揭秘宝马N52发动机电子气门调节系统VALVETRONIC

【摘  要】本文主要介绍宝马N52发动机电子气门调节系统（VALVETRONIC）的结构特点、具体工作过程以及控制原理，并根据故障代码进行故障原因的分析和排除故障。

【关键词】VALVETRONIC;结构;工作过程;控制原理;故障检测

中图分类号：U463.6    文献标志码：A    文章编号：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

作者简介

唐金友（1986—），男，一级实习指导教师，研究方向为汽车制造与检修专业教学。

1  VALVETRONIC的概述

VALVETRONIC是宝马公司最新研制的气门控制技术。VALVETRONIC技术除了保留原先的可变凸轮轴控制装置（双VANOS）外，还不断通过技术改进，增加了全可变气门行程控制装置。配备VALVETRONIC的宝马N52发动机不但可以按需改变进、排气门的打开和关闭时间，还能随着发动机负荷和工况的变化实施气门升程控制。全可变气门行程控制装置只在进气门升程控制方面起作用，而凸轮轴控制装置则在进气和排气侧，控制气门开启和关闭时刻。

VALVETRONIC又被称为免节气负荷控制系统，即在发动机处于进气冲程时，传统发动机通过控制节气门的开度实现进气量的控制，而配备VALVETRONIC技术的发动机则通过改变进气门的升程来控制吸入气缸的空气量，这样可显著减少泵气损失，从而有效降低燃油消耗量。VALVETRONIC不仅可以进一步提高汽车动力性能，还能改善尾气排放值和提高发动机工作效率，因此该技术在宝马N52发动机中得到广泛的运用。本文主要对VALVETRONIC结构、控制原理和常见故障进行阐述。

2  VALVETRONIC的基本结构

电子气门调节系统VALVETRONIC主要由伺服电机、扭转弹簧、固定架、偏心轴、中间推杆、滚子式气门压杆等零件组合而成。VALVETRONIC各零部件的具体安装位置和装配关系如图1所示。

从图1可知，伺服电机是一个步进电机，它安装在进气凸轮轴上方，伺服电机工作时驱动蜗杆发生旋转。偏心轴则位于伺服电机和进气凸轮轴之间，在偏心轴上直接加工出一个扇形涡轮和多个偏心凸轮，偏心凸轮的数量与发动机进气门数量一致。伺服电机的蜗杆与偏心轴上的蜗轮相互配合，它们借助蜗轮蜗杆机构使得偏心轴能在一定范围内发生精确的连续偏转。因为蜗轮蜗杆机构具有很强的自锁功能，所以偏心轴发生扭转后无需采取任何措施锁止偏心轴。中间推杆介于偏心轴和进气凸轮轴之间，中间推杆由钢板制成。中间推杆上端通过滚轮紧靠偏心轴，下端通过弧形的斜台压在滚子式气门压杆上，中部通过滚轮顶着进气凸轮轴的凸轮。为了确保在怠速工况下，各缸充气效率一致，因此把中间推杆分为6个等级，分别是00～05。扭转弹簧安装在固定架上，扭转弹簧的一端通过螺栓固定在气缸盖上，另外一端压在中间推杆的弧形斜台上。在扭转弹簧的弹力作用下，迫使中间推杆能一直可靠地与偏心轴和进气凸轮轴保持接触。进气HVA将中间推杆下端的弧形斜台与滚子式气门压杆的接触保持在零间隙。

3  VALVETRONIC工作過程

在发动机怠速工况下，伺服电机通过蜗轮蜗杆机构驱动偏心轴旋转到初始位置0°，此时，偏心轴上的偏心凸轮角度发生了变化，偏心凸轮凸起部分不再顶着中间推杆上端滚轮，中间推杆的位置较全负荷时也随之发生了变化。同时，在杠杆原理的作用下，增大了中间推杆下端的弧形斜台与滚子式气门压杆的接触面，改变了进气凸轮轴与滚子式气门压杆的传动比。进气凸轮轴转动到凸顶，跟中间推杆中部滚轮接触时，此时气门升程达到最小行程0.2mm，具体见图2。

在发动机全负荷工况下，伺服电机通过蜗轮蜗杆机构驱动偏心轴旋转170°，此时偏心轴处于极限位置。偏心轴上的偏心凸轮也跟随转动，中间推杆在偏心凸轮作用下围绕某个中心朝凸轮轴方向移动，从而改变了中间推杆的位置，此时中间推杆下端的弧形斜台与滚子式气门压杆的接触面发生了变化。中间推杆的中部滚轮在进气凸轮轴推动下，带动中间推杆的下端弧形斜台驱动滚子式气门压杆，进气门开启行程达到最大9.9mm，增大了进入气缸的空气量，进一步满足发动机全负荷下的动力性要求，具体见图3。

电子气门调节系统VALVETRONIC利用中间推杆的位置变化改变了滚子式气门压杆与进气凸轮轴的传动比，进而使得进气门行程可以在300ms以内由怠速工况向全负荷工况顺利过渡。整个调节过程采用步进电机进行精确控制，使得气门升程调节能够实现无级调节，提高了驾驶的舒适性。进气门行程和正时曲线如图4所示。

4  VALVETRONIC控制原理

当驾驶员踩油门踏板时，安装在油门踏板上的电位计型加速踏板位置传感器，将油门踏板位置变化的信息以信号电压变化的形式发送给发动机控制单元，发动机控制单元接收此信号电压，然后结合曲轴位置传感器输入的发动机转速信号，最终计算出此时进入发动机气缸的总空气量，发动机控制单元再通过内部运算把总进气量换算为基本的进气门升程。冷却液温度、空气流量以及进气温度等信号通过相关传感器的实时检测，并同步传输给发动机控制单元，发动机控制单元借助上述信号对进气门升程加以基本修正。最后，发动机控制单元再通过凸轮轴位置传感器和偏心轴位置传感器的信号对进气门升程进行反馈修正。发动机控制单元结合基本气门升程、基本修正和反馈修正最终确定目标的进气门升程。发动机控制单元向伺服电机发出目标的进气门升程控制指令。气门伺服电机收到控制指令后，随即利用涡轮蜗杆传动机构驱动偏心轴，使得偏心轴发生一定角度的转动，中间推杆在偏心轴的偏心凸轮作用下发生了位置的变化，使得进气凸轮轴与滚子式气门压杆的传动比发生了变化，进而起到了调节气门升程的作用。具体控制原理见图5。

5  VALVETRONIC常见故障代码分析

N52发动机所涉及的电子气门控制系统的常见故障现象主要有：客户投诉在汽车运行过程中发动机故障指示灯一直保持常亮状态，在各工况下发动机输出功率异常，发动机怠速运行过程中易熄火，起动机正常运转但发动机无起动迹象，踩油门时车辆表现出加速无力，以及发动机转速不超过1500r/min等。

依据以上对电子气门调节系统控制原理的分析，结合具体的故障现象，首先采用宝马专用诊断设备ISID（图6）读取故障代码存储器故障记忆，然后根据诊断提示进行故障的排除，必要时根据宝马PUMA措施执行故障排除。

1）如果车辆故障代碼存储器存储了以下故障记忆，具体如表1所示。如果故障代码呈间歇性出现，则说明存在虚假故障（无真实的零件故障），忽略此故障代码，并删除故障代码存储器的故障记忆。如果上述故障代码持续存在，则采用宝马专用检测仪ISID进行诊断，根据诊断结果排除故障，同时使用高版本给车辆进行编程。

2）如果存储了故障代码135704——电子气门控制系统超出了调节偏差的警告阈值，该故障135704是一个连锁故障，与其他故障（例如熄火）一起出现，可以忽略故障135704，对于其他故障，用ISID进行诊断。如果上述故障持续存在，则用高版本给车辆进行编程。

3）如果存储了以下故障代码，如表2所示。针对故障3719，用ISID进行诊断，根据诊断结果进行故障排除。故障代码2DCB、2DBB、2DE5、2DE9是纯粹的连锁故障，可以忽略。倘若不存在3719，针对2DCB、2DBB、2DE5、2DE9务必用ISID展开诊断，依据诊断结果进行故障排除。

4）如果存储了故障代码2DCE——电子气门控制系统无法进行调节，首先可以检查线束外表，确保线束外表的绝缘层没破损现象，然后检查气门伺服电机的插接器是否插接牢固，接着在保证电线束和插头均连接正常的前提下，使用宝马专用诊断设备ISID启动电子气门控制系统磨合程序。如果磨合程序能顺利启动并执行，则使用ISID删除故障代码，不用更换相关部件。

6  总结

伴随着汽车发动机电子控制技术的不断发展和进步，人们对汽车动力性能、燃油经济性能的追求也随之逐步提高，因此发动机电子气门控制技术也会不断改善和发展，相信在不久的将来，VALVETRONIC技术将在宝马各系列发动机上得到更全面、更充分的运用。

参考文献：

[1] 张西振. 汽车发动机电控技术[M]. 北京：机械工业出版社，2007.

[2] 解福泉. 汽车发动机电控系统维修[M]. 北京：高等教育出版社，2012.

[3] 周云山. 汽车电子控制技术[M]. 北京：机械工业出版社，2014.

（编辑  杨  景）