揭秘寶馬N52發動機電子氣門調節系統VALVETRONIC

【摘? 要】本文主要介紹寶馬N52發動機電子氣門調節系統（VALVETRONIC）的結構特點、具體工作過程以及控制原理，并根據故障代碼進行故障原因的分析和排除故障。

【關鍵詞】VALVETRONIC;結構;工作過程;控制原理;故障檢測

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：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，一級實習指導教師，研究方向為汽車制造與檢修專業教學。

1? VALVETRONIC的概述

VALVETRONIC是寶馬公司最新研制的氣門控制技術。VALVETRONIC技術除了保留原先的可變凸輪軸控制裝置（雙VANOS）外，還不斷通過技術改進，增加了全可變氣門行程控制裝置。配備VALVETRONIC的寶馬N52發動機不但可以按需改變進、排氣門的打開和關閉時間，還能隨著發動機負荷和工況的變化實施氣門升程控制。全可變氣門行程控制裝置只在進氣門升程控制方面起作用，而凸輪軸控制裝置則在進氣和排氣側，控制氣門開啟和關閉時刻。

VALVETRONIC又被稱為免節氣負荷控制系統，即在發動機處于進氣沖程時，傳統發動機通過控制節氣門的開度實現進氣量的控制，而配備VALVETRONIC技術的發動機則通過改變進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不僅可以進一步提高汽車動力性能，還能改善尾氣排放值和提高發動機工作效率，因此該技術在寶馬N52發動機中得到廣泛的運用。本文主要對VALVETRONIC結構、控制原理和常見故障進行闡述。

2? VALVETRONIC的基本結構

電子氣門調節系統VALVETRONIC主要由伺服電機、扭轉彈簧、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系如圖1所示。

從圖1可知，伺服電機是一個步進電機，它安裝在進氣凸輪軸上方，伺服電機工作時驅動蝸桿發生旋轉。偏心軸則位于伺服電機和進氣凸輪軸之間，在偏心軸上直接加工出一個扇形渦輪和多個偏心凸輪，偏心凸輪的數量與發動機進氣門數量一致。伺服電機的蝸桿與偏心軸上的蝸輪相互配合，它們借助蝸輪蝸桿機構使得偏心軸能在一定范圍內發生精確的連續偏轉。因為蝸輪蝸桿機構具有很強的自鎖功能，所以偏心軸發生扭轉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壓在滾子式氣門壓桿上，中部通過滾輪頂著進氣凸輪軸的凸輪。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個等級，分別是00～05。扭轉彈簧安裝在固定架上，扭轉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上。在扭轉彈簧的彈力作用下，迫使中間推桿能一直可靠地與偏心軸和進氣凸輪軸保持接觸。進氣HVA將中間推桿下端的弧形斜臺與滾子式氣門壓桿的接觸保持在零間隙。

3? VALVETRONIC工作過程

在發動機怠速工況下，伺服電機通過蝸輪蝸桿機構驅動偏心軸旋轉到初始位置0°，此時，偏心軸上的偏心凸輪角度發生了變化，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荷時也隨之發生了變化。同時，在杠桿原理的作用下，增大了中間推桿下端的弧形斜臺與滾子式氣門壓桿的接觸面，改變了進氣凸輪軸與滾子式氣門壓桿的傳動比。進氣凸輪軸轉動到凸頂，跟中間推桿中部滾輪接觸時，此時氣門升程達到最小行程0.2mm，具體見圖2。

在發動機全負荷工況下，伺服電機通過蝸輪蝸桿機構驅動偏心軸旋轉170°，此時偏心軸處于極限位置。偏心軸上的偏心凸輪也跟隨轉動，中間推桿在偏心凸輪作用下圍繞某個中心朝凸輪軸方向移動，從而改變了中間推桿的位置，此時中間推桿下端的弧形斜臺與滾子式氣門壓桿的接觸面發生了變化。中間推桿的中部滾輪在進氣凸輪軸推動下，帶動中間推桿的下端弧形斜臺驅動滾子式氣門壓桿，進氣門開啟行程達到最大9.9mm，增大了進入氣缸的空氣量，進一步滿足發動機全負荷下的動力性要求，具體見圖3。

電子氣門調節系統VALVETRONIC利用中間推桿的位置變化改變了滾子式氣門壓桿與進氣凸輪軸的傳動比，進而使得進氣門行程可以在300ms以內由怠速工況向全負荷工況順利過渡。整個調節過程采用步進電機進行精確控制，使得氣門升程調節能夠實現無級調節，提高了駕駛的舒適性。進氣門行程和正時曲線如圖4所示。

4? VALVETRONIC控制原理

當駕駛員踩油門踏板時，安裝在油門踏板上的電位計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電壓變化的形式發送給發動機控制單元，發動機控制單元接收此信號電壓，然后結合曲軸位置傳感器輸入的發動機轉速信號，最終計算出此時進入發動機氣缸的總空氣量，發動機控制單元再通過內部運算把總進氣量換算為基本的進氣門升程。冷卻液溫度、空氣流量以及進氣溫度等信號通過相關傳感器的實時檢測，并同步傳輸給發動機控制單元，發動機控制單元借助上述信號對進氣門升程加以基本修正。最后，發動機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對進氣門升程進行反饋修正。發動機控制單元結合基本氣門升程、基本修正和反饋修正最終確定目標的進氣門升程。發動機控制單元向伺服電機發出目標的進氣門升程控制指令。氣門伺服電機收到控制指令后，隨即利用渦輪蝸桿傳動機構驅動偏心軸，使得偏心軸發生一定角度的轉動，中間推桿在偏心軸的偏心凸輪作用下發生了位置的變化，使得進氣凸輪軸與滾子式氣門壓桿的傳動比發生了變化，進而起到了調節氣門升程的作用。具體控制原理見圖5。

5? VALVETRONIC常見故障代碼分析

N52發動機所涉及的電子氣門控制系統的常見故障現象主要有：客戶投訴在汽車運行過程中發動機故障指示燈一直保持常亮狀態，在各工況下發動機輸出功率異常，發動機怠速運行過程中易熄火，起動機正常運轉但發動機無起動跡象，踩油門時車輛表現出加速無力，以及發動機轉速不超過1500r/min等。

依據以上對電子氣門調節系統控制原理的分析，結合具體的故障現象，首先采用寶馬專用診斷設備ISID（圖6）讀取故障代碼存儲器故障記憶，然后根據診斷提示進行故障的排除，必要時根據寶馬PUMA措施執行故障排除。

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

2）如果存儲了故障代碼135704——電子氣門控制系統超出了調節偏差的警告閾值，該故障135704是一個連鎖故障，與其他故障（例如熄火）一起出現，可以忽略故障135704，對于其他故障，用ISID進行診斷。如果上述故障持續存在，則用高版本給車輛進行編程。

3）如果存儲了以下故障代碼，如表2所示。針對故障3719，用ISID進行診斷，根據診斷結果進行故障排除。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2DCB、2DBB、2DE5、2DE9務必用ISID展開診斷，依據診斷結果進行故障排除。

4）如果存儲了故障代碼2DCE——電子氣門控制系統無法進行調節，首先可以檢查線束外表，確保線束外表的絕緣層沒破損現象，然后檢查氣門伺服電機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備ISID啟動電子氣門控制系統磨合程序。如果磨合程序能順利啟動并執行，則使用ISID刪除故障代碼，不用更換相關部件。

6? 總結

伴隨著汽車發動機電子控制技術的不斷發展和進步，人們對汽車動力性能、燃油經濟性能的追求也隨之逐步提高，因此發動機電子氣門控制技術也會不斷改善和發展，相信在不久的將來，VALVETRONIC技術將在寶馬各系列發動機上得到更全面、更充分的運用。

參考文獻：

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（編輯? 楊? 景）