宝马740Li进气VANOS故障两例

案例1:2010年宝马740Li（F02）链条张紧器发卡导致传动系统报警

故障现象：一辆2010年宝马740Li轿车，配备N54发动机，行驶里程56814km。因为急加速时传动系统报警来我站维修。试车故障存在，当出现报警后加速无力。

故障诊断：连接ISID有以下故障码：130108 VANOS进气调节误差，位置未达到；120408 增压压力调节被禁止。对于120408这个故障码，如果进气VANOS系统出现故障DME会停用增压系统，执行检测计划也要求先解决VANOS系统的故障。在这里简单介绍下VANOS系统（如图1所示）。

图1 VANOS调节原理图

N54发动机都采用无级双VANOS，根据DME的指令两个凸轮轴可实现任意位置。DME根据转速、负荷信号、进气温度、发动机温度,计算出需要的进气凸轮轴和排气凸轮轴位置,VANOS电磁阀接收到DME信号将机油分配给两个VANOS单元。VANOS单元带动进排气凸轮轴可在其最大调节范围内可变调节。达到正确的凸轮轴位置时，VANOS 电磁阀保持调节缸两个叶片腔的油容量恒定，因此可将进气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，通过进气凸轮轴传感器，发动机控制可识别出第1 个汽缸是在压缩阶段还是换气阶段。另外传感器向DME提供凸轮轴位置的信号，用于调节变量凸轮轴（VANOS）。凸轮轴传感器借助一个固定在凸轮轴上的增量轮（凸轮轴传感器齿盘）探测进排气凸轮轴的位置，增量轮有6 个不同的齿面，齿面距离由霍尔传感器进行记录，输出信号通过齿面显示低状态，通过空隙显示高状态。在曲轴传感器失灵时，DME依据凸轮轴转速计算出发动机转速，进行紧急运行。但是凸轮轴传感器信号的分辨率太不准确，因此无法替代曲轴传感器。进气凸轮轴传感器连同曲轴传感器一起，为顺序喷射装置提供必须的转速信号和最佳点火时刻。发动机控制器读入传感器信号并将信号与保存的样本进行比较。通过比较传感器信号和样本，可以识别出凸轮轴的正确位置或偏差。由此计算出：凸轮轴转速、凸轮轴的确切位置。为启动车辆，DME检查下列条件是否满足：曲轴传感器发出的信号有没有错误，必须以规定的时间顺序对曲轴转速信号和凸轮轴转速信号进行识别，这一步骤称为同步过程，只有在同步以后发动机控制器才能正确地控制燃油喷射，不同步时不能启动车辆。在车辆启动时，进气凸轮轴在极限位置上（在“滞后”位置）总线端KL. 15N 为VANOS 电磁阀供电。发动机控制系统发送按脉冲宽度调制的控制信号。在怠速时，凸轮轴被调节到只有很小的气门重叠，甚至是没有气门重叠，很少的剩余气量将使得燃烧更加稳定，怠速也因此稳定。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。此时VANOS 电磁阀不通电。即使在关闭发动机的情况下，仍占据该凸轮轴位置。为了在高转速时达到良好的功率且排气门较晚打开，这样燃烧延长到活塞上。VANOS 电磁阀在上止点后打开，在下止点后较晚关闭，流入空气的动态再增压效果因此可以用于提高发动机功率。涡轮发动机转速较低时，在增压区域扫气压力差为正，气门重叠角较大，因此可以充分扫气并获得更大的扭矩，流经发动机的空气更多的被燃烧掉，汽缸中几乎不再有剩余气体。

现有机油回路（如图2所示）为从油底壳处经过机油泵通过一个集成在发动机油滤清器内的回流关断阀进入发动机油滤清器，并通过附加开孔和部件进一步扩展。

图2 VANOS液压基本原理图

机油通过一个开孔进入结构为4/3通比例的VANOS电磁阀。该电磁阀根据需要使VANOS 调节活塞任意一侧承受机油压力。通过一个斜齿啮合VANOS 齿轮机构调节凸轮轴。DME通过曲轴传感器识别曲轴位置，通过凸轮轴传感器识别出凸轮轴相对于曲轴的位置。因此，DME可通过控制电磁阀调节凸轮轴相对于曲轴的位置，DME 内存储了有关凸轮轴相对于曲轴位置的特性曲线。这些特性曲线主要考虑参数：发动机转速、节气门位置（负荷要求）。

为了使VANOS 移出其静止位置（如图3所示），通过机油通道将机油输送至提前调节压力室。

图3 VANOS单元调节原理图

在机油压力的作用下，锁止销克服锁止弹簧作用力向外压。这样可从带齿圈的壳体上释放转子，从而使其能够在机油压力的作用下扭转。来自延迟调节压力室的机油通过机油通道把机油输送至气门室内，因为机油通道位于VANOS 机油通道的最高点，所以VANOS机油通道不会排空机油。

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扭矩，同时为怠速和最大功率设置最合理的气门配气相位，改善低速和中等转速范围内的扭矩。发动机转速增高时进气门关闭时刻向“延迟”方向推移。所选择的关闭时刻要确保尽可能达到最佳汽缸充气效果，从而获得较大的功率输出。利用凸轮轴调节装置可改变气门开启重叠率，从而能够控制汽缸内的残余气体量。在汽缸内保留部分残余气体可限制燃烧温度，从而降低NOx 排放量。无级VANOS 通过改变气门开启重叠率进行内部废气再循环，在气门开启重叠阶段，废气由排气通道流入进气通道内，因此处于较低和中等转速范围时，调节进气凸轮轴主要用于提高发动机扭矩和进行内部废气再循环。转速较高时，主要用于改善功率输出。调节排气凸轮轴用于优化怠速质量或实现最大废气再循环率。相对于不带无级双VANOS 的发动机来说，最多可节省燃油10%。综上所述无级双VANOS系统的主要优点有：在较低和中等转速范围时提高扭矩；通过减少气门重叠率减少残余空气量，从而改善怠速运行情况；在部分负荷范围内进行内部废气再循环，以便减少氮氧化物；更迅速地加热催化转换器并降低冷启动后未经处理的废气；降低耗油量。

执行检测计划出现130108这个故障码的原因有：进气凸轮轴传感器损坏，进气凸轮轴传感器线路故障，进气VANOS电磁阀损坏，进气VANOS电磁阀线路故障，DME损坏，软件程序出现问题，进气VANOS控制模块损坏，进气VANOS单元信号盘损坏，进气凸轮轴卡滞造成的VANOS单元调不动，机油压力控制出现问题。本着由简到繁的顺序，首先冲洗进气VANOS电磁阀，试车，故障依旧。对调进排气VANOS电磁阀，删除VANOS调校值，试车，故障依然存在。执行车辆编程，排除软件程序可能性，故障依然存在。怠速时我们检查进气VANOS电磁阀供电为15.3V，正常，搭铁正常。在怠速到5000r/min时，以及急加速时测量进气VANOS电磁阀波形正常（如图4所示）。

图4 进气VANOS电磁阀波形

检查进气凸轮轴传感器供电15.2V，正常，搭铁无异常。在怠速到5000r/min时以及急加速时测量进气凸轮轴传感器信号波形正常，对调进排气凸轮轴传感器试车，故障存在。会不会是进气VANOS单元的问题呢？我们拆下气门室盖检查配气相位和进气VANOS单元未见异常。对于N55、N52发动机VANOS单元容易出现问题，检查此车进气VANOS单元，信号盘未见异常，但是为了保险起见，更换进气VANOS单元试车无异常。本以为故障就这样解决了，可是在客户提车时故障重新出现，我们注意到故障在转弯加速时容易出现。这次重新整理思路，检查了机油滤波器未见异常，无铁屑，先做的保养换的新机油可以排除机油本身的问题。测量机油压力，热车怠速时为200kPa,加油到3000r/min时机油压力达600kPa，正常。机油底座里面有一个单身阀是用来给缸盖机油保压的，会不会是它的问题呢？与一辆同款车对调机油滤清器底座，试车，故障存在。检查缸盖上的进排气VANOS单向阀无脏堵，无异常，将进排气VANOS单向阀互调，故障依旧。为了排除线路故障，将进排气VANOS电磁阀线束针脚对调，故障依旧。将进排气凸轮轴传感器线束针脚对调，故障依旧。进气VANOS电磁阀对调过,进气凸轮轴传感器对调过,相关线路对调过，VANOS单元是新的，现在只剩下DME了，更换DME并给车辆编程，故障依旧。应该解决的都解决了，会不会发动机内部磨损呢？又一次拆检了正时机构，分解了进气凸轮轴支撑条，检查支撑条未见异常磨损，矩形环正常。检查链条张紧器、凸轮轴发现有些发卡且有大量的划痕，对比了同款车的链条张紧器无发卡无划痕。抱着试试看看的态度，将好的链条张紧器装配车辆试车，无异常。多次转弯急加速，故障没有出现。

故障排除：更换链条张紧器，反复试车，故障排除。

故障总结：此车主要是因为链条张紧器发卡导致进气VANOS单元调节产生误差，但是为什么只报进气凸轮调校故障呢？在发动机加速的时候进气VANOS比排气VANOS调节幅度要多。在这个案例中，就只会报进气VANOS故障。

案例2:2012年宝马740Li（F02）进气凸轮轴支撑条磨损导致传动系统报警

故障现象：一辆2012年宝马740Li（F02），配备N54发动机,行驶里程92586km。因为传动系统报警且加速无力来我厂维修。接车后试车故障存在，在急加速时传动系统报警，加油加不上。

故障诊断：利用宝马原厂诊断设备ISID检测，故障码有120408：增压压力调节被禁止；130108：VANOS进气调节误差，位置未达到。执行增压压力故障检测计划提示先解决VANOS进气调节故障，造成这个故障的原因有进气VANOS单元故障，进气VANOS 信号盘损坏，进气凸轮轴磨损卡滞，进气VANOS单元供油系统出现问题，VANOS电磁阀本身及其线路出现问题，DME出现问题。从理论上去推理，当急加速的时候传动系统出现故障加油加不上，DME出于安全保护所以停用增压系统，但也不排除增压系统出现问题的可能性，所以需要先解决VANOS故障。按照由简到繁的顺序首先用ISID执行进排气VANOS电磁阀清洗，删除故障码试车，在急加速时故障出现，这时出现的故障码只是增压故障没有出现，证明先解决进气VANOS故障是正确的。将进排气电磁阀对调后试车，故障依旧。怠速时检查进气VANOS电磁阀供电为14.08V，插头、搭铁、导线均正常。怠速时进气凸轮轴传感器供电为14.2V，插头、信号线、搭铁线均正常。检测进气VANOS电磁阀波形正常，检测进气凸轮轴传感器波形正常。检查到这里可以排除DME、相关线路、进气VANOS电磁阀。既然进气VANOS电磁阀波形正常，进气凸轮轴传感器波形正常，所测电压搭铁导线无异常，也就是说，进气VANOS电磁阀、进气凸轮轴传感器、DME和它们之间的线路是正常的，剩下的只有机油压力和进气VANOS系统的机械部分。检查机油品质，颜色黏度正常（客户在1000km前做的机油保养），无杂质，无铁屑。检测机油压力，冷车启动瞬间压力为600kPa，15min后降到400kPa,之后缓慢降到200kPa。热车怠速时为200kPa,加油到3000r/min，机油压力达600kPa，机油压力正常。拆检了链条张紧器，发现链条张紧器伸缩有发卡，对调了一个新的链条张紧器后试车故障依旧。检测还是存有进气VANOS调节误差，位置未达到故障码。现在剩下的就只有配气相位和内部机械部分，拆检气门室盖罩，检查配气相位、进气VANOS单元、信号盘无异常，拆检进气凸轮轴支撑条发现进气凸轮轴支撑条矩形环接触部位磨损严重（如图5所示），故障原因终于找到。在怠速时由于机油压力相对较低，进气VANOS单元能够正常调节，当急加速时机油压力升高，由于支撑条和矩形环接合处磨损严重无法密封油道造成机油压力降低，降低的机油压力无法正常驱动进气VANOS单元，所以出现加速无力，发动机故障灯报警。这也是为什么怠速试车正常，当急加速时故障出现的原因。

图5 磨损位置

故障排除：更换新的进气凸轮轴和矩形环并删除故障码，反复试车故障排除。