第一章 汽油机与柴油机
一、曲柄连杆机构与进排气系统
（一）安装正时件应当掌握什么要领？
安装正时件总的要求是：先核对记号，再用专用工具卡住曲轴和凸轮轴，最后拧紧固定螺栓。如果拆装不当，加上缺乏专用工具，很容易发生正时装配错误，导致可变气门正时和升程调节系统无法正常工作。
在发动机配气系统的安装过程中，不但要保证曲轴和凸轮轴的正时，而且要确保曲轴与其附件定位准确。
1.曲轴轴颈与带轮的定位
有的发动机（例如福特福克斯）的曲轴轴颈与其带轮（图1-1）之间不是采用平键定位的，而是设计为锥面，依靠两者压紧后的摩擦力传递动力。因此，即使在拆卸曲轴带轮时做了装配记号，安装时如果带轮的固定螺栓没有拧紧到规定的力矩，带轮可能与曲轴错位，造成正时相位发生较大改变，甚至出现活塞顶弯气门的现象。
图1-1 曲轴带轮
2.凸轮轴链轮（图1-2）的装配要点
（1）测量正时链轮的内径与轴颈外径的尺寸、花键与花键槽的宽度尺寸，应符合过渡配合要求，不得有磨损。
（2）装入正时链轮时，应当细心地将花键对准，不得损坏花键和花键槽。
（3）从维修手册中查阅紧固螺栓的拧紧力矩。
（4）使用经计量部门检定、在有效期之内、力矩范围合适的力矩扳手拧紧。
（5）在紧固螺栓时需要锁住曲轴，使之不能转动。
图1-2 玛莎拉蒂4.7LV8发动机的凸轮轴与正时链轮之间无固定销
3.安装曲轴后油封需要核对记号
以波罗1.4L轿车为例，其曲轴后油封不是普通的密封件，而是一种密封法兰带脉冲信号发生器的组件，它包括密封环和脉冲信号齿，维修手册要求它们同时更换。核对记号的方法是：从发动机的后方往前看，脉冲信号齿上的记号点与油封上的三角形对齐，然后轻轻压入即可。
（二）怎样检修进气歧管翻板机构的故障？
一辆大众迈腾1.8TSI轿车，尾气排放警告灯经常点亮。当警告灯点亮时，发动机没有明显的异常。
连接故障诊断仪VAS5052查询，读到故障码08213（P2015），含义为“进气歧管风门位置/运行控制传感器不可靠信号，偶发”（图1-3）。
图1-3 迈腾轿车的故障码显示
根据该型发动机的结构原理，分析导致进气歧管翻板机构失常的原因如下：
（1）进气歧管翻板控制系统（VIS）线路故障，包括进气翻板转换电磁阀至发动机控制单元之间的线路。
（2）操纵进气歧管翻板的执行机构失常（包括真空膜盒、真空源、两个真空连接管漏气或位置接反，以及翻板拉杆）。
（3）进气歧管风门位置传感器（图1-4）的信号不稳定，或未匹配。
图1-4 迈腾轿车的进气歧管翻板机构
（4）进气歧管翻板总成因积炭卡死。
（5）发动机控制单元损坏。
考虑到该车前期更换过进气歧管以及风门位置/运行控制传感器，于是按照故障诊断仪引导性功能的提示，执行发动机控制单元和进气歧管翻板的匹配程序。
匹配完成后，在怠速状况下，读取发动机数据流142组，进气歧管翻板实际位置为0.00%，进气歧管翻板电压补偿值为3.82V，3min后以上数据又变为0.80%、0.00%、3.82V。急加速时，进气歧管风门已经完全打开，查看数据流，位置传感器的数值为99.2%，于是拆解进气歧管检查。在转动进气歧管翻板的同时，读取进气歧管风门位置/运行控制传感器的数据，发现只要使进气歧管翻板稍微做径向移动，进气歧管翻板实际位置数值就会发生较大的变化，这是不正常的。
于是松开该传感器的两个固定螺钉（图1-5），通过故障诊断仪读取进气歧管翻板实际位置的数值，同时细心地调整进气歧管风门位置/运行控制传感器的安装位置，直到进气歧管翻板在关闭状态下，无论怎样做径向移动，传感器都没有信号输出，最后拧紧固定螺钉。检查发现，该传感器调整前后的安装位置相差约0.5mm。调整完成后，经过长时间试车，数据恢复正常，尾气排放警告灯再未点亮。
图1-5 迈腾轿车进气歧管风门位置传感器的两个固定螺钉
（三）奥迪可变气门升程系统（AVS）具有什么特点？
奥迪轿车的可变气门升程系统是两段式的，没有做到气门升程的无级调节，所以对进气流量的控制还不够精确。其巧妙之处在于，同一气缸的两个进气门采用不同步的开启和关闭策略，从而实现燃油与空气的充分混合。
（1）AVS安装在排气侧，而不是在进气侧。为了实现两种不同气门升程之间的切换，在排气凸轮轴上安装了4个具有独特结构的凸轮件，它带内花键，可以移动。
在凸轮件外有两个凸轮，其凸轮高度是不相同的。
在凸轮件内安装了弹簧加载式球体，它能将凸轮件锁定在需要的位置上。
凸轮件的移动范围由凸轮轴上的滑动槽和轴向推力轴承限制（图1-6）。
图1-6 大众/奥迪AVS排气凸轮轴的构造图
1—可移动的凸轮件 2—带外花键的排气凸轮轴 3—用球体和弹簧锁定凸轮件
（2）每个气门对应两个不同外径的凸轮，当发动机的负荷较小、转速较低时，使用小凸轮形状部分，此时气门的升程较小；当发动机的负荷较大、转速较高时，切换到大的凸轮形状部分，此时气门的升程较大。
（3）在每个凸轮件的上方布置了两个驱动器（即电磁阀），大小凸轮的切换由这两个驱动器来完成。该驱动器被电控单元激活后，金属销伸出来，并且插入凸轮件的滑槽内，从而在凸轮轴转动的过程中完成气门升程的切换，其中一个负责从气门小升程切换到大升程，另一个负责从气门大升程切换到小升程（图1-7）。
图1-7 奥迪A4L2.0L-TFSI轿车的可变气门升程系统（AVS）
（4）在完成气门升程切换后，电磁阀内的永久磁铁将金属销收回，同时在电磁阀的励磁线圈中感应出一个电压，作为凸轮件切换成功的信号，反馈给发动机控制单元。
（四）宝马VANOS系统的主要结构是什么？
宝马汽车连续可变凸轮轴（VANOS）系统的主要结构部件包括进气侧VANOS调节单元、排气侧VANOS调节单元、电磁阀、凸轮轴位置传感器等。它们的安装位置如图1-8所示。
1.VANOS调节单元（图1-9、图1-10）
宝马汽车进气侧VANOS调节单元与排气侧VANOS调节单元不相同，可通过标记“einin”或“ausout”来区分。当更换该部件时，必须注意零件的编码。如果安装了错误的VANOS调节单元，有可能导致发动机严重损坏。
图1-8 宝马汽车VANOS的安装位置
1—排气VANOS电磁阀 2—进气VANOS电磁阀 3—排气凸轮轴位置传感器 4—进气凸轮轴位置传感器
图1-9 宝马VANOS调节单元外形
图1-10 宝马VANOS调节单元剖视图
1—带齿圈的壳体 2—前端盖 3—扭转弹簧 4—锁止弹簧 5—锁止弹簧固定板 6—锁止销
7—转子 8—后端盖 9—叶片 10—弹簧 11—压力通道a12—压力通道b
2.VANOS电磁阀
该车进气VANOS电磁阀和排气VANOS电磁阀是一样的，可以互换。
VANOS电磁阀的机械阀芯容易因为脏污而发卡，导致发动机工作不良，这是一种比较常见的故障。
在维修实践中，有时通过蓄电池“搭电”测试VANOS电磁阀是否能正常工作，但是不能疏忽该电磁阀的工作行程，不能认为只要看到电磁阀能“动”就是正常的。如果听不到清脆的“嗒嗒”声，说明VANOS电磁阀的工作行程不够，会导致VANOS调整轮油压不足（图1-11），最终引起故障灯点亮，发动机抖动，行驶中熄火。因此，要确认VANOS电磁阀的状态正常，不但电阻值要正常（为11Ω），在通电以后还要听到明显的“嗒嗒”声。
图1-11 宝马VANOS系统的油路图
1—VANOS单元顶视图 2—VANOS单元侧视图 3—凸轮轴内的液压油孔
4—气缸盖内发动机机油回流 5—发动机机油压力（来自机油泵） 6—电磁阀
（五）如何检修宝马VANOS系统的常见故障？
宝马VANOS系统的故障大多数表现为怠速抖动、加速不良、故障灯点亮、发动机上部有异响等。故障码一般为凸轮轴位置正时过于提前或过于延迟、系统性能故障等。
一辆宝马X5车，底盘为E70，配置N55发动机，行驶里程97632km，出现发动机抖动，有时熄火的故障现象。
连接故障诊断仪ISID检测，显示故障码002D55，含义为可调式凸轮轴控制装置，进气，冷机起动，无法调节。产生该故障的可能原因是：①油压过低；②凸轮轴传感器有故障；③VANOS进气电磁阀有故障；④VANOS机械卡滞；⑤凸轮轴控制装置螺栓断裂。
打开VANOS的端盖，向内部观察可调式凸轮轴控制装置，正常，螺栓未折断。读取机油压力数据为289.3kPa，在规定范围内。
在正常情况下，凸轮轴的目标位置数据变化与实际位置数据变化是相同或接近的，如果两者相差较大，说明系统对凸轮轴的调节能力降低。使用诊断仪无法读取该车VANOS的位置数据，只有通过ABL进气凸轮轴传感器检测计划功能测试。读取怠速状态下凸轮轴的位置，显示进气凸轮轴位置偏差过大（-70.58°），而排气凸轮轴位置正常（0.63°）。拆下电磁阀（图1-12）进行清洗，删除调校后，发动机工作正常（图1-13）。
图1-12 VANOS电磁阀外形
检查发现，机油中含有铁屑，判断该发动机由于在外地保养，机油质量不合格或者保养不到位，引起发动机内部磨损，产生铁屑，最终导致该电磁阀卡滞。
删除故障码，重新检测，无故障信息，路试一切正常。
为了验证该故障发生的确切原因，再次测量VANOS的数据。当拔下两个VANOS插头时，读取的凸轮轴提前角度为0°，并不随发动机转速的变化而变化；当连接两个VANOS插头时，随着转速的变化，VANOS提前角度在0°～60°变化，说明此次故障确实是由进气VANOS电磁阀卡滞所引起的。
图1-13 清洗进气凸轮轴电磁阀后的数据
（六）检修可变气门正时系统（VVT）有哪些要领？
1.确保凸轮轴安装位置准确
确保凸轮轴安装位置准确的关键点是：将凸轮轴锁定在最大提前角位置，然后对准记号安装（图1-14）。
以日产骐达1.6L轿车为例，在拆卸进气凸轮轴链轮时，需要对进气凸轮轴轴颈油孔加压。当锁止销脱开时，将链轮旋至最大提前角位置，然后将限位销插入凸轮轴链轮上的限位销孔内，并将其锁定在最大提前角位置。如果无法旋至最大提前角位置，需要更换调整轮总成。
2.利用ECU监控凸轮轴的实时位置
如果缺乏示波器，在以下情况下适宜查看ECU的相关数据，判断正时机构是否正常。
（1）发动机大修或者更换正时链后。
（2）采用不拆卸正时链方法更换水泵，怀疑在安装水泵的过程中正时链跳齿，可以查看ECU怠速时的INT/V数据。
图1-14 VVT-I系统执行器零件分解图
（3）发动机无法起动时，通过ECU查看起动时的正时数据是否正确[正常值为（0°±5°）CA]。
（4）发生怠速抖动故障，先查看ECU中正时数据是否不在正常范围内。
在维修实践中，如果发动机的相位变化异常，将导致怠速抖动，油耗也一定高。发动机VVT系统的工作特点见表1-1。可以使用故障诊断仪的元件测试功能，检查进排气门的相位变化情况。在发动机怠速时，故意指令进气或排气凸轮轴相位推迟到最大值，在正常情况下，发动机会失速。如果发动机没有反应，说明凸轮轴相位控制系统没有执行发动机ECU发出的相位控制指令。在怠速运转时，一旦进排气门的相位重叠角过大，就会像气门关闭不严一样，引起怠速抖动。检修好可变气门系统，怠速抖动、油耗升高的问题可能一并解决。
表1-1 发动机VVT系统的工作特点
3.消除机油压力失常的负面影响
（1）使用压缩空气对双向油孔进行正、反向加压。这样做的目的有两个：一是利用压缩空气将油道清理干净，使之没有污垢；二是保证执行器（例如叶轮）不卡滞，能够从最小提前角位置旋转到最大提前角位置。
（2）检查系统专属机油滤清器，如果堵塞（图1-15），可能存储故障码P0012——进气凸轮轴相位未达到调整要求，加速时发动机故障灯点亮。
图1-15 调节电磁阀滤清器堵塞的程度（右侧为新滤网）
（3）接通点火开关，应能听到机油控制阀（OCV）的“咔嗒”声，如果听不到“咔嗒”声，说明OCV可能卡死，将导致连续可变气门正时（CVVT）失效，可以拆下机油控制阀（OCV）检查（OCV是滑阀式占空比控制电磁阀，正常电阻值为6.9～7.9Ω）。
（4）发动机主油道的机油压力足够，不代表DVVT执行器的机油压力也充足。例如，2011款雪佛兰科鲁兹1.6L轿车搭载的LDE发动机，在DVVT机油油道内部有一个机油流量单向阀，它可能影响凸轮轴执行器处的机油压力。这个单向阀安装在气缸体内部，只能拆开来检查。
（七）为什么进气歧管会爆裂？
进气歧管爆裂的常见原因有以下三种。
1.进气管“回火”
发动机进气歧管（图1-16）爆裂的最常见原因是进气管“回火”，而导致发动机运转时“回火”的原因比较复杂，包括混合气过稀、火花塞的热值不符、进气门漏气、点火时间过早以及点火能量不足等几方面。
图1-16 进气歧管
2.曲轴箱强制通风系统（PCV）失常
在正常情况下，踩下加速踏板后，节气门部分开启，进气歧管的真空度降低。与怠速位置相比，此时曲轴箱强制通风阀（即锥形阀）的阀芯在弹簧力作用下移动，与阀座之间的缝隙增大，通风量也增大；当高负荷时，进气歧管的真空度更低，锥形阀进一步下移，通风量随之增大，消除了发动机高负荷导致曲轴箱漏气的影响。一旦发生“回火”，PCV阀芯退回到最下端位置（停止通风的位置），能阻止“回火”，避免爆炸。
有的汽车进气歧管爆裂，维修后不久故障再次出现，更换曲轴箱强制通风系统的PCV阀，问题得到解决。究其原因，是由于PCV阀的阀芯卡死在通风量大的位置上，加上发生“回火”，由于阀芯不能回落，无法关闭曲轴箱废气窜入进气管的通道，所以导致进气歧管爆裂。
3.气缸、活塞环严重磨损
一辆宝来轿车，行驶里程11万km，在急加速时，进气歧管连续爆裂3次。检查发现，怠速时没有“回火”，火花塞型号正确，排气门关闭正常。这种故障可能是气缸、活塞环严重磨损，导致漏气量过大，曲轴箱内的气压增大，曲轴箱内过高压力的废气流导致进气歧管爆裂。
（八）排气管为什么会烧红？
排气管烧红的根本原因是气缸内混合气未完全燃烧，然后进入排气管，并且在排气管内继续燃烧的结果。
一辆上海大众波罗劲取轿车，发生排气管烧红（尤其是安装氧传感器的根部通红）和尾气呛人的故障现象。经过仔细检查发现，空气滤清器右下角的三通阀阀体与节气门体下侧进气腔处的真空软管脱落，使节气门后方漏气，造成进气管的真空度下降，进气歧管绝对压力传感器的信号电压变大，ECU便指令喷油器增大喷油量，从而导致气缸内燃烧不完全，废气中含有大量未燃混合气，由于三元催化转化器的作用，这些废气在转化成CO2和水的过程中释放大量的热量，造成排气温度过高，最终引起排气管烧红的现象。将脱落的真空软管插好，故障不再出现。
排气管烧红有时是ECU调节空燃比的结果，其机理如下：发动机ECU通过氧传感器探测到混合气过稀后，指令增加喷油量（空燃比调节值最多±25%），可是混合气仍然过稀，难以维持正常燃烧，于是大量的未燃混合气被排放掉，没有做功，因而转速下降；当发动机ECU检测到怠速降低时，就指令加大节气门的开度，增加进气量，显然此时增加进气量无济于事，实际上进气量本来就较多，最终将排气管的中段烧红（图1-17）。
图1-17 排气管总成
判断排气管烧红原因的经验方法是：让发动机转速达到3000r/min，保持3min，如果排气管的头段（安装了三元催化转化器）出现烧红现象，说明是三元催化转化器堵塞造成的；如果排气管的头段没有烧红，排气管的尾段出现烧红现象，则是混合气过浓，或者个别点火线圈失效，造成气缸内燃烧不完全，然后燃气进入排气管，在排气管内继续燃烧，从而造成排气管尾段烧红。