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01系统功能与原理

通过一根电动可调式偏心轴，凸轮轴对凸轮推杆的影响可通过一根中间杠杆改变。由此产生一个可变气门升程。

一个特点是，偏心轴传感器不再安装在偏心轴上，而是已集成到伺服电动机中。

电子气门控制系统Ⅲ投入应用。电子气门控制系统Ⅲ与电子气门控制系统Ⅱ的区别在于电子气门控制伺服电动机和传感器的布置。混合气的形成通过提前和掩蔽得到了优化。在压缩结束时，涡流的强度等级增大。通过这个充气运动可改善部分负荷运转中和废气催化转换器加热运行中的燃烧。

提前在下部部分负荷区中的两个进气门之间产生一个最大1.8mm的升程偏差。因此吸入的新鲜气体被搅动并旋转。

掩蔽是气门座的一种造型。这个造型现在使流入的新鲜空气被校正，从而产生希望的充气运动。这些措施的优点是，燃烧延迟可减小约10°。燃烧速度更快，并且可以产生更大的气门重叠，因此能够明显降低氮氧化物排放。

能够通过组合使用电子气门控制系统Ⅲ、直接喷射和涡轮增压改善反应特性，直到自吸式发动机全负荷的反应特性像在带电子气门控制系统的自吸式发动机上一样缩短，因为取消了进气集气箱的加注过程。在废气涡轮增压器启动时接着建立转矩，能够在发动机低转速时通过设置部分冲程而加速。这样有助于冲洗剩余气体，从而更快建立转矩。

使用一个新型无刷直流电动机。此电子气门控制系统伺服电动机具有下列特点：开放式概念（机油穿过）；偏心轴角度可根据发动机转速计算；输入功率降低约50%；调节的动态性更高（例如由气缸选择性地调节或怠速控制）；减小质量（约g）。

为降低燃油消耗而开发了电子气门控制系统。电子气门控制系统的控制目前已集成到数字式发动机电子伺控系统（DME）中。在电子气门控制系统激活时，供给发动机的空气不是通过电动节气门调节器，而是通过进气门的可调式气门升程来调整。

装备电子气门控制系统时，为执行下列功能而控制电动节气门调节器：车辆启动（暖机过程）；怠速控制；满负荷运转；紧急运行。

在所有其他运行状态下，节气门打开直至只产生一个轻微的真空为止。数字式发动机电子伺控系统（DME）根据加速踏板位置和其他参数计算出电子气门控制系统的相应位置。数字式发动机电子伺控系统（DME）控制气缸盖上的电子气门控制系统伺服电动机。电子气门控制系统伺服电动机通过一个蜗杆传动装置驱动气缸盖油室中的偏心轴。数字式发动机电子伺控系统（DME）持续监控偏心轴传感器的两个信号。检查这些信号是否单独可信和相互可信。这两个信号相互间不允许有偏差。在短路或损坏时，这些信号在测量范围之外。数字式发动机电子伺控系统（DME）持续检查偏心轴的实际位置与标准位置是否相符，由此可看出机械机构是否动作灵活。发生故障时，阀门会被尽量打开，然后通过节气门调节空气输送。如果不能识别偏心轴的当前位置，则阀门会被不加调节地最大打开（受控的紧急运行）。为达到正确的阀门孔开启程度，必须通过调校补偿气门机构内的所有公差。在这个调校过程中，调节到偏心轴的机械限位。

存储以此学习的位置。这些位置在各种情况下都用作计算当前气门升程的基础。调校过程自动进行。

每次重新启动时将偏心轴位置与学习的数值相比较。如果在某次维修后识别到偏心轴的另一个位置，则执行调校过程。此外可以通过诊断系统调用调校。

02电子气门控制伺服电动机

第三代电子气门控制伺服电动机的一个特点是包含用于识别偏心轴位置的传感器。另一个特点是，发动机机油环绕着电子气门控制伺服电动机流动。喷油嘴确保偏心轴的蜗轮蜗杆传动机构得到润滑。

带集成位置传感器的无刷直流电动机将作为电子气门控制伺服电动机投入使用。这种直流电动机因其非接触转换方式而无需保养并且功能强劲（效率更好）。通过使用集成式电子模块，电子气门控制伺服电动机可非常精确地控制，其部件见下图。

1—电子气门控制伺服电动机；2—11芯插头连接

通过DME实现脉冲宽度调制。相线内可能短暂（小于ms）流过最高60A的电流。伺服电动机中集成有5个霍尔传感器，其由DME提供一个5V的电压。此传感器提供了一个分辨率为6°转角的执行器，其传动比应符合气门升程为0.25mm时的精度。

具有独立可调式凸轮轴控制装置VANOS电磁阀的传统VANOS已从结构上进行了修改。采用VANOS电磁执行器和机械式VANOS中央阀门减少气缸盖中的油道。

可调式凸轮轴控制装置正时控制系统用于在低转速和中等转速范围内提高转矩。同时为怠速和最大功率设置最合理的气门配气相位。

进气和排气凸轮轴可在它们的最大调整范围内可变调节。达到正确的凸轮轴位置时，VANOS电磁阀保持调节缸两个空腔内的油量恒定。因此可将凸轮轴保持在该位置上。为了进行调节，可调式凸轮轴控制装置需要一个有关凸轮轴当前位置的反馈信号。在进气和排气侧各有一个凸轮轴传感器检测凸轮轴的位置。在发动机启动时，进气凸轮轴在极限位置上（在“滞后”位置上）。在发动机启动时通过一个弹簧片预紧排气凸轮轴，并将其保持在“提前”位置。

N20发动机伺服电动机安装位置如图所示▼

电子气门控制电动机位置（第3代Valvetronic）▲

1—喷油嘴；2—偏心轴；3—扭转弹簧；4—拉杆；5—进气凸轮轴；6—中间杠杆；7—凸轮推杆；8—液压气门间隙调整；9—气门弹簧；10—进气门；11—电子气门控制伺服电动机；12—排气门；13—气门弹簧；14—液压气门间隙调整；15—凸轮推杆；16—排气凸轮轴；17—密封防尘套；18—12芯插头连接

电动气门控制伺服电动机最大限制为40A。最大20A可支配超过ms的时间段。按脉冲宽度调制控制电子气门控制伺服电动机。脉冲负载参数在5%~98%之间。

Valvetronic经过后续开发后应用于新款B58发动机。VVT4的特点是可从外部看到Valvetronic伺服电机▼

B58发动机的第4代Valvetronic▲

1—排气凸轮轴；2—滚子式气门压杆；3—液压气门间隙补偿元件；4—气门弹簧；5—排气门；6—进气凸轮轴；7—蜗杆传动机构；8—偏心轴；9—Valvetronic伺服电机电气接口；10—进气门

相比第3代，第4代在结构上做了部分改进，下面以N55和B58发动机的对比为例进行介绍▼

N55和B58发动机Valvetronic比较▲

A—N55发动机Valvetronic；B—B58发动机Valvetronic；1—偏心轴；2—槽板；3—回位弹簧；4—凸轮轴；5—中间推杆；6—结构高度以下组件针对Valvetronic改进后应用于B58发动机。

复合式偏心轴；

调节范围由°（N55）提高至°（B58）；

蜗杆传动机构传动比较小（37∶1）；

滑块更细更轻，仅用一个螺栓连接；

回位弹簧不用螺栓连接，而是采用插接方式；

取消了用于润滑蜗杆传动机构的机油喷嘴；

Valvetronic伺服电机更小更强劲。

改进Valvetronic后显著减小了所需安装空间。由于更换了进气凸轮轴和偏心轴，因此获得了显著的高度空间。中间推杆和槽板采用新位置后简化了气缸盖内的动力传递。槽板仅通过一个螺栓固定在支撑座上并通过两个精确接触面固定在气缸盖内。用于中间推杆的回位弹簧支撑在气缸盖与轴颈间，无需单独拧入点。偏心轴像凸轮轴一样采用“复合式”设计。电子气门控制电动机端子位置（B38发动机）▼气门机构控制电路（B48/B58发动机）▼03可调式凸轮轴控制装置VANOS

宝马发动机气门机构配备了用于进气门和排气门的可调式凸轮轴控制装置（双凸轮可变正时控制系统）。利用VANOS能够推迟进气门和排气门的打开时间。以N20发动机为例，其VANOS机构部件如下图所示▼

N20发动机带机油供给系统的VANOS▲

1—连接进气侧VANOS调节单元的机油通道；2—进气侧VANOS调节单元；3—进气凸轮轴传感器轮；4—进气侧VANOS电磁执行机构；5—主机油通道；6—用于进气凸轮轴和HVA元件的机油通道；7—排气凸轮轴传感器轮；8—排气侧VANOS电磁执行机构；9—排气侧VANOS调节单元；10—连接进气侧VANOS调节单元的机油通道；11—用于排气凸轮轴和HVA元件的机油通道；12—链条张紧器

进气凸轮轴传感器和排气凸轮轴传感器检测凸轮轴的位置。为此在凸轮轴上固定了一个增量轮（凸轮轴传感器齿盘）。凸轮轴传感器利用霍尔效应工作。供电通过数字式发动机电子伺控系统（DME）用5V电压进行。此传感器通过信号线向数字式发动机电子伺控系统（DME）提供一个数字信号。

进气凸轮轴传感器固定在气缸盖罩上。在曲轴传感器失灵时，数字式发动机电子伺控系统（DME）据此计算出发动机转速。进气凸轮轴传感器连同曲轴传感器，是全顺序喷射装置所必需的（每个气缸的燃油喷射都在最佳点火时刻）。

数字式发动机电子伺控系统（DME）可以通过进气凸轮轴传感器识别出第1缸是处在压缩阶段还是换气阶段。另外向传感器提供凸轮轴位置的反馈信号，用于调节变量凸轮轴（VANOS）。

进气凸轮轴传感器是作为无接触霍尔传感器安装的。凸轮轴传感器齿盘有6个不同的齿面距离。霍尔传感器探测这些齿面距离。

为启动发动机，数字式发动机电子伺控系统（DME）应检查下列条件是否满足：曲轴传感器发出的信号没有错误；信号都必须按规定的时间顺序识别到。

这一步骤称为同步过程，并仅在车辆启动时执行。同步时数字式发动机电子伺控系统（DME）能够正确控制燃油喷射；不同步时不能启动车辆。

在加上电压时，便可识别出该传感器是处于一个齿的位置，还是处于一个缺口的位置。

数字式发动机电子伺控系统（DME）读取传感器信号，并将信号与保存的样本进行比较，于是可识别凸轮轴的准确位置。

可调式凸轮轴控制装置改善低速和中等转速范围内的转矩。同时为怠速和最大功率设置最合理的气门配气相位。通过较小的气门重叠可在怠速下产生数量较少的剩余气体。通过部分负荷区的内部废气再循环降低氮氧化物。

此外还可达到下列效果：废气催化转换器的加热更快；冷机启动后的有害物质的排放更少；减小燃油消耗。

VANOS磁性激励器用于控制VANOS调整装置。从发动机转速和负荷信号计算出所需的进气凸轮轴及排气凸轮轴位置（根据进气温度和冷却液温度）。数字式发动机电子伺控系统（DME）通过VANOS磁性激励器控制VANOS调整装置。

VANOS电磁执行器▲

1—VANOS电磁执行器；2—插旋式连接；3—2芯插头连接

VANOS中央阀门固定具有凸轮轴的VANOS调整装置。同时，通过该VANOS中央阀门还能控制VANOS调整装置内的机油流量。

VANOS电磁执行器移动VANOS中央阀门。此时，VANOS电磁执行器的活塞压在VANOS中央阀门的活塞上。

VANOS中央阀门结构▲

1—过滤器；2—小球；3—弹簧片；4—柱塞；5—轴套；6—壳体；7—柱塞内的开口；8—主机油道的机油流入口；9—通向VANOS内油道的孔（提前调节）；10—通向VANOS内油道的孔（推后调节）

在怠速下调整凸轮轴要保证产生一个对油耗和运行平稳性来说最佳的较小气门重叠。达到最小的气门重叠时，伴随着的是很大的进气角度和排气角度，甚至到了最大。VANOS电磁阀这时不通电。即使在关闭发动机的情况下，仍占据该凸轮轴位置。在这种状态下调整装置自动锁定。因此在下次发动机启动时存在一个稳定的凸轮轴调整。当油泵还没有为凸轮轴调整建立足够的油压时，也可达到这个稳定的凸轮轴调整。在第一次要求调整时，流入的机油将调整装置重新解锁。

为了在发动机低转速时获得高转矩，排气门被滞后打开。这样，燃烧延长到柱塞上。在发动机高转速时，通过较大的气门重叠（排气门提前打开和排气门滞后打开）获得较高的功率。

为了实现较高的转矩，必须达到一个较高的气缸进气度。根据进气管压力（增压压力）和废气压力，进气门或排气门必须提前或滞后打开或关闭。带VANOS的发动机可以在宽的转速范围内用优化的气缸进气来描述。为获得同样的充气（对应于转矩），带VANOS的发动机需要的增压压力应比具有刚性凸轮轴位置的发动机需要的增压压力低。

原因：新鲜气体退回进气管以及剩余气体倒流回气缸都可避免。

涡轮增压时转矩升高。对于涡轮增压发动机，发动机低转速时，在增压范围内通过大的气门重叠可实现“过扫气”，从而可获得明显更大的转矩。

第一个效果：流经发动机的空气比用于燃烧所需要的更多。因此双涡流废气涡轮增压器不属于泵送范围。

第二个效果：在气缸中几乎没有剩余气体。

部分负荷时的内部废气再循环。与进气和排气凸轮轴的转矩或功率最佳位置相比，在调节进气和排气凸轮轴时也可以强制获得高的废气再循环率。对于内部废气再循环量起决定作用的是气门重叠大小以及排气歧管和进气管之间的压力差。

内部废气再循环有下列特性：

反应时间比外部废气再循环更快（使用内部废气再循环时在进气集气箱中没有剩余气体）；废气余热在气缸中快速再循环（这些附加热量在发动机冷机时可改善混合气制备并降低碳氢化合物排放）；降低燃烧温度并减少氮氧化物排放量。

本期内容来源

《新型宝马汽车结构·原理与维修》

瑞佩尔主编

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