揭秘寶馬N52發(fā)動(dòng)機(jī)電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)VALVETRONIC

【摘? 要】本文主要介紹寶馬N52發(fā)動(dòng)機(jī)電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)（VALVETRONIC）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體工作過程以及控制原理，并根據(jù)故障代碼進(jìn)行故障原因的分析和排除故障。

【關(guān)鍵詞】VALVETRONIC;結(jié)構(gòu);工作過程;控制原理;故障檢測

中圖分類號(hào)：U463.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）05-0092-03

【Abstract】This paper mainly introduces the structure characteristics，specific working process and control principle of BMW N52 engine VALVETRONIC system，and according to the fault code for fault analysis and troubleshooting.

【Key words】VALVETRONIC;structure;working process;control principle;fault detection

作者簡介

唐金友（1986—），男，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向?yàn)槠囍圃炫c檢修專業(yè)教學(xué)。

1? VALVETRONIC的概述

VALVETRONIC是寶馬公司最新研制的氣門控制技術(shù)。VALVETRONIC技術(shù)除了保留原先的可變凸輪軸控制裝置（雙VANOS）外，還不斷通過技術(shù)改進(jìn)，增加了全可變氣門行程控制裝置。配備VALVETRONIC的寶馬N52發(fā)動(dòng)機(jī)不但可以按需改變進(jìn)、排氣門的打開和關(guān)閉時(shí)間，還能隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和工況的變化實(shí)施氣門升程控制。全可變氣門行程控制裝置只在進(jìn)氣門升程控制方面起作用，而凸輪軸控制裝置則在進(jìn)氣和排氣側(cè)，控制氣門開啟和關(guān)閉時(shí)刻。

VALVETRONIC又被稱為免節(jié)氣負(fù)荷控制系統(tǒng)，即在發(fā)動(dòng)機(jī)處于進(jìn)氣沖程時(shí)，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)通過控制節(jié)氣門的開度實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣量的控制，而配備VALVETRONIC技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)則通過改變進(jìn)氣門的升程來控制吸入氣缸的空氣量，這樣可顯著減少泵氣損失，從而有效降低燃油消耗量。VALVETRONIC不僅可以進(jìn)一步提高汽車動(dòng)力性能，還能改善尾氣排放值和提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，因此該技術(shù)在寶馬N52發(fā)動(dòng)機(jī)中得到廣泛的運(yùn)用。本文主要對(duì)VALVETRONIC結(jié)構(gòu)、控制原理和常見故障進(jìn)行闡述。

2? VALVETRONIC的基本結(jié)構(gòu)

電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)VALVETRONIC主要由伺服電機(jī)、扭轉(zhuǎn)彈簧、固定架、偏心軸、中間推桿、滾子式氣門壓桿等零件組合而成。VALVETRONIC各零部件的具體安裝位置和裝配關(guān)系如圖1所示。

從圖1可知，伺服電機(jī)是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，它安裝在進(jìn)氣凸輪軸上方，伺服電機(jī)工作時(shí)驅(qū)動(dòng)蝸桿發(fā)生旋轉(zhuǎn)。偏心軸則位于伺服電機(jī)和進(jìn)氣凸輪軸之間，在偏心軸上直接加工出一個(gè)扇形渦輪和多個(gè)偏心凸輪，偏心凸輪的數(shù)量與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門數(shù)量一致。伺服電機(jī)的蝸桿與偏心軸上的蝸輪相互配合，它們借助蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使得偏心軸能在一定范圍內(nèi)發(fā)生精確的連續(xù)偏轉(zhuǎn)。因?yàn)槲佪單仐U機(jī)構(gòu)具有很強(qiáng)的自鎖功能，所以偏心軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)后無需采取任何措施鎖止偏心軸。中間推桿介于偏心軸和進(jìn)氣凸輪軸之間，中間推桿由鋼板制成。中間推桿上端通過滾輪緊靠偏心軸，下端通過弧形的斜臺(tái)壓在滾子式氣門壓桿上，中部通過滾輪頂著進(jìn)氣凸輪軸的凸輪。為了確保在怠速工況下，各缸充氣效率一致，因此把中間推桿分為6個(gè)等級(jí)，分別是00～05。扭轉(zhuǎn)彈簧安裝在固定架上，扭轉(zhuǎn)彈簧的一端通過螺栓固定在氣缸蓋上，另外一端壓在中間推桿的弧形斜臺(tái)上。在扭轉(zhuǎn)彈簧的彈力作用下，迫使中間推桿能一直可靠地與偏心軸和進(jìn)氣凸輪軸保持接觸。進(jìn)氣HVA將中間推桿下端的弧形斜臺(tái)與滾子式氣門壓桿的接觸保持在零間隙。

3? VALVETRONIC工作過程

在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下，伺服電機(jī)通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)到初始位置0°，此時(shí)，偏心軸上的偏心凸輪角度發(fā)生了變化，偏心凸輪凸起部分不再頂著中間推桿上端滾輪，中間推桿的位置較全負(fù)荷時(shí)也隨之發(fā)生了變化。同時(shí)，在杠桿原理的作用下，增大了中間推桿下端的弧形斜臺(tái)與滾子式氣門壓桿的接觸面，改變了進(jìn)氣凸輪軸與滾子式氣門壓桿的傳動(dòng)比。進(jìn)氣凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)到凸頂，跟中間推桿中部滾輪接觸時(shí)，此時(shí)氣門升程達(dá)到最小行程0.2mm，具體見圖2。

在發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷工況下，伺服電機(jī)通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)170°，此時(shí)偏心軸處于極限位置。偏心軸上的偏心凸輪也跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，中間推桿在偏心凸輪作用下圍繞某個(gè)中心朝凸輪軸方向移動(dòng)，從而改變了中間推桿的位置，此時(shí)中間推桿下端的弧形斜臺(tái)與滾子式氣門壓桿的接觸面發(fā)生了變化。中間推桿的中部滾輪在進(jìn)氣凸輪軸推動(dòng)下，帶動(dòng)中間推桿的下端弧形斜臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾子式氣門壓桿，進(jìn)氣門開啟行程達(dá)到最大9.9mm，增大了進(jìn)入氣缸的空氣量，進(jìn)一步滿足發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷下的動(dòng)力性要求，具體見圖3。

電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)VALVETRONIC利用中間推桿的位置變化改變了滾子式氣門壓桿與進(jìn)氣凸輪軸的傳動(dòng)比，進(jìn)而使得進(jìn)氣門行程可以在300ms以內(nèi)由怠速工況向全負(fù)荷工況順利過渡。整個(gè)調(diào)節(jié)過程采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確控制，使得氣門升程調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，提高了駕駛的舒適性。進(jìn)氣門行程和正時(shí)曲線如圖4所示。

4? VALVETRONIC控制原理

當(dāng)駕駛員踩油門踏板時(shí)，安裝在油門踏板上的電位計(jì)型加速踏板位置傳感器，將油門踏板位置變化的信息以信號(hào)電壓變化的形式發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元接收此信號(hào)電壓，然后結(jié)合曲軸位置傳感器輸入的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，最終計(jì)算出此時(shí)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的總空氣量，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元再通過內(nèi)部運(yùn)算把總進(jìn)氣量換算為基本的進(jìn)氣門升程。冷卻液溫度、空氣流量以及進(jìn)氣溫度等信號(hào)通過相關(guān)傳感器的實(shí)時(shí)檢測，并同步傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元借助上述信號(hào)對(duì)進(jìn)氣門升程加以基本修正。最后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元再通過凸輪軸位置傳感器和偏心軸位置傳感器的信號(hào)對(duì)進(jìn)氣門升程進(jìn)行反饋修正。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元結(jié)合基本氣門升程、基本修正和反饋修正最終確定目標(biāo)的進(jìn)氣門升程。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元向伺服電機(jī)發(fā)出目標(biāo)的進(jìn)氣門升程控制指令。氣門伺服電機(jī)收到控制指令后，隨即利用渦輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)偏心軸，使得偏心軸發(fā)生一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，中間推桿在偏心軸的偏心凸輪作用下發(fā)生了位置的變化，使得進(jìn)氣凸輪軸與滾子式氣門壓桿的傳動(dòng)比發(fā)生了變化，進(jìn)而起到了調(diào)節(jié)氣門升程的作用。具體控制原理見圖5。

5? VALVETRONIC常見故障代碼分析

N52發(fā)動(dòng)機(jī)所涉及的電子氣門控制系統(tǒng)的常見故障現(xiàn)象主要有：客戶投訴在汽車運(yùn)行過程中發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈一直保持常亮狀態(tài)，在各工況下發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率異常，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行過程中易熄火，起動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)但發(fā)動(dòng)機(jī)無起動(dòng)跡象，踩油門時(shí)車輛表現(xiàn)出加速無力，以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不超過1500r/min等。

依據(jù)以上對(duì)電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制原理的分析，結(jié)合具體的故障現(xiàn)象，首先采用寶馬專用診斷設(shè)備ISID（圖6）讀取故障代碼存儲(chǔ)器故障記憶，然后根據(jù)診斷提示進(jìn)行故障的排除，必要時(shí)根據(jù)寶馬PUMA措施執(zhí)行故障排除。

1）如果車輛故障代碼存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了以下故障記憶，具體如表1所示。如果故障代碼呈間歇性出現(xiàn)，則說明存在虛假故障（無真實(shí)的零件故障），忽略此故障代碼，并刪除故障代碼存儲(chǔ)器的故障記憶。如果上述故障代碼持續(xù)存在，則采用寶馬專用檢測儀ISID進(jìn)行診斷，根據(jù)診斷結(jié)果排除故障，同時(shí)使用高版本給車輛進(jìn)行編程。

2）如果存儲(chǔ)了故障代碼135704——電子氣門控制系統(tǒng)超出了調(diào)節(jié)偏差的警告閾值，該故障135704是一個(gè)連鎖故障，與其他故障（例如熄火）一起出現(xiàn)，可以忽略故障135704，對(duì)于其他故障，用ISID進(jìn)行診斷。如果上述故障持續(xù)存在，則用高版本給車輛進(jìn)行編程。

3）如果存儲(chǔ)了以下故障代碼，如表2所示。針對(duì)故障3719，用ISID進(jìn)行診斷，根據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行故障排除。故障代碼2DCB、2DBB、2DE5、2DE9是純粹的連鎖故障，可以忽略。倘若不存在3719，針對(duì)2DCB、2DBB、2DE5、2DE9務(wù)必用ISID展開診斷，依據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行故障排除。

4）如果存儲(chǔ)了故障代碼2DCE——電子氣門控制系統(tǒng)無法進(jìn)行調(diào)節(jié)，首先可以檢查線束外表，確保線束外表的絕緣層沒破損現(xiàn)象，然后檢查氣門伺服電機(jī)的插接器是否插接牢固，接著在保證電線束和插頭均連接正常的前提下，使用寶馬專用診斷設(shè)備ISID啟動(dòng)電子氣門控制系統(tǒng)磨合程序。如果磨合程序能順利啟動(dòng)并執(zhí)行，則使用ISID刪除故障代碼，不用更換相關(guān)部件。

6? 總結(jié)

伴隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)汽車動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性能的追求也隨之逐步提高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)電子氣門控制技術(shù)也會(huì)不斷改善和發(fā)展，相信在不久的將來，VALVETRONIC技術(shù)將在寶馬各系列發(fā)動(dòng)機(jī)上得到更全面、更充分的運(yùn)用。

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（編輯? 楊? 景）