:34:33 来源：文档文库

小中大

字号：

手机查看

三菱正时电子控制系统的原理和检修

杭州职业技术学院汽检0812

[摘要]三菱新型气门正时电子控制系统MIVEC能够通过不断调整进气凸轮轴以及曲轴的相位来优化气门正时，以确保发动机在各种运行条件下获得最佳的配气相位。可将配气相位按照发动机不同工况进行连续可变，使得发动机的经济性和动力性兼顾。本文主要分析MIVEC 工作原理、工作过程及故障检修和排除的方法。

[关键词]三菱新型气门正时电子控制系统；机构原理；故障检修

现代汽车广泛采用电子控制技术，其电气设备、系统结构日趋复杂和精密。对汽车各系统和用电设备的控制基本实现了功能组合化、控制电子化和连接标准化，使汽车的性能更加完善。同时对汽车的故障诊断与维修有了更高层次的要求。本文主要以哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司生产的4G15M-2L DOHC（双顶置凸轮轴）、MIVEC 型发动机进行说明，MIVEC 机构是通过ECU 发出精确指令控制进气凸轮轴相位：发动机的ECU 在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，并通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，以确保发动机在各种运行条件下获得最佳的配气相位，从而能有效地提高汽车的功率与性能，减少耗油量和废气排放。

1 MIVEC 发动机系统简介

1.1 发动机总成外观

哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司生产的4G15M-2LDOHC MIVEC 型发动机总成，其外观如图1所示。

图14G15M-2L DOHC MIVEC 型发动机外观图

1.2 基本结构

MIVEC 主要由电子控制部分、油路控制部分和机械执行部分等三部分组成。电子控制部分主要由曲轴位置（CKP，Crankshaft Position）传感器、凸轮轴位置（CMP，CamshaftPosition）传感器以及发动机控制模块ECU 构成，曲轴位置传感器用于计算发动机的转速，发动机控制模块用于收集传感器信息，并根据发动机的转速向执行器发出指令，机械执行部分主要由油压控制阀（OCV，Oil Control Valve）和可变气门正时执行器(VVT——Variable Valve Timing)组成。如图2 所示。

图2 MIVEC 基本结构

1.2.1 VVT 链轮组件装置

可变气门正时执行器（VVT 链轮组件）装置：通过改变OCV 阀的油压，不断调节进气凸轮轴相位以及进气凸轮轴前端的曲轴相位；VVT 链轮组件装置（图3）由以下部件构成：与凸轮轴链轮一体的外壳、端盖、凸轮轴转子以及止动销。转子上有一个薄片封口用来密封气门正时提前油腔与滞后油腔。可变气门正时执行器端盖与转子上刻有开槽，在检查可变气门正时执行器时，作为对正标记使用。由气门正时调节油压控制阀控制的液压用于移动VVT 链轮中的叶片转子，以优化控制气门正时。当发动机停止时，止动销用来定位转子与外壳（套管）。

图3 VVT 链轮组件装置机构

1.2.2油压控制阀（OCV）

油压控制阀（OCV）：由ECU 输出的电流（占空比信号），将油压传送到可变气门正时执行器的提前油腔或滞后油腔，其包括一个用来转换机油通道的滑阀、一个用来移动滑阀的线圈、一个柱塞以及一个回位弹簧。机油压控制阀的工作原理：其工作原理是：发动机通过两根三角带驱动气泵曲轴，从而驱动活塞进行打气，打出的气体通过管线导入储气筒。另一方面储气筒又通过一根气管线将储气筒内的气体导入固定在气泵上的调压阀内，从而控制储气筒内的气压。当储气简内的气压未达到调压阀调定的压力时，从储气筒内进入调压阀的气体不能项开调压阀阀门；当储气筒内的气压达到调压阀调定的压力时，从储气筒内进入调压阀的气体顶开调压阀阀门，进入气泵内与调压阀相通的气道，并通过气道控制气泵的进气口常开，从而使气泵空负荷运转，达到减少动力损耗，保护气泵的目的。当储气筒内的气压因损耗而低于调压阀调定的压力时，调压阀内的阀门由回位弹簧将其回位，断开气泵的控制气路，气泵又重新开始打气。气泵的冷却方式是利用发动机的冷却液对其进行冷却。发动机的冷却液由水道经水管线进入气泵，在气泵内循环后又由水管线回到发动机的冷却系统进行散热。气泵的润滑方式是利用发动机的机油进行润滑。发动机的机油经油道通过油管线进入气泵曲轴内的油道，以润滑轴瓦和连杆瓦，之后回到气泵的曲轴箱内，曲轴又将曲轴箱内的机油通过飞溅润滑的方式对缸套及活塞进行润滑。最后气泵曲轴箱内的机油通过管线又流回到发动机的油底壳内进行冷却。

1.2.3其它元器件

（1）曲轴位置传感器（CKP）：曲轴位置传感器即曲轴位置和转角传感器,它是电喷发动机的重要传感器之一,主要用于检测发动机曲轴转角和活塞上止点位置,以便于发动机控制装置发出点火及喷油指令,提供最佳的点火时刻及最合理的燃油供给,从而提高车辆的经济性及排放的环保性，发送发动机转速信号给ECU。曲轴位置传感器（CKP）的工作原理：曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器，是计算机控制的点火系统中最重要的传感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号，并将其输入计算机，从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。三菱的曲轴位置传感器是电磁脉冲式曲轴位置传感器，曲轴位置传感器曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮侧面，有的安装于凸轮轴前端。

（2）凸轮轴位置传感器（CMP）:凸轮轴位置传感器(Camshaft Position Sensor，CPS)又称为气缸识别传感器(Cylinder Identification Sensor，CIS)，为了区别于曲轴位置传感器(CPS)，凸轮轴位置传感器一般都用CIS表示。凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号，并输入ECU，以便ECU识别气缸1压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。此外，凸轮轴位置信号还用于发动机起动时识别出第一次点火时刻。因为凸轮轴位置传感器能够识别哪一个气缸活塞即将到达上止点，所以称为气缸识别传感器。发送气缸识别信号给ECU。

（3）发动机控制模块（ECU）：发动机控制模块(ECU)是一个以单片机为核心的微处理器，由硬件电路板和控制软件两部分组成。它的功能是处理来自各个传感器的信号，判断发动机的工作状况，并向执行机构发出最佳的喷油和点火等参数的控制信号。从而使发动机一直处于最佳的工作状态。ECU的安装要求防尘、防水、散热好。ECU电路板上有两个相应的ECU插头，使用中线束的ECU插头插入ECU插座时应注意方向和颜色。线束插头的锁紧片应对准ECU插座的锁紧凸起。插头如果装反，则将烧坏贵重的电子控制模块控制OCV 阀，按照发动机运行条件优化气门正时。

（4）油泵:机油泵的作用是把机油送到发动机各摩擦部位，使机油在润滑路中循环，以保证发动机得到良好的润滑。机油泵多为齿轮泵，它由齿轮泵体等组成。当发动机工作时，凸轮轴带动泵体的主动齿轮转动。齿轮甩动机油沿泵体内壁从进油口流至出油口，形成低压，产生吸力，机油箱内的机油即被吸入进油口。而出油口处的机油越积越多，因而压力增高，机油便被压到各摩擦部分，实现强制润滑。

2MIVEC 的应用

2.1 基本工作原理

三菱菱悦装备MIVEC 可变气门正时系统的发动机与普通发动机一样采用每缸四气门，两进两排的设计，但不同的是它可以控制每缸两个进气门的开闭时刻（正时）。发动机正常工作，在做功冲程结束，活塞处于下止点时排气门开始打开，发动机进入排气冲程，直到活塞到达上止点，排气门关闭，进气门打开，发动机进入吸气冲程。当活塞正好运行一周重新回到下止点时，进气门关闭，发动机进入压缩冲程。这就是一套完整发动机运作过程。从中不难理解气门正时就是配合活塞位置使气门开或关的时间。在不同的发动机工作状况下，可变气门正时机构会进行不同的调整，调整原理如下：

（1）在怠速范围或轻载荷范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后。由于气门重叠量的减少，更少的燃烧气体回流到进气道。这使得怠速得到稳定，提高了燃油经济性，同时确保了在轻载荷下发动机的稳定性。

（2）在中度载荷范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大提前，气门重叠量增加，以获得更好的EGR 效果，减少了排出气体中NOx的含量，并降低了发动机泵送损失和燃烧温度。由于未燃烧气体的再燃烧，使得碳化氢的排放量也得到降低。

（3）在重载荷、中低速范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大提前，进气门关闭时刻较早，以获取大功率用以提高中低速转矩。

（4）在重载荷、高速范围，可变气门正时机构会使进气凸轮相位加大滞后，进气门关闭时刻滞后，以获得大功率用以提高最大输出功率。

（5）当温度低时，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后，气门重叠量被调至最小，用以防止燃烧气体回流到进气道，并且可降低低温时的额外喷油量。此方式可提高燃油经济性，并且使得快怠速得到稳定。

（6）当发动机起动或停止时，可变气门正时机构会使进气凸轮相位处于最大滞后，气门重叠量被调至最小，从而防止燃烧气体回流到进气道，并使发动机稳定性得以提高。它可以根据各传感器传来的发动机工况信号来适时调整最合理的配气正时，总而言之MIVEC 可以令发动机时刻处在最佳燃烧状态。

2.2 基本工作情况

MIVEC 可变气门正时系统是通过机油控制阀（OCV）控制可变气门正时执行器的提前腔与滞后腔油压，来不断地调节气门正时，从而使发动机运转性能保持最佳。油压控制阀（OCV）由 ECU 根据发动机的运行条件来控制工作。可变气门正时执行器有两个液压腔：气门正时提前腔及气门正时滞后腔。这两个液压腔位于可变气门正时执行器外壳凸轮轴转子之间，油泵为两腔提供机油。油是通过发动机进气道侧凸轮轴上（凸轮轴前端）的一个油道到达可变气门正时执行器的。由机油控制阀控制两腔的液压压力大小，按照发动机不同的运行条件来调整凸轮轴链轮以及凸轮轴的相应相位，以获得最优配气相位。在发动机处于停转状态时，可变气门正时执行器的转子由于弹簧力处于最大配气滞后位置，此时，止动销与转子啮合，凸轮轴链轮与凸轮轴联成个整体。在发动机起动后，当油泵压力升高到额定值可变气门正时机时，油压推动止动销与转子脱离，此时便可对凸轮轴链轮与凸轮轴的相对角度进行调节。

2.2.1进气相位提前

当机油控制阀（OCV）的滑阀按照ECU 提供的占空比信号所决定的电磁力的大小移动到左侧时，油泵液压注入到气门正时提前通道，并最终到达可变气门正时执行器的气门正时提前腔。然后，转子与凸轮轴相对于壳一起向气门正时提前方向旋转，由此，气门正时被提前。提前控制信号越大，油压控制阀（OCV）的滑阀往左侧移动量也越大，可变气门正时执行器的气门正时提前腔的油压也越高，气门正时提前角也越大。如图4所示。

图4 进气相位提前

2.2.2进气相位延后

压控制阀（OCV）的滑阀按照按照ECU 提供的占空比信号移动到右侧时，油泵液压注入到气门正时滞后通道，并最终到达可变气门正时执行器的气门正时滞后腔。然后，转子与凸轮轴相对于壳一起向气门正时滞后方向旋转，由此，气门正时被延后。延后控制信号越小，油压控制阀（OCV）的滑阀往右侧移动量也越大，可变气门正时执行器的气门正时滞后腔的油压也越高，气门正时滞后角也越大，如图5所示。

图5 进气相位延后

2.2.3进气相位保持

油压控制阀（OCV）的滑阀位于气门正时提前与滞后的中间位置。由此，液压同时被保持在可变气门正时执行器的提前腔与滞后腔内。同时，转子与外壳的相应角度被固定并保持，从而形成了进气相位保持中间位置。如图6所示。

图 6 进气相位保持

3 MIVEC 故障检修

3.1 故障分析

MIVEC 故障原因应从自诊断系统查找故障代码或者故障征兆进行判断分析。MIVEC 的电子控制部分主要发动机控制模块ECU 控制，因此，当MIVEC 出现故障时就会出现机油控制阀故障，运用三菱提供的专用检测仪器MUT-III 就可以轻松查出故障代码。当出现低速时动力不足或者高速时动力上不去，MIVEC 便是我们可疑的故障系统

(1) 故障码P000A：进气VVT 运行不合理故障

当VVT 的实际位置同目标位置偏差大于30°报该故障。东南汽车的VVT 运行角度范32°～-3°能开动的最大角度为35°，东南的VVT 锁死位置为32°。

故障原因：VVT 被卡死在某个开度较大的位置；VVT 卡死在锁死位置附近，如32°附近；VVT 运行特别缓慢，导致目标位置同实际位置偏差太大，如图7所示：

图7故障码P000A诊断流程

（2）故障码P0010：进气VVT 电路开路故障

ECU 持续监视OCV 电压若发现OCV的控制电压（根据OCV 计算）低于或者高于上限电压（根据电源正极电压计算），则ECU 判断OCV 电路出现故障，故障灯亮，并在ECU中存储故障码P0010。

故障原因：OCV 电路故障；OCV 端子和主继电器之间出现电路断路；OCV 端子和 ECU 端子之间的线路发生搭铁或与电源短路或出现断路；在 OCV 插头或者是 ECU 插头出现连接不良；ECU 故障，如图8所示：

图8故障码P0010 诊断流程

(2) 故障码P0012：进气VVT 锁死位置不合理故障

VVT 卡死在某个位置，回不到锁死位置,表现为动力不足或发动机运行异常。

故障原因:OCV 故障；VVT 被卡死在某个开度较大的位置；VVT卡死回不到锁死位置。诊断流程：同P000A诊断流程。

（4）故障码P0016：曲轴与凸轮轴相对位置故障

凸轮轴同曲轴安装相对位置偏差太大或者发生了皮带跳齿。

故障原因：OCV 故障；机油压力过低；凸轮轴与曲轴的实际安装相对位置同理论安装位置偏差太大；凸轮轴与曲轴的连动皮带发生了跳齿；VVT 卡死在某个位置上，无法回锁死位置，如图9所示：

图9故障码P0016 诊断流程

3.2 MIVEC 元件检修

（1）机油控制阀（OCV）供给电压检查，点火开关打至ON 位置拆开OCV 插头，测量OCV端子与接之间的电压，标准值为12V，若测得与电压不符，说明电路有问题。

（2）机油控制阀（OCV）线圈电阻检查，断开蓄电池负极线，拆开机油控制阀（OCV）插头，用欧姆表测量其连接器端子两PIN 处的电阻应为6.9～7.2Ω（20℃），若电阻值超出标准，则更换油压控制阀。

（3）机油控制阀（OCV）工作状况检查，拆开机油控制阀（OCV）插头，将OCV 阀连接器端子两PIN 接上蓄电池电压，看是否可以听到作动的声音，如果有作动声音，说明OCV 工作良好，如果没有作动声音，说明OCV 阀卡死或者线圈断路，为避免OCV 在试验中烧坏，通电时间要尽可能短。

3.3 案例

故障现象：菱的格兰轿车发动机故障指示灯亮

一辆2009款三菱的格兰2.0L轿车，行驶里程为700kmo驾驶员称这辆车刚刚买到手，大约行驶到300km的时候发动机故障指示灯就亮了，来过两次维修站都没有解决好，只把故障码给清除了，但故障并未真正解决。

当业务人员将此车的情况反映过来的时候，我们就找到了维修过此车的技术人员了解情况，他们就此车的原始维修过程做了如下描述"这辆车报修时称发动机故障指示灯亮，用三菱专用诊断仪调取故障码为：57-3凸轮轴位置(CMP)传感器性能良。

根据这种情况，查找了维修手册，维修手册指出故障码57有三种含义，分别是凸轮轴位置传感器A无信号；检测到凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器相位正确；凸轮轴位置传感器A间歇式中断等原因。至于是其中的哪一个故障还能确定，按照维修手册检修流程，我们分别对凸轮轴位置传感器A及线束插头等做了检查，并没有发现异常，也更换了凸轮轴位置传感器，告诉客户试验几天再说。

通过对上次诊断情况的了解，该故障属于间歇性故障。可想而知，其诊断必须有理有据，而能盲目的凭想象去做事，况且维修人员调取的故障码是两位数，而是标准的OBDll规定的统一含义的故障代码，2009款三菱的格兰车执行了SAE提出的OBDll标准，因此，有必要对故障进行再一次复检。

首先用PGM诊断仪重新调取故障码，显示为：57-3凸轮轴位置传感器性能良。和上述维修人员调取的故障码一样，而在维修手册中查找故障原因时，发现维修手册指示得是很明确，因为它包括三种故障原因。维修人员在看到上述原因后，开始围绕凸轮轴位置传感器查找故障原因，但是在维修手册中的故障码全部是以SAE的标准使用的，在这个大前提下涵盖了三菱的故障码，所以必须将现在看到的故障码转换到SAE标准。具体操作是：在系统菜单中选择设置菜单，从设置菜单中选择故障码类型菜单，再从故障码类型菜单中选择SAE标准，这样PGM系统内部就自动将故障码类型进行了转换。再次重新调取故障码，显示为P0341，含义为检测到凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器相位正确。

根据该故障码指示的内容再次查找维修手册，从中发现该故障产生的主要原因是VTC(可变气门正时连续调整装置)执行部件中的某一环节出现了故障，造成VTC工作失效，产生上述故障码。为了能够解决此车故障，立即决定用替换的方法将此车的VTC机油控制电磁阀更换，而且该部件比较容易更换，它的主要功能是打开或切断向VTC执行器输送机油，从而达到改变进气凸轮轴位置的目的。更换之后以30-60km/h的时速路试，大约行驶了4km左右，故障指示灯又被点亮了，而且仍然是同一故障码，可见，该故障仍然没有解决。

如果执行部件中控制输油的电磁阀没有故障，那么凸轮轴的正时链及凸轮轴和VTC执行器的可能性就比较大了。由于拆卸这些部件较麻烦，因此，在反复确定其他外围部件正常之后，决定拆下正时盖，检查上述部件。

大约拆卸了2h左右，将进气凸轮轴与其连接的VTC执行器分开后，故障原因便一目了然，凸轮轴和执行器的配合表面出现了较严重的"咬伤"。这样必然会导致泄油，从而使VTC执行器能正常工作，也就点亮了发动机的故障指示灯。重新更换了凸轮轴和相配合的执行器后，再次以30-60kmlh的时速路试，故障一直没有出现，用PGM诊断仪在数据菜单中显示VTC状态为通过，故障彻底解决。

VTC(可变气门正时连续调整装置)系统主要是由VTC执行器、VTC机油压力阀、各种传感器以及ECM/PCM构成。为了能够提供最合适的气门正时，ECM/PCM对VTC机油压力电磁阀进行负荷控制，向VTC执行器内的点火提前角油压室或点火延迟角油压室供给油压，VTC执行器根据油压来改变进气凸轮轴的相位，使进气门正时连续变化，发动机停止时，通过锁销固定在点火延迟角最慢的位置，以备下次起动，冷机或者怠速的时候也是停在最慢的位置，以保证良好的运转性能。

从以上故障的判断与检修经过可以看出，要快速准确地判断故障点，找出导致故障可能出现的原因及部件，一定要对该系统的工作原理及构造要有充足的了解，对各个部件的特性和作用要清楚，通过运用检测设备及维修资料对各部件测量和检查，就比较容易而且很快的把故障排除。

4 结束语

三菱新型气门正时电子控制系统(MIVEC)发生故障（即无法按照发动机实际工况实时调整最近配气相位）的检修，我们必须先抓住故障征兆的特点进行分析给出初步判断，并在此基础上使用专业检测设备和对应诊断流程来加以确认，再对疑似故障点根据实际确认情况进行更换或者检修，通过故障征兆缜密分析与故障排除。容易导致MIVEC 出现故障的零件主要是OCV 阀、相位传感器、ECU、相位轮及安装角度，在上述部件调整或者更换仍无法消除故障情况下，则可能是线束开路或短路，必要时更换线束再做检测。上述不是MIVEC 遇到的所有问题，更不是一个包治百病的实例。它都是人在不断调查、处理过程中积累经验而来。