浅谈丰田VVT-i系统故障诊断与修理

    在汽车维修的过程中，我们经常会因为对工作原理没有理解透彻或者对操作的标准掌握不熟练而走很多弯路。本文对丰田汽车VVT-i系统的维修案例中，因为对操作标准不熟悉而走了很多弯路，经过维修后的反思，笔者在丰田VVT-i系统的维修经验基础上，总结了丰田VVT-i系统维修方法并制定了一套操作标准。

    一、VVT-i系统的构造和工作原理
    （一）VVT-i系统的构造
    VVT-i系统主要由VVT-i控制器和VVT-i执行器组成。VVT-i控制器部分由可通过调整进气凸轮轴转角气门正时的VVT-i控制器和1个控制油压和机油流向的凸轮轴正时机油控制阀组成。VVT-i执行器由1个由正时链条驱动的外壳和固定在凸轮轴上的叶片组成。
    （二）VVT-i执行器结构和工作原理
      1. V VT-i执行器结构
      如图1所示，VVT-i执行器由1个由正时链条驱动的外壳和固定在凸轮轴上叶片组成，组成部件有控制器外壳、叶轮、锁销、叶轮回位弹簧、端盖及螺栓等。叶轮与凸轮轴是固定的，即为“硬连接”，而控制器外壳与叶轮之间不是硬连接，它们之间可以有相对运动。

    2.VVT-i执行器工作原理
    来自进气凸轮轴提前或者延迟侧通道转送的油压使得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。当发动机停止时，进气凸轮轴被调整（移动）到最大延迟状态以维持启动性能；当发动机启动后，油压并未立即传到VVT-i控制器时，锁销便锁定VVT-i执行器的作动机械部件以防撞击产生噪声。
    （三）凸轮轴正时机油控制阀的结构和工作原理
    1．凸轮轴正时机油控制阀的结构（如图2所示）

    凸轮轴正时机油控制阀由用来转换机油通道的滑阀、用来控制移动滑阀的线圈、柱塞及回位弹簧组成。其作用是顺应于发动机ECU的占空比控制而控制滑阀位置和分配用于VVT-i控制器流到提前侧或延迟侧的油压。发动机停止时，进气门正时是在最大延迟角度上。
    2．凸轮轴正时机油控制阀的工作原理（如图3～图5）

    发动机ECU根据发动机转速、进气量、节气门位置和冷却液温度来计算出各种运行条件下的最佳气门正时，以便控制凸轮轴正时机油控制阀。有一定压力的发动机润滑油根据发动机ECU输出的电流量，来选择流向VVT-i控制器的通道，VVT-i控制器就是利用这个油压使进气凸轮轴旋转到提前、延迟或保持位置。发动机ECU采用凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器传出的信号计算实际气门正时，并进行反馈控制以达到目标气门正时。
    提前：如图3所示，凸轮轴正时机油控制阀中滑阀所处的位置，油压作用于气门正时提前侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的提前方向旋转。
    延迟：如图4所示，凸轮轴正时机油控制阀中滑阀所处的位置，油压作用于气门正时延迟侧的叶片室，使进气凸轮轴向气门正时的延迟方向旋转。
    保持：如图5所示，是保持气门正时的状态，发动机ECU根据具体的运行参数进行处理，并计算出目标气门正时角度，当达到目标气门正时以后，凸轮轴正时机油控阀通过关闭油道来保持油压。

    二、VVT -1故障维修案例
    1辆1998款的丰田大霸王汽车，因为发动机故障灯亮进厂维修。该车的行驶里程已经达到了18万km，车型为ACR50，采用的是2AZ发动机。

    （一）故障现象
      发动机故障灯亮。
      （二）故障诊断过程
      1．用电脑读取故障代码，检测故障代码为P0335—曲轴位置传感器故障。
      记录好故障代码后删除故障代码，当时故障灯熄灭，检查蓄电池电压及充电量正常，可以正常着车；着车后从数据流中看到发动机转速为700r/min左右，跟仪表指示转速一致；开出去路试时故障灯又重新点亮，代码还是P0335，证明不是偶发性故障。
    分析曲轴位置传感器的工作原理：由安装在曲轴上的信号盘（共36个齿，其中有2个是缺齿用于判缸）及安装在正时盖上的祸合元件组成。曲轴每转1圈产生34个信号，ECU根据这些信号计算出曲轴位置和发动转速，用于控制燃油喷射时间和点火正时。从它的工作原理中可以分析出产生P0335代码的原因：（1）启动时无信号发送到发动机ECU； （2）发动机转速为600r/min或更高时无信号发送到发动机ECU； （3）蓄电池电压过低。故障涉及到的部位有：曲轴位置传感器及其线路、曲轴位置信号盘、发动机ECU、蓄电池。
    2．按维修手册的步骤检查P0335
    1）图6所示为部分发动机控制电路图，检查曲轴位置传感器的电阻值为1350Ω左右，正常。

    2）检查曲轴位置传感器插头D54-1，2端子到发动机ECU D2 -122、121端子的电阻值为0.7Ω，正常；跟车身搭铁电阻值为∞，正常。
    3）检查传感器的安装正确。由于有正确的转速数据，推断出信号盘应该没问题。
    引按维修手册上的指引，问题点可能只有ECU了。但按照维修经验ECU出现故障的可能性比较低，因为丰田的ECU元件是经过严格桃选和反复测试的，故障率非常低。从故障现象分析，故障是在行驶过程中才出现，且能正常着车，着车后空加速正常，无故障代码，问题应该是其它相关部件引起的，在以前的维修中也遇到过。
    3．发动机ECU的控制原理
    发动机ECU在工作时不断地接收各传感器的信号，这些信号同时发送给ECU里面的控制组单元和监控组单元。控制组单元用这些信号控制发动机正常工作。同时监控组单元监控这些信号与ECU内部存储的数据对比，如果与内部存储的数据差别超过一定门限时，就输出相应的故障码。但是有时可能是因为ECU内部的数据不够完善或处在门限极限时，故障码不一定会指向故障点。这时我们要根据工作原理和平时的工作经验去合理分析故障产生的真正原因。与故障产生相关的机构有：发动机正时系统、VVT-i系统、凸轮轴位置传感器及其线路。
    1）根据解决问题时由易到难的原则先检查凸轮轴位置传感器及其线路。检查凸轮轴位置传感器电阻1690Ω，标准值：1630～2740Ω，正常；检查凸轮轴位置传感器插头D55-1、D55-2与发动机ECU插头D2-99、D2-98之间的电阻为0.3Ω，正常；与车身搭铁电阻110kΩ，正常；用示波器检查波形，波形与图7一致，正常。

    2）测试VVT-i工作情况：用IT2（丰田专用检测议）动作测试功能打开VVT-i进气控制阀（在怠速时使用IT2控制发动机ECU打开VVT-i执行器）。打到最大时发动机转速都没有任何变化，正常情况下VVT-i起作用时发动机转速应该会降低且抖动，有些车可能会熄火。同时观察数据流中的凸轮轴转角数值也没有改变（正常应该在0～600之间变化）。故障车没有一点反应，应该是VVT-i系统有故障，在征得客户同意的情况下对VVT-i系统进行检查。
    4．检查VVT-i系统
    VVT-i系统故障的原因有：气门正时故障、正时机油控制阀（OCV阀）及其线路故障、正时控制阀油道或滤网堵塞。
    检查正时机油控制阀及其线路：拆下正时机油控制阀测量其电阻为7.2Ω，标准为6.9～7.9Ω，施加蓄电池电压在控制阀上，可以正常动作，可以判断机油控制阀正常；检查控制阀到发动机ECU之间电路（如图6所示）D53 -1、2端子到发动机ECUD2-100、123端子的2条线电阻值0.3Ω，与搭铁 119kΩ，正常。
    检查控制阀油道：拆下机油滤清器向主油道吹压缩空气，气体可以正常到达控制阀处，说明油道没有堵塞。
    5．初步确定故障原因
    1）初步确定故障原因应该出在VVT-i执行器这部分了。拆下气门盖发现积碳极为严重，进气凸轮轴已经损坏。
    2）更换VVT-i执行器及进气凸轮轴。
    更换凸轮轴及VVT-i执行器后试车，故障灯还是点亮。难道是判断错误吗？
    继续检查，读取故障代码为P0012—凸轮轴位置正时过滞后（B1）。故障代码已经明确指示故障点在凸轮轴位置了，并且是因为更换了凸轮轴和VVT-i后才出现了新的故障代码，之前对有关部件都已经检过。问题应该还是在凸轮轴和V VT-i这部分。
    1）重新拆下凸轮轴总成（带VVT-i执行器）检查。
    2）用风枪检查VVT-i的工作（如表1中第4、5步骤），无论怎么吹都没反应。
    3）重新从凸轮轴上拆下VVT-i执行器检查，没发现异常，凸轮轴正常，重新装配时发现VVT-i执行器无法用手直接装配到位，但旧的可以。
    4）检查分析出现这一现象的原因（VVT-i执行器结构如图1），新的VVT-i执行器可能在出厂或在装配前锁销就已经被锁上，正常情况下应该在装进凸轮轴后按规定的力矩紧固，装配好后才用手转动使其锁住。因为在装配前锁销锁上会使VVT-i外壳的轴心与口十片的轴心不同轴，所以在装配时不能用手直接装配到位（要在拧紧螺丝时才能使其装配到位）。出现故障代码为P0012—凸轮轴位置正时过滞后的原因是由于外壳的轴心与VVT-i叶片轴心在不同轴心的状态下装配，叶片被外壳卡住，形成1个整体。当发动机ECU命令凸轮轴正时机油控制阀工作，机油流向VVT-i执行器，但机油压力无法使叶片转动，从而出现了这次的故障。
      （三）故障排除
    重新按修理手册的要求使锁销解锁后，再重新装回凸轮轴上。用风枪检查VVT-i工作情况，正常；装回发动机上试车，正常。1个月后回访，没有出现过故障，说明问题已经解决。

    三、丰田VVT-i系统维修方法及操作标准
    为了避免以后出同样的错误，特制定出1套操作标准（如表1所示）。

    四、结束语
    通过对该车故障的维修，让笔者感觉到，作为一名汽车维修的技术工人在维修过程中，必须严格遵守维修手册上的操作规程，不能有想当然的想法，否则故障得不到解决，还会产生新的人为故障，甚至安全事故。面对日新月异的汽车新技术，汽车出现的故障也可能五花八门，要求我们必须理解各个系统的工作原理及工作过程，才能快速、准确的诊断出故障。所以，我们必须时刻保持积极的学习心态和一丝不苟的工作作风，尊重维修的严谨性，这样才能成为汽车维修的专家。
 

来源:网络