宝马发动机VANOS(双可变凸轮轴控制系统)详解

宝马Double-VANOS/Valvetronic

1992年，宝马推出了气门无级调节管理——Double-V ANOS双凸轮轴可变气门正时系统，是应用在BMW M3上的世界首创技术。V ANOS系统是一个由车辆发动机管理系统操纵的液压和机械相结合的凸轮轴控制设备。此控制系统的优点是可以根据发动机运行状态，通过凸轮轴精确的角度控制对进气门和排气门的气门正时进行无级调节，并且不受油门踏板位置和发动机转速的影响。V ANOS系统基于一个能够调整进气凸轮轴与曲轴相对位置的调整机构。在实际驾驶中，这意味着在发动机转速较低时可以提供充足的扭矩，而在高转速范围内则可达到最佳的功率。此外，Double-V ANOS增加了对进排气凸轮轴的调整机构，双凸

轮轴可变气门正时系统可极大地减少未燃烧的残余气

体，从而改进了发动机的怠速性能。

V ANOS系统根据发动机转速和加速踏板位置来操

作进气凸轮轴。Valvetronic电子气门是具有可变进气门

升程控制功能的气门驱动系统，发动机的进气完全由无

级可变进气门升程控制，不再需要以往对于内燃式汽油

发动机来讲必不可少的节气门。在发动机转速达到最低

时，进气门将随后开启以改善怠速质量及平稳度。发动

机处于中等转速时，进气门提前开启以增大扭矩并允许

废气在燃烧室中进行再循环从而减少耗油量和废气的排放。最后，当发动机转速很高时，进气门开启将再次延迟，从而发挥出最大功率。

电子气门技术的另一重要优点，是踩踏油门时发动机产生反应的时间加快。传统发动机以油门控制节气阀的方式，油门踩下节气阀打开，还要等待空气流入填满进气歧管之后，才会大量进入发动机气缸，产生所需要的动力。而电子气门发动机油门踩下时可直接控制加大进气阀门开启深度，大量空气立刻流入发动机气缸，产生所需要的动力。电子气门发动机进气阀门开启深度最浅0.25mm，最深可以到9.7mm，相差近40倍，然而从最浅变化到最深，电子气门整体机构所需要的反应时间大约只要0.3s。

V ANOS系统极大增强了尾气排放管理能力，增加了输出和扭矩，提供了更好的怠速质量和燃油经济性。V ANOS系统的最新版是双V ANOS，被用于新M3车型上。该技术于1992年被首次应用于宝马5系车型的M50发动机上。

在顶置凸轮轴发动机中，凸轮轴通过一根皮带或者链条和齿轮与曲轴相连。在宝马V ANOS系统发动机内有一根链条和一些链轮。曲轴驱动排气凸轮上的链轮，排气凸轮链轮被螺栓固定于排气凸轮上，第二套齿轮驱动穿过进气凸轮的第二根链条，进气凸轮上的大链轮没有固定在凸轮上，因为其中间有个大孔，孔内有一套螺旋形的齿，在凸轮的一端有一个外侧也是螺旋形的齿轮，但它太小，无法与大链轮内侧的齿轮相连接。有一小块杯状带有螺

旋形齿轮的金属，其内侧与凸轮相配合，外侧与链轮配合。

V ANOS系统的可变性就是源于齿轮的螺旋形。杯状装置由作

用于受DME（数字式电子发动机管理系统）控制依靠油压的

液压机构驱动。

怠速时，凸轮正时延迟。在非怠速状态下，DME为电磁

线圈通电控制油压推动杯状齿轮，在中等转速下推动凸轮提

前12.5度，然后在5000转/分时，允许其回到初始位置。中

速运转时推力越大气缸充气越好，扭矩也就越大。我们听到

的噪声是因公差而造成的杯状装置进出时链轮的轻微摆动声

音。

在油门踏板位置和发动机转速的作用下，进排气凸轮轴的气门正时根据发动机所需的功率进行了调整，双V ANOS系统（双可变凸轮轴控制）以此使扭矩得到了显著提升。在多数使用单V ANOS系统的宝马发动机中，进气凸轮正时仅在两个明显的转数点变化。而双V ANOS系统中，进气和排气凸轮的正时在大部分转数范围内持续变化。

使用双VANOS系统，气门升程增加了0.9毫米，使得进气门的开启时间因而延迟了12度。为迅速而精确的调整凸轮轴，双V ANOS系统需要非常高的油压，以确保在发动机低转速下能提供更大的扭矩，在高转速时有更大的功率。随着不完全燃烧气体的减少，发动机怠速得到了改善。预热阶段的特殊发动机管理控制系统能帮助催化转化器更快地达到工作温度。

双V ANOS系统改善了低转速功率，使扭矩曲线趋于平缓并能为该组凸轮轴扩展功率带。双V ANOS系统发动机的扭矩峰值比单V ANOS低450转，功率峰值高200转/分，1500-3800转/分下的扭矩曲线也得到了改善。同时，扭矩下降的速度不会超过功率峰值。

双V ANOS系统的优点在于在各种工作状态下，系统能够单独控制热的废气流入进气歧管。这被称为“内部”废气再循环，使得废气中的可用成分得以进行再循环。

在发动机加热过程中，V ANOS系统改善了油/气混合气，并有助于快速将催化转化器加热至正常工作温度。当发动机怠速时，系统能够保持怠速转速的平稳和连贯，这归功于废气再循环被减少到了最低程度。在部分负载条件下，废气再循环提高到更高水平，允许发动机

在更大的蝶形气门开启角度下工作以获得更佳的燃油经济性。

全负荷件下，系统恢复较低的再循环容量以为各缸提供尽可能

多的氧气。

从动力性方面来说，由于宝马的VANOS系统通过一些列

电子装置的管理，基本实现了发动机无段的线形输出，因此它

也是得到全球广泛性能迷们承认与喜爱的一项技术，在宝马的

各系车中都能看到它的身影；但同时，相比于i-VTEC等比较

偏重机械控制的技术，由于其采用了比较多的电控设备，因此

成本上也要高出一块。