針對奔馳E300 V6發(fā)動機(jī)與C200 L4發(fā)動機(jī)在冷測試中不同的正時測試項目進(jìn)行了分析，逐一描述其檢測點所代表的內(nèi)容，并結(jié)合實際生產(chǎn)案例對測試項目進(jìn)行了描述，同時對奔馳E300發(fā)動機(jī)的可變正時系統(tǒng)進(jìn)行了簡要介紹。

發(fā)動機(jī)正時系統(tǒng)

發(fā)動機(jī)正時系統(tǒng)主要由ECU（電子控制單元）和傳感器等組成。發(fā)動機(jī)曲軸位置傳感器用于采集曲軸轉(zhuǎn)動角度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，并輸入ECU以確定點火時刻和噴油時刻。凸輪軸位置傳感器用于采集進(jìn)排氣凸輪軸的位置信號，并與曲軸位置傳感器一同確認(rèn)發(fā)動機(jī)一缸上止點，用于燃油噴射控制、點火時刻控制等。奔馳C200及E300發(fā)動機(jī)采用的是磁感應(yīng)式曲軸與凸輪軸位置傳感器。

如圖1所示，發(fā)動機(jī)發(fā)信輪的飛輪齒圈周圍有一圈齒盤作為信號轉(zhuǎn)子，齒圈圓周均勻分布有58個窄齒和1個寬齒。寬齒輸出基準(zhǔn)信號，對應(yīng)發(fā)動機(jī)一缸或四缸壓縮上止點前一定角度。寬齒所占的弧度相當(dāng)于兩個窄齒所占的弧度。因為信號轉(zhuǎn)子隨曲軸一同旋轉(zhuǎn)，所有信號轉(zhuǎn)子圓周上的寬齒和窄齒所占的曲軸轉(zhuǎn)角為360°，每個窄齒所占的曲軸轉(zhuǎn)角均為6°，58個窄齒對應(yīng)348°，寬齒所占的曲軸轉(zhuǎn)角為12°。
當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動時，磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器會周期性的產(chǎn)生交變電壓，輸出交變電壓信號。ECU通過接收脈沖信號來判斷上止點的到達(dá)時刻。由于信號轉(zhuǎn)子上有58個凸齒，因此信號轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈(發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈)，傳感線圈就會產(chǎn)生58個交變電壓信號輸入ECU， 因此，ECU每接收到曲軸位置傳感器58個信號，就可知道發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)了一圈。

通過檢測曲軸位置傳感器的信號，ECU可以精確計算出發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。同樣，ECU可以通過凸輪軸位置傳感器信號獲取凸輪軸電壓信號。
通過判斷曲軸位置及凸輪軸位置，ECU便可以確定發(fā)動機(jī)噴油時刻及點火時刻等基本控制參數(shù)。

發(fā)動機(jī)可變氣門正時

目前我公司所生產(chǎn)的各種型號的發(fā)動機(jī)都采用了可變氣門正時技術(shù)，即所謂的VVT （Variable Valve Timing)，以提高進(jìn)氣充量，使充量系數(shù)增加，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率等性能。

發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速下也要求可變配氣正時機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，這是因為，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速改變時，由于進(jìn)氣流速和強(qiáng)制排氣時的廢氣流速也隨之改變，因此在氣門晚關(guān)期間利用氣流慣性增加進(jìn)氣和促進(jìn)排氣的效果將會不同。例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)低速運轉(zhuǎn)時，氣流慣性小，若此時配氣定時保持不變，則部分進(jìn)氣將被活塞推出氣缸，使進(jìn)氣量減少，氣缸內(nèi)殘余廢氣將會增多。當(dāng)發(fā)動機(jī)高速運轉(zhuǎn)時，氣流慣性大，若此時增大進(jìn)氣遲后角和氣門重疊角，則會增加進(jìn)氣量并減少殘余廢氣量，使發(fā)動機(jī)的換氣過程更完善。
合理選擇配氣正時，保證最好的充氣效率ηv，是改善發(fā)動機(jī)性能的重要技術(shù)途徑。圖3所示為可變氣門正時的角度。在進(jìn)、排氣門開閉的四個沖程中，進(jìn)氣門遲閉角的改變對充氣效率ηv影響最大。進(jìn)氣門遲閉角改變對充氣效率ηv和發(fā)動機(jī)功率的影響可以通過圖4進(jìn)一步了解。

圖4 中每條充氣效率ηv曲線體現(xiàn)了在一定的配氣正時下，充氣效率ηv隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。如遲閉角為40°時，充氣效率ηv是在約1800r/min的轉(zhuǎn)速下達(dá)到最高值，說明在這個轉(zhuǎn)速下工作能最好地利用氣流的慣性充氣。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于此轉(zhuǎn)速時，氣流慣性增加，就使一部分本來可以利用氣流慣性進(jìn)入氣缸的氣體被關(guān)在氣缸之外，加之轉(zhuǎn)速上升，流動阻力增加，所以充氣效率ηv下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于此轉(zhuǎn)速時，氣流慣性減小，壓縮行程初始時就可能使一部分新鮮氣體被推回進(jìn)氣管，充氣效率ηv也下降。
圖中不同充氣效率ηv曲線之間，體現(xiàn)了在不同的配氣正時下，充氣效率ηv隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。不同的進(jìn)氣遲閉角與充氣效率ηv曲線最大值相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速不同，一般遲閉角增大，與充氣效率ηv曲線最大值相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速也增加。遲閉角為40°與遲閉角為60°的充氣效率ηv曲線相比，曲線最大值相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速分別為1 800 r/min和2 200 r/min 。由于轉(zhuǎn)速增加，氣流速度加大，大的遲閉角可充分利用高速的氣流慣性來增加充氣。

總之，四沖程發(fā)動機(jī)的配氣定時應(yīng)該是進(jìn)氣遲后角和氣門重疊角隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而加大。如果氣門升程也能隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而加大，則將更有利于獲得良好的發(fā)動機(jī)高速性能。
奔馳所采用的可變氣門正時技術(shù)為雙VVT連續(xù)可變氣門正時技術(shù)。如圖5所示，可變正時系統(tǒng)由ECU協(xié)調(diào)控制，各部位的傳感器隨時向ECU報告運轉(zhuǎn)工況， ECU根據(jù)需要動態(tài)調(diào)節(jié)氣門正時。由于在ECU中儲存有氣門最佳正時參數(shù)，所以ECU會隨時控制凸輪軸可變正時電磁閥從而間接控制液壓閥，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整氣門的開啟時間，或提前，或滯后，或保持不變。葉片式的凸輪軸調(diào)節(jié)器由控制柱塞調(diào)節(jié)，控制柱塞裝配在凸輪軸前端，位于調(diào)節(jié)器中心固定螺紋孔內(nèi)。凸輪軸調(diào)節(jié)器的機(jī)油供應(yīng)來自凸輪軸的油道。若電磁閥被觸發(fā)，機(jī)油在壓力的作用下經(jīng)過控制柱塞到達(dá)凸輪軸調(diào)節(jié)器。根據(jù)觸發(fā)的程度不同，控制柱塞便會被不同程度地操控，相應(yīng)地，不同數(shù)量的油便會到達(dá)凸輪軸調(diào)節(jié)器葉片，葉片被密封在調(diào)節(jié)器殼體內(nèi)，在機(jī)械限制的范圍內(nèi)帶動凸輪軸來回轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對凸輪軸的調(diào)節(jié)。若電磁閥不再被激發(fā)，則由彈簧控制回位。為了避免發(fā)動機(jī)起動時產(chǎn)生的噪聲，凸輪軸調(diào)節(jié)器由一個鎖止螺栓軸向鎖死（奔馳M271發(fā)動機(jī)為垂直方向鎖死），再次激發(fā)時由油壓解鎖。被鎖定的曲軸轉(zhuǎn)角起始位置是： 進(jìn)氣凸輪軸 +36° (ATDC) ，排氣凸輪軸 -20° (BTDC)。
E300發(fā)動機(jī)左右兩排氣缸對應(yīng)的可變氣門正時機(jī)構(gòu)均設(shè)置了一個可變氣門正時電磁閥，由其控制對應(yīng)的電磁中心柱塞（如圖6所示）。發(fā)動機(jī)獲得轉(zhuǎn)速傳感器的信息后，對左右兩排氣缸對應(yīng)的可變氣門正時電磁閥的控制方式做出正確選擇并控制中心柱塞的動作。當(dāng)獲得不同閥體位置時，通往可變氣門正時調(diào)節(jié)器內(nèi)的液壓缸油路變換，使得可變氣門正時調(diào)節(jié)器上升或下降，使左右兩排氣缸對應(yīng)的進(jìn)氣門獲得不同的遲閉角。其凸輪軸調(diào)節(jié)范圍為，進(jìn)氣凸輪軸：上止點前4°至上止點后36°；排氣凸輪軸：上止點20°至上止點后20°。 進(jìn)排氣門最大重疊角4°+20°=24°。
可變氣門正時系統(tǒng)測試

可變氣門正時系統(tǒng)非常重要，因此，必須通過嚴(yán)格的測試。我公司采用冷測試，且所有的測試都是基于一個觸發(fā)點來進(jìn)行，而凸輪軸位置傳感器與曲軸位置傳感器常被用作這一觸發(fā)點。

1.檢測方案一

可變氣門正時發(fā)動機(jī)需要控制和檢測移相器。 對凸輪軸響應(yīng)時間的評估和顯示將包括移相器變化的速度以及達(dá)到要求角度所需時間。表1詳細(xì)描述了移相器命令位置和評估類型。

凸輪軸移相器的測試過程由每轉(zhuǎn)1024個脈沖的外部時鐘觸發(fā)并運行。同時獲得曲軸和凸輪軸傳感器信號。曲軸角度變化引起的曲軸和凸輪軸角度的變化值將被記錄并用圖線畫出。合成的圖線將是斜線，它的起點表明凸輪軸移相器的初始位置，峰值點表明最大行程位置。測試曲線見圖9。
2.檢測方案二

由于可變正時調(diào)節(jié)是調(diào)整進(jìn)排氣門的開啟關(guān)閉時刻，而根據(jù)前面我們對排氣壓力曲線的分析可知，相應(yīng)的進(jìn)排氣門開啟及關(guān)閉時刻，在對應(yīng)的排氣壓力曲線上能夠比較明顯檢測出來，因此，我們還可以間接通過檢測排氣壓力的方式對可變正時調(diào)節(jié)進(jìn)行檢測。該方案如圖2所示。

但是由于排氣壓力所受外界環(huán)境以及發(fā)動機(jī)整機(jī)狀態(tài)的影響比較大，而且氣門開啟時刻角度的微小變化在排氣壓力中可能體現(xiàn)的并不是特別明顯，因此該檢測方案有一定的局限性，在測試時需要更多的樣本作為參考，并且需要對進(jìn)排氣可變正時分別進(jìn)行檢測，而且其檢測精度要比方案一的檢測精度要低很多，同時，對操作人員的綜合判斷能力也有更高的要求。

案例分析

1.案例一

某M272發(fā)動機(jī)在冷測試中發(fā)現(xiàn)CCT測試項中左側(cè)進(jìn)排氣凸輪軸脈沖盤邊沿角度整體向前偏移15°以上，排氣壓力測試項左側(cè)3個氣缸的排氣壓力曲線前移15°左右，導(dǎo)致壓力測試值偏低，且可變正時測試項目的左側(cè)進(jìn)排氣項目不合格，如圖10所示，其中CCT的詳細(xì)測試數(shù)值見表3。

發(fā)動機(jī)正時鏈輪的齒數(shù)為42，每個齒的角度為8.6°，而檢測角度比標(biāo)準(zhǔn)下限低約15°以上，根據(jù)測試曲線的差異以及相關(guān)及測試數(shù)值推測，懷疑發(fā)動機(jī)正時錯誤或者脈沖盤裝配錯誤。由于左側(cè)進(jìn)排氣脈沖盤全部錯位，這樣，基本上判斷左側(cè)正時鏈輪錯齒；再根據(jù)正時鏈輪的角度以及測試值的角度偏移量計算，如果為發(fā)動機(jī)正時錯誤，應(yīng)該是鏈輪鏈條向前錯兩個齒。
拆下發(fā)動機(jī)正時前蓋檢查，發(fā)現(xiàn)左側(cè)正時鏈輪錯兩個齒，導(dǎo)致正時錯誤。由于偏移角度過多，有可能對活塞及氣門正時造成損壞，因此繼續(xù)拆檢缸蓋以進(jìn)一步檢查氣門及活塞，發(fā)現(xiàn)活塞表面有輕微的撞擊痕跡，至此，基本確定為正時錯誤導(dǎo)致氣門關(guān)閉時刻錯誤，氣門與活塞撞擊導(dǎo)致。

2.案例二

某M272發(fā)動機(jī)在測試中發(fā)現(xiàn)VVT測試項不合格，查看測試曲線發(fā)現(xiàn)，其左側(cè)進(jìn)排氣凸輪軸調(diào)節(jié)曲線的走向完全相反，實際測試到的可變正時響應(yīng)角度與檢測標(biāo)準(zhǔn)值也是完全相反。

經(jīng)過一系列檢查確認(rèn)后，我們將目標(biāo)定在了線束針腳走向上。通過查看ECU圖紙并對VVT針腳進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)線束進(jìn)排氣凸輪軸可變正時電磁閥的針腳反向，導(dǎo)致在測試過程中，所有的測試指令都發(fā)向了對側(cè)的電磁閥，引起了故障。聯(lián)系生產(chǎn)廠家對線束針腳進(jìn)行調(diào)整后，再次進(jìn)行測試驗證，測試結(jié)果合格，確認(rèn)是由于該缺陷引起的故障。

小結(jié)

發(fā)動機(jī)正時是一個非常關(guān)鍵的問題，如果正時調(diào)節(jié)不正確，輕則會影響發(fā)動機(jī)的正常運轉(zhuǎn)，影響發(fā)動機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩以及相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)，造成產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷，重則會在氣門開啟的過程中造成氣門與活塞的撞擊，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致氣門損壞、活塞、連桿、曲軸及缸體等發(fā)生嚴(yán)重變形或者劃傷，以致引起發(fā)動機(jī)報廢及整車故障等嚴(yán)重后果，所以在發(fā)動機(jī)的現(xiàn)實裝配過程中一定要嚴(yán)格按照設(shè)計要求及作業(yè)指導(dǎo)進(jìn)行相關(guān)零部件的裝配操作，并在后續(xù)工序中進(jìn)行必要的互檢、測試臺檢測等。