寶馬發動機VANOS(雙可變凸輪軸控制系統)詳解

寶馬汽車的VANOS系統是一個由車輛發動機管理系統操縱的液壓和機械相結合的凸輪軸控制設備。VANOS系統基於一個能夠調整進氣凸輪軸與曲軸相對位置的調整機構。雙VANOS則增加了對進排氣凸輪軸的調整機構。

VANOS系統根據發動機轉速和加速踏板位置來操作進氣凸輪軸。在發動機轉速達到最低時，進氣門將隨後開啟以改善怠速質量及平穩度。發動機處於中等轉速時，進氣門提前開啟以增大扭矩並允許廢氣在燃燒室中進行再循環從而減少耗油量和廢氣的排放。最後，當發動機轉速很高時，進氣門開啟將再次延遲，從而發揮出最大功率。

VANOS系統極大增強了尾氣排放管理能力，增加了輸出和扭矩，提供了更好的怠速質量和燃油經濟性。VANOS系統的最新版是雙VANOS，被用於新M3車型上。該技術於1992年被首次應用於寶馬5系車型的M50發動機上。

在頂置凸輪軸發動機中，凸輪軸通過一根皮帶或者鏈條和齒輪與曲軸相連。在寶馬VANOS系統發動機內有一根鏈條和一些鏈輪。曲軸驅動排氣凸輪上的鏈輪，排氣凸輪鏈輪被螺栓固定於排氣凸輪上，第二套齒輪驅動穿過進氣凸輪的第二根鏈條，進氣凸輪上的大鏈輪沒有固定在凸輪上，因為其中間有個大孔，孔內有一套螺旋形的齒，在凸輪的一端有一個外側也是螺旋形的齒輪，但它太小，無法與大鏈輪內側的齒輪相連接。有一小塊杯狀帶有螺旋形齒輪的金屬，其內側與凸輪相配合，外側與鏈輪配合。VANOS系統的可變性就是源於齒輪的螺旋形。杯狀裝置由作用於受DME（數字式電子發動機管理系統）控制依靠油壓的液壓機構驅動。

怠速時，凸輪正時延遲。在非怠速狀態下，DME為電磁線圈通電控制油壓推動杯狀齒輪，在中等轉速下推動凸輪提前12.5度，然後在5000轉/分時，允許其回到初始位置。中速運轉時推力越大氣缸充氣越好，扭矩也就越大。我們聽到的噪聲是因公差而造成的杯狀裝置進出時鏈輪的輕微擺動聲音。

在油門踏板位置和發動機轉速的作用下，進排氣凸輪軸的氣門正時根據發動機所需的功率進行了調整，雙VANOS系統（雙可變凸輪軸控制）以此使扭矩得到了顯著提升。 在多數使用單VANOS系統的寶馬發動機中，進氣凸輪正時僅在兩個明顯的轉數點變化。而雙VANOS系統中，進氣和排氣凸輪的正時在大部分轉數范圍內持續變化。

使用雙VANOS系統，氣門升程增加了0.9毫米，使得進氣門的開啟時間因而延遲了12度。為迅速而精確的調整凸輪軸，雙VANOS系統需要非常高的油壓，以確保在發動機低轉速下能提供更大的扭矩，在高轉速時有更大的功率。隨著不完全燃燒氣體的減少，發動機怠速得到了改善。預熱階段的特殊發動機管理控制系統能幫助催化轉化器更快地達到工作溫度。

雙VANOS系統改善了低轉速功率，使扭矩曲線趨於平緩並能為該組凸輪軸擴展功率帶。雙VANOS系統發動機的扭矩峰值比單VANOS低450轉，功率峰值高200轉/分，1500-3800轉/分下的扭矩曲線也得到了改善。同時，扭矩下降的速度不會超過功率峰值。

雙VANOS系統的優點在於在各種工作狀態下，系統能夠單獨控制熱的廢氣流入進氣歧管。這被稱為“內部”廢氣再循環，使得廢氣中的可用成分得以進行再循環。

在發動機加熱過程中，VANOS系統改善了油/氣混合氣，並有助於快速將催化轉化器加熱至正常工作溫度。當發動機怠速時，系統能夠保持怠速轉速的平穩和連貫，這歸功於廢氣再循環被減少到了最低程度。在部分負載條件下，廢氣再循環提高到更高水平，允許發動機在更大的蝶形氣門開啟角度下工作以獲得更佳的燃油經濟性。全負荷件下，系統恢復較低的再循環容量以為各缸提供盡可能多的氧氣。