BMW 氣門機構 VANOS Valvetronic

氣門機構由全變量氣門升程控制裝置 (電子氣門控制系統) 和可調式凸輪軸控制裝置 (雙凸輪可變正時控制系統) 組成，因此能夠自由選擇進氣門的關閉時刻。氣門升程控制只在進氣側進行，凸輪軸控制在進氣側和排氣側進行。

只有當下列參數都可控制時，才能進行無需節氣門的負荷控制：

結果：進氣門的打開時間可變。

部件簡短描述

將描述氣門機構的下列部件：

凸輪軸 原始值_進氣

只使用輕型結構凸輪軸。排氣凸輪軸帶有軸承環，並封閉在一個凸輪軸箱中。通過凸輪軸箱可降低運行中的機油起泡。

進氣門和排氣門

氣門機構配備了用於進氣門和排氣門的可調式凸輪軸控制裝置 (雙凸輪可變正時控制系統)。利用 VANOS 能夠在推遲進氣門和排氣門的打開時間。

進氣凸輪軸傳感器和排氣凸輪軸傳感器

這兩個凸輪軸傳感器檢測凸輪軸的位置。為此在凸輪軸上固定了一個增量輪 (凸輪軸傳感器齒盤)。凸輪軸傳感器根據霍爾效應工作。通過數字式發動機電子伺控系統 (DME) 利用總線端 Kl. 15 供電。傳感器通過通向數字式發動機電子伺控系統 (DME) 信號線發送數字信號。

進氣凸輪軸傳感器固定在氣缸蓋罩上。在曲軸傳感器失靈時，數字式發動機電子伺控系統 (DME) 據此計算出發動機轉速。進氣凸輪軸傳感器連同曲軸傳感器一起，是全順序噴射裝置所必需的 (每個氣缸的燃油噴射都在最佳點火時刻)。

數字式發動機電子伺控系統 (DME) 可以通過進氣凸輪軸傳感器識別，第 1 缸處在壓縮階段還是換氣階段。另外，傳感器還發出凸輪軸位置的反饋信號，用於對可調式凸輪軸(VANOS)進行調節。

進氣凸輪軸傳感器是作為無接觸霍爾傳感器安裝的。凸輪軸傳感器齒盤有 6 個不同的齒面距離。霍爾傳感器探測這些齒面距離。

數字式發動機電子伺控系統 (DME) 據此計算出：

舉例N55

為起動發動機，數字式發動機電子伺控系統 (DME) 檢查下列條件是否滿足：

這一步驟稱為同步過程，並僅在車輛起動時執行。首先，同步使數字式發動機電子伺控系統 (DME) 能夠正確控制燃油噴射。不同步時不能起動車輛。

在加上電壓時，便可識別出該傳感器是否處於一個齒的位置，還是處於一個缺口的位置。

數字式發動機電子伺控系統 (DME) 讀取傳感器信號，並將信號與保存的樣本進行比較。於是可識別凸輪軸的準確位置。

VANOS 進氣電磁閥和 VANOS 排氣電磁閥

可調式凸輪軸控制裝置改善低速和中等轉速範圍內的扭矩。同時為怠速和最大功率設置最合理的氣門配氣相位。通過較小的氣門重疊可在怠速下產生數量較少的剩餘氣體。通過部分負荷區的內部廢氣再循環降低氮氧化物。

此外還可達到下列效果：

舉例N55

舉例N55

一個 VANOS 電磁閥用於控制此 VANOS 調整裝置。可根據發動機轉速和負荷信號計算出需要的進氣凸輪軸和排氣凸輪軸位置 (與進氣溫度和冷卻液溫度有關)。數字式發動機電子伺控系統 (DME) 通過 VANOS 電磁閥控制 VANOS 調整裝置。

進氣和排氣 VANOS 電磁閥軸向佈置在氣缸蓋前部。VANOS 電磁閥 (帶集成式單向閥) 將油壓分配到兩個 VANOS 調整裝置。

怠速：

在怠速下調整凸輪軸要保證，產生一個對油耗和運行平穩性來說最佳的較小氣門重疊。達到最小的氣門重疊時，伴隨著的是很大的進氣角度和排氣角度，甚至到了最大。VANOS 電磁閥這時不通電。即使在關閉發動機的情況下，仍佔據該凸輪軸位置。在這種狀態下調整裝置自動鎖定，因此在下次發動機起動時存在一個穩定的凸輪軸調整。當油泵還沒有為凸輪軸調整建立足夠的油壓時，也可達到這個穩定的凸輪軸調整。在第一次要求調整時，流入的機油將調整裝置重新解鎖。

功率：

為了在低發動機轉速時獲得高扭矩，排氣門被滯後打開。這樣，燃燒延長到柱塞上。在高發動機轉速時，通過較大的氣門重疊 (排氣門提前打開和排氣門滯後打開) 獲得較高的功率。

為了實現較高的扭矩，必須達到一個較高的氣缸進氣度。根據進氣管壓力 (增壓壓力) 和廢氣壓力，進氣門或排氣門必須提前或滯後打開或關閉。帶 VANOS 的發動機可以在寬的轉速範圍內用優化的汽缸進氣來描述。為獲得同樣的充氣 (對應於扭矩)，帶 VANOS 的發動機需要的增壓壓力比具有剛性凸輪軸位置的發動機需要的增壓壓力低。

原因：新鮮氣體退回進氣管以及剩餘氣體倒流回氣缸都可避免。

渦輪增壓時扭矩升高

對於渦輪增壓發動機，在低發動機轉速時在增壓範圍內通過大的氣門重疊可實現 "過掃氣"，從而可獲得明顯更大的扭矩。

效果：有比燃燒所需更多的空氣流過發動機。因此雙渦流廢氣渦輪增壓器不屬於泵送範圍。

第二個效果：在氣缸中幾乎沒有剩餘氣體。

部分負荷時的內部廢氣再循環

與進氣和排氣凸輪軸的扭矩或功率最佳位置相比，在調節進氣和排氣凸輪軸時也可以強制獲得高的廢氣再循環率。對於內部廢氣再循環量起決定作用的是：氣門重疊大小以及排氣歧管和進氣管之間的壓力差。

內部廢氣再循環有下列特性：

下圖涉及到發動機 N55：

電子氣門控制伺服馬達

第三代電子氣門控制伺服馬達也包含用於識別偏心軸位置的傳感器。另一個特點是，電子氣門控制伺服馬達由發動機油環流。噴油嘴確保偏心軸的蝸輪蝸桿傳動機構得到潤滑。

帶集成位置傳感器的無刷直流馬達將作為電子氣門控制伺服馬達投入使用。這種直流馬達因其非接觸轉換方式而無需保養並且功能強勁 (效率更好)。通過使用集成式電子模塊，電子氣門控制系統伺服馬達可非常精確地控制。

舉例N55

電動氣門控制伺服馬達最大限制為 40 安培。在超過 200 毫秒的時間段內有最大 20 安培的電流可供使用。按脈衝寬度調製控制電子氣門控制伺服馬達。脈衝負載參數在 5 和 98 % 之間。

下圖涉及到發動機 N55 的電子氣門控制系統的部件。

舉例N55

電子氣門控制系統伺服馬達的供電由數字式發動機電子伺控系統 (DME) 用 5 V 電壓進行。數字式發動機電子伺控系統 (DME) 通過 5 霍爾傳感器接收信號。5 個霍爾傳感器用於 3 次粗略的分割和 2 個細微部分。因此，電子氣門控制系統伺服馬達的轉角能夠確定為 < 7.5 °。通過渦輪軸傳動比能夠非常精確和迅速地調節氣門升程。

系統概覽

下圖所示為發動機 N55 的氣門機構系統概括：

系統功能

將描述下列系統功能：

可調式凸輪軸控制裝置, VANOS

可調式凸輪軸控制裝置已經優化。這種優化現在使 VANOS 調整裝置的擺動速度能夠更快。通過優化也能夠進一步降低易受汙染侵蝕性。

凸輪軸傳感器齒盤現在是 1 個部件，並且不再由 2 個部分製成。這個措施可提高生產精度並降低費用。

帶濾網的迴流截止閥已集成到 VANOS 電磁閥中。通過該措施也能夠減少氣缸蓋中的油道數量。另外，單向閥已集成到 VANOS 電磁閥中。VANOS 電磁閥上的濾網確保無故障工作，並可靠防止 VANOS 電磁閥被髒物卡住。

進氣和排氣凸輪軸可在它們的最大調整範圍內可變調節。達到正確的凸輪軸位置時，VANOS 電磁閥保持調節缸兩個空腔內的油量恆定。因此可將凸輪軸保持在該位置上。為了進行調節，可調式凸輪軸控制裝置需要一個有關凸輪軸當前位置的反饋信號。在進氣和排氣側各有一個凸輪軸傳感器檢測凸輪軸的位置。在發動機起動時，進氣凸輪軸在極限位置上 (在 "滯後" 位置上)。在發動機起動時通過一個彈簧片預緊排氣凸輪軸，並將其保持在 "提前" 位置。

電子氣門控制系統，Valvetronic

通過一根電動可調式偏心軸，凸輪軸對凸輪推杆的影響可通過一根中間槓桿改變。由此產生一個可變氣門升程。

一個特點是，偏心軸傳感器不再安裝在偏心軸上，而是已集成到伺服馬達中。

使用電子氣門控制系統 III。電子氣門控制系統 III 與電子氣門控制系統 II 的區別在於電子氣門控制系統伺服馬達和傳感器的佈置。使用電子氣門控制系統 III，為了通過在壓縮結束時的提前和掩蔽來優化混合氣形成，象已經在電子氣門控制系統 II 上一樣提高湍流水平。通過這個充氣運動可改善部分負荷運轉中和廢氣觸媒轉換器加熱運行中的燃燒。

提前

提前在下部部分負荷區中在兩個進氣門之間產生一個最大 1.8 mm 的升程偏差。因此吸入的新鮮氣體被攪動並旋轉。

掩蔽

掩蔽是氣門座的一種造型。這個造型現在使流入的新鮮空氣被校正，從而產生希望的充氣運動。這些措施的優點是，例如燃燒延遲可減小約 10° KW。燃燒速度更快，並且可以產生更大的氣門重疊。因此能夠明顯降低氮氧化物排放。

能夠通過組合使用電子氣門控制系統 III、直接噴射和渦輪增壓改善反應特性。直到自吸式發動機全負荷的反應特性象在帶電子氣門控制系統的自吸式發動機上一樣縮短，因為取消了進氣集氣箱的加註過程。在廢氣渦輪增壓器起動時接著建立扭矩，能夠在低發動機轉速時通過設置部分衝程而加速。這樣有助於沖洗剩餘氣體，從而更快建立扭矩。

使用一個新型無刷直流馬達。此電子氣門控制系統伺服馬達具有下列特點：

第三代電子氣門控制伺服馬達也包含用於識別偏心軸位置的傳感器。另一個特點是，發動機機油穿過和環繞流過電子氣門控制系統伺服馬達。噴油嘴確保偏心軸的蝸輪蝸桿傳動機構得到潤滑。

為降低燃油消耗而開發了電子氣門控制系統。電子氣門控制系統的控制現在已集成到數字式發動機電子伺控系統 (DME) 中。在電子氣門控制系統激活時，供給發動機的空氣不是通過電動節氣門調節器，而是通過進氣門的可調式氣門升程來調整。

下圖所示為發動機 N55 的氣門升程控制系統部件：

裝備電子氣門控制系統時，為執行下列功能而控制電動節氣門調節器：

在所有其它運行狀態下，節氣門打開至只產生一個輕微的真空為止。這個真空例如是燃油箱排氣所需要的。數字式發動機電子伺控系統 (DME) 根據加速踏板位置和其它參數計算出電子氣門控制系統的相應位置。數字式發動機電子伺控系統 (DME) 控制氣缸蓋上的電子氣門控制系統伺服馬達。電子氣門控制系統伺服馬達通過一個蝸桿傳動裝置驅動氣缸蓋油室中的偏心軸。數字式發動機電子伺控系統 (DME) 持續監控偏心軸傳感器的兩個信號。檢查這些信號是否單獨可信和相互可信。這兩個信號相互間不允許有偏差。在短路或損壞時，這些信號在測量範圍之外。數字式發動機電子伺控系統 (DME) 持續檢查，偏心軸的實際位置與標準位置是否相符。由此可看出機械機構是否動作靈活。發生故障時，閥門會被儘量打開。然後通過節氣門調節空氣輸送。如果不能識別偏心軸的當前位置，則閥門會被不加調節地最大打開（受控的緊急運行）。為達到正確的閥門孔開啟程度，必須通過調校補償氣門機構內的所有公差。在這個調校過程中，調節到偏心軸的機械限位。

存儲以此學習的位置。這些位置在各種情況下都用作計算當前氣門升程的基礎。調校過程自動進行。

每次重新起動時將偏心軸位置與學習的數值相比較。如果例如在某次維修後識別到偏心軸的另一個位置，則執行調校過程。此外可以通過診斷系統調用調校。

下圖所示為發動機 N55 的部件：

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