寶馬740Li進(jìn)氣VANOS故障兩例

山東/肖超

寶馬740Li進(jìn)氣VANOS故障兩例

山東/肖超

案例1：2010年寶馬740Li（F02）鏈條張緊器發(fā)卡導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警

圖1 VANOS調(diào)節(jié)原理圖

圖2 VANOS液壓基本原理圖

故障現(xiàn)象：一輛2010年寶馬740Li轎車，配備N54發(fā)動(dòng)機(jī)，行駛里程56814km。因?yàn)榧奔铀贂r(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警來我站維修。試車故障存在，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警后加速無力。

故障診斷：連接ISID有以下故障碼：130108 VANOS進(jìn)氣調(diào)節(jié)誤差，位置未達(dá)到；120408 增壓壓力調(diào)節(jié)被禁止。對(duì)于120408這個(gè)故障碼，如果進(jìn)氣VANOS系統(tǒng)出現(xiàn)故障DME會(huì)停用增壓系統(tǒng)，執(zhí)行檢測(cè)計(jì)劃也要求先解決VANOS系統(tǒng)的故障。在這里簡(jiǎn)單介紹下VANOS系統(tǒng)（如圖1所示）。N54發(fā)動(dòng)機(jī)都采用無級(jí)雙VANOS，根據(jù)DME的指令兩個(gè)凸輪軸可實(shí)現(xiàn)任意位置。DME根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷信號(hào)、進(jìn)氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度,計(jì)算出需要的進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸位置 ,VANOS電磁閥接收到DME信號(hào)將機(jī)油分配給兩個(gè)VANOS單元。VANOS單元帶動(dòng)進(jìn)排氣凸輪軸可在其最大調(diào)節(jié)范圍內(nèi)可變調(diào)節(jié)。達(dá)到正確的凸輪軸位置時(shí)，VANOS 電磁閥保持調(diào)節(jié)缸兩個(gè)葉片腔的油容量恒定，因此可將進(jìn)氣凸輪軸保持在該位置上。為了進(jìn)行調(diào)節(jié)，可調(diào)式凸輪軸控制裝置需要一個(gè)有關(guān)凸輪軸當(dāng)前位置的反饋信號(hào)，在進(jìn)氣和排氣側(cè)各有一個(gè)凸輪軸傳感器檢測(cè)凸輪軸的位置，通過進(jìn)氣凸輪軸傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)控制可識(shí)別出第 1 個(gè)汽缸是在壓縮階段還是換氣階段。另外傳感器向DME提供凸輪軸位置的信號(hào)，用于調(diào)節(jié)變量凸輪軸（VANOS）。凸輪軸傳感器借助一個(gè)固定在凸輪軸上的增量輪（凸輪軸傳感器齒盤）探測(cè)進(jìn)排氣凸輪軸的位置，增量輪有 6 個(gè)不同的齒面，齒面距離由霍爾傳感器進(jìn)行記錄，輸出信號(hào)通過齒面顯示低狀態(tài)，通過空隙顯示高狀態(tài)。在曲軸傳感器失靈時(shí)，DME依據(jù)凸輪軸轉(zhuǎn)速計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行緊急運(yùn)行。但是凸輪軸傳感器信號(hào)的分辨率太不準(zhǔn)確，因此無法替代曲軸傳感器。進(jìn)氣凸輪軸傳感器連同曲軸傳感器一起，為順序噴射裝置提供必須的轉(zhuǎn)速信號(hào)和最佳點(diǎn)火時(shí)刻。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器讀入傳感器信號(hào)并將信號(hào)與保存的樣本進(jìn)行比較。通過比較傳感器信號(hào)和樣本，可以識(shí)別出凸輪軸的正確位置或偏差。由此計(jì)算出：凸輪軸轉(zhuǎn)速、凸輪軸的確切位置。為啟動(dòng)車輛，DME檢查下列條件是否滿足：曲軸傳感器發(fā)出的信號(hào)有沒有錯(cuò)誤，必須以規(guī)定的時(shí)間順序?qū)ηS轉(zhuǎn)速信號(hào)和凸輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，這一步驟稱為同步過程，只有在同步以后發(fā)動(dòng)機(jī)控制器才能正確地控制燃油噴射，不同步時(shí)不能啟動(dòng)車輛。在車輛啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣凸輪軸在極限位置上（在“滯后”位置）總線端 KL. 15N 為VANOS 電磁閥供電。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送按脈沖寬度調(diào)制的控制信號(hào)。 在怠速時(shí)，凸輪軸被調(diào)節(jié)到只有很小的氣門重疊，甚至是沒有氣門重疊，很少的剩余氣量將使得燃燒更加穩(wěn)定，怠速也因此穩(wěn)定。達(dá)到最小的氣門重疊時(shí)，伴隨著的是很大的進(jìn)氣角度和排氣角度，甚至到了最大。此時(shí)VANOS 電磁閥不通電。即使在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，仍占據(jù)該凸輪軸位置。為了在高轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到良好的功率且排氣門較晚打開，這樣燃燒延長(zhǎng)到活塞上。VANOS 電磁閥在上止點(diǎn)后打開，在下止點(diǎn)后較晚關(guān)閉，流入空氣的動(dòng)態(tài)再增壓效果因此可以用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，在增壓區(qū)域掃氣壓力差為正，氣門重疊角較大，因此可以充分掃氣并獲得更大的扭矩，流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣更多的被燃燒掉，汽缸中幾乎不再有剩余氣體。

現(xiàn)有機(jī)油回路（如圖2所示）為從油底殼處經(jīng)過機(jī)油泵通過一個(gè)集成在發(fā)動(dòng)機(jī)油濾清器內(nèi)的回流關(guān)斷閥進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)油濾清器，并通過附加開孔和部件進(jìn)一步擴(kuò)展。機(jī)油通過一個(gè)開孔進(jìn)入結(jié)構(gòu)為4/3 通比例的VANOS電磁閥。該電磁閥根據(jù)需要使 VANOS 調(diào)節(jié)活塞任意一側(cè)承受機(jī)油壓力。通過一個(gè)斜齒嚙合VANOS 齒輪機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)凸輪軸。DME通過曲軸傳感器識(shí)別曲軸位置，通過凸輪軸傳感器識(shí)別出凸輪軸相對(duì)于曲軸的位置。因此，DME可通過控制電磁閥調(diào)節(jié)凸輪軸相對(duì)于曲軸的位置，DME 內(nèi)存儲(chǔ)了有關(guān)凸輪軸相對(duì)于曲軸位置的特性曲線。這些特性曲線主要考慮參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置（負(fù)荷要求）。

為了使 VANOS 移出其靜止位置（如圖3所示），通過機(jī)油通道將機(jī)油輸送至提前調(diào)節(jié)壓力室。在機(jī)油壓力的作用下，鎖止銷克服鎖止彈簧作用力向外壓。這樣可從帶齒圈的殼體上釋放轉(zhuǎn)子，從而使其能夠在機(jī)油壓力的作用下扭轉(zhuǎn)。來自延遲調(diào)節(jié)壓力室的機(jī)油通過機(jī)油通道把機(jī)油輸送至氣門室內(nèi)，因?yàn)闄C(jī)油通道位于VANOS 機(jī)油通道的最高點(diǎn)，所以VANOS機(jī)油通道不會(huì)排空機(jī)油。

圖3 VANOS單元調(diào)節(jié)原理圖

可調(diào)式凸輪軸控制裝置正時(shí)控制系統(tǒng)用于在低轉(zhuǎn)速和中等轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高扭矩，同時(shí)為怠速和最大功率設(shè)置最合理的氣門配氣相位，改善低速和中等轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增高時(shí)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻向“延遲”方向推移。所選擇的關(guān)閉時(shí)刻要確保盡可能達(dá)到最佳汽缸充氣效果，從而獲得較大的功率輸出。利用凸輪軸調(diào)節(jié)裝置可改變氣門開啟重疊率，從而能夠控制汽缸內(nèi)的殘余氣體量。在汽缸內(nèi)保留部分殘余氣體可限制燃燒溫度，從而降低NOx 排放量。無級(jí) VANOS 通過改變氣門開啟重疊率進(jìn)行內(nèi)部廢氣再循環(huán)，在氣門開啟重疊階段，廢氣由排氣通道流入進(jìn)氣通道內(nèi)，因此處于較低和中等轉(zhuǎn)速范圍時(shí)，調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸主要用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和進(jìn)行內(nèi)部廢氣再循環(huán)。轉(zhuǎn)速較高時(shí)，主要用于改善功率輸出。調(diào)節(jié)排氣凸輪軸用于優(yōu)化怠速質(zhì)量或?qū)崿F(xiàn)最大廢氣再循環(huán)率。相對(duì)于不帶無級(jí)雙 VANOS 的發(fā)動(dòng)機(jī)來說，最多可節(jié)省燃油10%。綜上所述無級(jí)雙VANOS系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：在較低和中等轉(zhuǎn)速范圍時(shí)提高扭矩；通過減少氣門重疊率減少殘余空氣量，從而改善怠速運(yùn)行情況； 在部分負(fù)荷范圍內(nèi)進(jìn)行內(nèi)部廢氣再循環(huán)，以便減少氮氧化物； 更迅速地加熱催化轉(zhuǎn)換器并降低冷啟動(dòng)后未經(jīng)處理的廢氣； 降低耗油量。

圖4 進(jìn)氣VANOS電磁閥波形

執(zhí)行檢測(cè)計(jì)劃出現(xiàn)130108這個(gè)故障碼的原因有：進(jìn)氣凸輪軸傳感器損壞，進(jìn)氣凸輪軸傳感器線路故障，進(jìn)氣VANOS電磁閥損壞，進(jìn)氣VANOS電磁閥線路故障，DME損壞，軟件程序出現(xiàn)問題，進(jìn)氣VANOS控制模塊損壞，進(jìn)氣VANOS單元信號(hào)盤損壞，進(jìn)氣凸輪軸卡滯造成的VANOS單元調(diào)不動(dòng)，機(jī)油壓力控制出現(xiàn)問題。本著由簡(jiǎn)到繁的順序，首先沖洗進(jìn)氣VANOS電磁閥，試車，故障依舊。對(duì)調(diào)進(jìn)排氣VANOS電磁閥，刪除VANOS調(diào)校值，試車，故障依然存在。執(zhí)行車輛編程，排除軟件程序可能性，故障依然存在。怠速時(shí)我們檢查進(jìn)氣VANOS電磁閥供電為15.3V，正常，搭鐵正常。在怠速到5000r/min時(shí)，以及急加速時(shí)測(cè)量進(jìn)氣VANOS電磁閥波形正常（如圖4所示）。檢查進(jìn)氣凸輪軸傳感器供電15.2V，正常，搭鐵無異常。在怠速到5000r/min時(shí)以及急加速時(shí)測(cè)量進(jìn)氣凸輪軸傳感器信號(hào)波形正常，對(duì)調(diào)進(jìn)排氣凸輪軸傳感器試車，故障存在。會(huì)不會(huì)是進(jìn)氣VANOS單元的問題呢？ 我們拆下氣門室蓋檢查配氣相位和進(jìn)氣VANOS單元未見異常。對(duì)于N55、N52發(fā)動(dòng)機(jī)VANOS單元容易出現(xiàn)問題，檢查此車進(jìn)氣VANOS單元，信號(hào)盤未見異常，但是為了保險(xiǎn)起見，更換進(jìn)氣VANOS單元試車無異常。本以為故障就這樣解決了，可是在客戶提車時(shí)故障重新出現(xiàn)，我們注意到故障在轉(zhuǎn)彎加速時(shí)容易出現(xiàn)。這次重新整理思路，檢查了機(jī)油濾波器未見異常，無鐵屑，先做的保養(yǎng)換的新機(jī)油可以排除機(jī)油本身的問題。測(cè)量機(jī)油壓力，熱車怠速時(shí)為200kPa,加油到3000r/min時(shí)機(jī)油壓力達(dá)600kPa，正常。機(jī)油底座里面有一個(gè)單身閥是用來給缸蓋機(jī)油保壓的，會(huì)不會(huì)是它的問題呢？與一輛同款車對(duì)調(diào)機(jī)油濾清器底座，試車，故障存在。檢查缸蓋上的進(jìn)排氣VANOS單向閥無臟堵，無異常，將進(jìn)排氣VANOS單向閥互調(diào)，故障依舊。為了排除線路故障，將進(jìn)排氣VANOS電磁閥線束針腳對(duì)調(diào)，故障依舊。將進(jìn)排氣凸輪軸傳感器線束針腳對(duì)調(diào)，故障依舊。進(jìn)氣VANOS電磁閥對(duì)調(diào)過,進(jìn)氣凸輪軸傳感器對(duì)調(diào)過,相關(guān)線路對(duì)調(diào)過，VANOS單元是新的，現(xiàn)在只剩下DME了，更換DME并給車輛編程，故障依舊。應(yīng)該解決的都解決了，會(huì)不會(huì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部磨損呢？又一次拆檢了正時(shí)機(jī)構(gòu)，分解了進(jìn)氣凸輪軸支撐條，檢查支撐條未見異常磨損，矩形環(huán)正常。檢查鏈條張緊器、凸輪軸發(fā)現(xiàn)有些發(fā)卡且有大量的劃痕，對(duì)比了同款車的鏈條張緊器無發(fā)卡無劃痕。抱著試試看看的態(tài)度，將好的鏈條張緊器裝配車輛試車，無異常。多次轉(zhuǎn)彎急加速，故障沒有出現(xiàn)。

故障排除：更換鏈條張緊器，反復(fù)試車，故障排除。

故障總結(jié)：此車主要是因?yàn)殒湕l張緊器發(fā)卡導(dǎo)致進(jìn)氣VANOS單元調(diào)節(jié)產(chǎn)生誤差，但是為什么只報(bào)進(jìn)氣凸輪調(diào)校故障呢？在發(fā)動(dòng)機(jī)加速的時(shí)候進(jìn)氣VANOS比排氣VANOS調(diào)節(jié)幅度要多。在這個(gè)案例中，就只會(huì)報(bào)進(jìn)氣VANOS故障。

案例2：2012年寶馬740Li（F02）進(jìn)氣凸輪軸支撐條磨損導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警

故障現(xiàn)象：一輛2012年寶馬740Li（F02），配備N54發(fā)動(dòng)機(jī),行駛里程92586km。因?yàn)閭鲃?dòng)系統(tǒng)報(bào)警且加速無力來我廠維修。接車后試車故障存在，在急加速時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警，加油加不上。

故障診斷：利用寶馬原廠診斷設(shè)備ISID檢測(cè)，故障碼有120408：增壓壓力調(diào)節(jié)被禁止；130108：VANOS進(jìn)氣調(diào)節(jié)誤差，位置未達(dá)到。執(zhí)行增壓壓力故障檢測(cè)計(jì)劃提示先解決VANOS進(jìn)氣調(diào)節(jié)故障，造成這個(gè)故障的原因有進(jìn)氣VANOS單元故障，進(jìn)氣VANOS信號(hào)盤損壞，進(jìn)氣凸輪軸磨損卡滯，進(jìn)氣VANOS單元供油系統(tǒng)出現(xiàn)問題，VANOS電磁閥本身及其線路出現(xiàn)問題，DME出現(xiàn)問題。從理論上去推理，當(dāng)急加速的時(shí)候傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障加油加不上，DME出于安全保護(hù)所以停用增壓系統(tǒng)，但也不排除增壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題的可能性，所以需要先解決VANOS故障。按照由簡(jiǎn)到繁的順序首先用ISID執(zhí)行進(jìn)排氣VANOS電磁閥清洗，刪除故障碼試車，在急加速時(shí)故障出現(xiàn)，這時(shí)出現(xiàn)的故障碼只是增壓故障沒有出現(xiàn)，證明先解決進(jìn)氣VANOS故障是正確的。將進(jìn)排氣電磁閥對(duì)調(diào)后試車，故障依舊。怠速時(shí)檢查進(jìn)氣VANOS電磁閥供電為14.08V，插頭、搭鐵、導(dǎo)線均正常。怠速時(shí)進(jìn)氣凸輪軸傳感器供電為14.2V，插頭、信號(hào)線、搭鐵線均正常。檢測(cè)進(jìn)氣VANOS電磁閥波形正常，檢測(cè)進(jìn)氣凸輪軸傳感器波形正常。檢查到這里可以排除DME、相關(guān)線路、進(jìn)氣VANOS電磁閥。既然進(jìn)氣VANOS電磁閥波形正常，進(jìn)氣凸輪軸傳感器波形正常，所測(cè)電壓搭鐵導(dǎo)線無異常，也就是說，進(jìn)氣VANOS電磁閥、進(jìn)氣凸輪軸傳感器、DME和它們之間的線路是正常的，剩下的只有機(jī)油壓力和進(jìn)氣VANOS系統(tǒng)的機(jī)械部分。檢查機(jī)油品質(zhì)，顏色黏度正常（客戶在1000km前做的機(jī)油保養(yǎng)），無雜質(zhì)，無鐵屑。檢測(cè)機(jī)油壓力，冷車啟動(dòng)瞬間壓力為600kPa，15min后降到400kPa,之后緩慢降到200kPa。熱車怠速時(shí)為 200kPa,加油到3000r/min，機(jī)油壓力達(dá)600kPa，機(jī)油壓力正常。拆檢了鏈條張緊器，發(fā)現(xiàn)鏈條張緊器伸縮有發(fā)卡，對(duì)調(diào)了一個(gè)新的鏈條張緊器后試車故障依舊。檢測(cè)還是存有進(jìn)氣VANOS調(diào)節(jié)誤差，位置未達(dá)到故障碼。現(xiàn)在剩下的就只有配氣相位和內(nèi)部機(jī)械部分，拆檢氣門室蓋罩，檢查配氣相位、進(jìn)氣VANOS單元、信號(hào)盤無異常，拆檢進(jìn)氣凸輪軸支撐條發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣凸輪軸支撐條矩形環(huán)接觸部位磨損嚴(yán)重（如圖5所示），故障原因終于找到。在怠速時(shí)由于機(jī)油壓力相對(duì)較低，進(jìn)氣VANOS單元能夠正常調(diào)節(jié)，當(dāng)急加速時(shí)機(jī)油壓力升高，由于支撐條和矩形環(huán)接合處磨損嚴(yán)重?zé)o法密封油道造成機(jī)油壓力降低，降低的機(jī)油壓力無法正常驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣VANOS單元，所以出現(xiàn)加速無力，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈報(bào)警。這也是為什么怠速試車正常，當(dāng)急加速時(shí)故障出現(xiàn)的原因。

故障排除：更換新的進(jìn)氣凸輪軸和矩形環(huán)并刪除故障碼，反復(fù)試車故障排除。

圖5 磨損位置