BMW bi-VANOS generációk

A BMW VANOS a tinédzserkoron már túl van, szériagyártású motorba először a BMW 520i M50B20TU erőforrásba, 21 évvel ezelőtt, 1992-ben került. Ezek az autók már youngtimer korba jutottak. Cikksorozatunk második részében a 15 évvel ezelőtt megjelent, fokozatmentes állítású bi-VANOS (a szívó és a kipufogó bütykös tengelyt egymástól függetlenül is állító) rendszereket tárgyaljuk.

A VANOS rövidítés, a német Variable NOckenwellenSteuerung kifejezés kezdőbetűiből áll össze. Változtatható bütyköstengely-vezérlés a szöveghű fordítása, a műszaki tartalmat illetően a „vezértengely-fázisállítás” lehet a megfelelő magyar kifejezés. A szakmában használják a „fáziselállítás” és az „elékelési szög állítás” kifejezéseket is.

A DOHC-vezérlésnél mind a szívó, mind a kipufogó vezértengely fázisállítású. Fokozatmentes és egymástól független. Ezt a technikát a BMW Doppel-VANOS néven említi. Cikkünkben a bi-VANOS kifejezést használjuk (hasonlóan az elfogadott „bi-turbo”-hoz). Első megjelenése 1997-ben volt az M52B20TU motoron ➊. Mind a mai napig alkalmazott technika. Így megtaláljuk a fokozatmentes szelepemelést megvalósító első VALVETRONIC vezérlésnél ➋, majd a VALVETRONIC II kialakításnál is ➌.

➊ 1997 – BMW 528i, motor: M52B28TU, 4 szelep, DOHC, biVANOS (Doppel-VANOS)

➋ 2001 – BMW 316ti, motor N42B18, 4 szelep, DOHC, biVANOS, VALVETRONIC

➌ 2005 – BMW 630i, motor N52B30OL, 4 szelep, DOHC, bi-VANOS, VALVETRONIC II

A gyár a bi-VANOS előnyének említi:

– nyomatéknövelés az alsó és középső fordulatszám-tartományban,

– csekély visszamaradó kipufogógáz-mennyiség alapjáraton a kis szelepösszenyitás miatt, az eredmény nyugodt alapjárat,

– részterhelésnél belső kipufogógáz-visszavezetés lehetősége a nitrogén-oxidok csökkentése céljából,

– gyorsabb katalizátorfelmelegedés, így kisebb kipufogógáz-szennyezés hidegindítás után,

– tüzelőanyagfogyasztás-csökkenés.

A megvalósítható fáziseltolás szögértékeit a ➍. ábra mutatja. A kipufogó vezértengelyt 25 főtengelyfokkal, a szívót 40 fokkal lehet fázishelyzetében elforgatni.

➍ Az M52B28TU motor vezértengely-fázishelyzet módosítás diagramja
 

➎ Az M52TU és M54 motor bi-VANOS hidraulikus kapcsolása

➏ A bi-VANOS szerkezeti vázlata

➐ A vezértengely elfordítását végző állítómű 1 – kipufogó bütyköstengely-vezérlő mágnesszelep, 2 – kipufogó bütyköstengely- állítómű, 3 – állítómű, 4 – vezérlő mágnesszelep

➑ A dugattyús VANOS szerelésének néhány mozzanata

A működtetés hidraulikus vázlatát az ➎. ábra mutatja. Elfordítási igény szerint a vezértengely-állító dugattyújának egyik, illetve másik oldalára engedi a vezérlő mágnesszelep a nyomás alatt lévő motorolajat ➏. A kipufogó bütykös tengely VANOS állítóműve rugóterhelésű, így az motorindításnál, olajnyomásmentes állapotban „korai” helyzetet vesz fel. Az állítómű a korábban megismert ferde fogazású fogaskerekekkel hajtja végre a vezértengely – hajtáshoz képest vett – előre-, illetve visszaállítását ➐. Motorindításnál a szívó bütykös tengely késői végállásában van. A kipufogó bütykös tengely pedig, rugóterhelése miatt, korai végállásban van. A mágnesszelepek árammentesek, az olajnyomás hatására a vezértengelyek ütköztetett szélső helyzetben állnak. Kb. 50 motorfordulat, 2–5 másodperc után ismeri fel a vezértengely-jeladók jele alapján a motorirányítás a vezértengelyek helyzetét. Később a motorfordulatszám, a motorterhelés és a motorhőmérséklet ismeretében állítja be a motor-ECU a kívánt (pillanatnyi) főtengely-fázishelyzetet.

➒ A VANOS második generációja hidraulikus kapcsolása (N40, N42, N45 és N46 motorok) 1 – olajteknő, 2 – olajszivattyú, 3 – motorolajszűrő, 4, 5 – visszacsapószelep, 6, 7 – szűrőszita, 8, 9 – mágnesszelep, 10, 11 – szárnylapátos hidromotor (beavatkozó)

⓫ Az állítómű felirata mutatja (EIN IN), hogy melyik vezértengelye kell szerelni
 

⓬ A VANOS szárnylapátos hidromotor beavatkozó szerkezete 1, 10 – a „korai” állítás nyomáskamrája, 2, 9 – szárnylapát, 3 – reteszelődugattyú, 4 – tartólemez, 5 – reteszelőrugó, 6, 12 – visszaállító rugó, 7 – rotor, 8, 15 – a „késői” állítás nyomáskamrája, 11, 13 – olajcsatorna, 14 – szárnylapátrugó

➓ Az N42-es motor VANOS egysége 1 – kipufogó vezértengely-szögjeladó, 2, 4 – elektrohidraulikus vezérlőszelep, 3 – szívó vezértengely szögjeladó

Szükség- vagy vészfutásnál a mágnesszelepek árammentesek, a szívó bütykös tengely késői, a kipufogó korai helyzetbe áll.

A VANOS állítómű dugattyútömítés – teflon O-gyűrű – cseréje is szükségessé válhat. Képeink (➑. képsorozat – forrás [5]) erről mutatnak néhány szerelési fázist. Ha hideg a teflongyűrű szerelés előtt meleg vízben melegítsük fel, majd szárítsuk le, és motorolajjal kenjük be.

A szárnylapátos VANOS

Az N42/N52-es motornál a fázisállító beavatkozók szerkezetét megváltoztatták. A korábbi toló/húzó dugattyús, ferde fogazású fogaskerekes megoldást a szárnylapátos, lengő hidromotor váltotta fel. Egyszerűbb, könnyebben szerelhető, bontható. A beavatkozó a lánchajtás (lánckerék) integrált eleme, a vezértengelyhez egy központi csavar rögzíti (lásd a címképet!). Hidraulikus kapcsolása ➒ nem mutat nagy eltérést az eddigiekhez képest, azt az ábra alapján kedves olvasóink könnyen értelmezhetik. Az állítási szögsebesség ezzel a beavatkozóval rendelkező, második generációs VANOS-nál egységesen 60 főtengelyfok 300 ms alatt (200 °ft/s). A rendszer nézeti fényképe ➓ a mágnesszelepeket és a bütyköstengely-szögjeladókat mutatja. A VANOS állítóművek tengelyenként különböznek, felcserélésük végzetes motorkárosodást okoz. Mivel az állítóegységek közel azonos formájúak, ezért az állítóegység homlokoldalán ⓫ felirat jelzi, hogy melyik tengelyhez való: „EIN IN” a szívóhoz, „AUS OUT” a kipufogótengelyhez.

Az állítómű szerkezeti rajza ⓬ működésének módját világossá teszi. A vezértengelyre csavarkötéssel rögzített elforduló agy (7 – rotor) tartja a szárnylapátokat (2, 9). A szárnylapátok a ház nyomáskamráiba nyúlnak be (1, 8, 10, 15), azt két kamrára osztják (korai állítási irány – 1, 10 és késői állítási irány – 8, 15). A motorolaj, az olajszivattyú szállítási nyomásán a vezértengelyen keresztül jut be a kamrákba. Jelen esetben a 11-esen érkezik a kamrába nyomás alatt és a 13-as csatornán folyik vissza a hengerfejbe, a motorszelepek terébe. A vezértengely-lánckerék a VANOS házhoz csatlakozik. A vezértengelyt olajpárnán keresztül viszi magával.

Alaphelyzetben a ház és a rotor csappal összezárt, reteszelt. A reteszelőcsapot (3), rugó (5) tolja be a rotor furatába. A reteszelt helyzet a szárnylapátos egység, a rotor egyik szélső helyzetében van. A rotort elfordító rugó (6) viszi a szélső helyzetbe. Ha a beavatkozóban megjelenik az olajnyomás, a reteszelődugattyút kinyomja a rotorfuratból, ezzel annak szabad mozgása biztosított.

A VANOS beavatkozóegység szerkezetét – azonos funkciót tartva – egyszerűsítették, a szárnylapátos kialakítást „lengő-hidromotor” rotor kialakításúra módosították ⓭. Az alaphelyzetbe visszatérítő rugó is változott, a korábbi tekercsrugót a ház hátsó falára szerelt spirálrugó váltotta fel ⓮. Ezeknél az egységeknél is ügyeljünk a feliratokra, hogy a megfelelő bütykös tengelyre kerüljön a VANOS beavatkozó.

VANOS a V-motorokon

A V-motorok bi-VANOS rendszere szinte csak az elemek számának duplázását jelenti, a funkciók azonosak. A motorolaj a motor olajszivattyújának nyomása alatt egy olajcsatorna-galériáról lép be a beavatkozó szárnylapátos és lengő hidromotoregységekbe. Az N62 motor rajzán ⓯ láthatjuk a bi-VANOS megkettőzését.

⓭ VANOS beavatkozó – lengő hidromotor 1 – előlap, 2 – reteszelőcsap, 3, 8 – olajcsatorna, 4 – ház lánckerékkel, 5 – a „korai” állítás nyomáskamrája, 6 – lengőrotor, 7 – a „késői” állítás nyomáskamrája

⓮ A lengő hidromotor alaphelyzetbe állító spriálrugója

⓰ Nagynyomású VANOS egység (S50B30) 1 – nagynyomású VANOS olajszivattyú, 2 – beavatkozóegység, 3 – szívó vezértengely lánckerék, 4 – nyomásakkumulátorcsatlakozás, 5 – nyomáshatároló szelep, 6 – szitaszűrő, 7 – mágnesszelep blokk

⓱ Nagynyomású VANOS hidraulikus elvi kapcsolás (S50B32) 1 – olajteknő, 2 – motor-olajszivattyú (kisnyomású), 3 – olajszűrő, 4 – szitaszű- rő, 5 – nyomáshatároló szelep, 6 – szitaszűrő, 7 – hozamszabályzó szelep, 8 – nyomástároló, 9 – nagynyomású VANOS olajszivattyú, 10 – visszacsapó- szelep, 11, 12 – elektrohidraulikus vezérlő mágnesszelep, 13 – VANOS beavatkozó

⓯ Az N62 V-motor bi-VANOS rendszere 1, 2, 5, 6 – beavatkozóegységek, 3, 4, 7, 8 – vezérlő elektrohidraulikus mágnesszelepek

Nagynyomású VANOS

A beavatkozók állítási sebessége, ha a motor olajnyomása hat rájuk, mint említettük, kb. 200 °ft/s, tehát 200 főtengelyfokot tud állítani egy másodperc alatt. A BMW M motorjainál nem elégedett meg ezzel a sebességgel, és azt 1000 °ft/s értékre növelte, melyet 20… 80 °C hőmérséklet-tartományban tartani is tud. Ehhez a motorolaj nyomását kellett 100 bar-ra növelni és a beavatkozók konstrukciója is változott. A növelt olajnyomást egy VANOS olajszivattyú hozza létre.

Ezzel, mint azt a BMW leírja, a szívócsőlengéseket a hozzá illeszkedő, gyors szelep-fázisállítással jól ki lehet használni.

A motorfordulatszám leszabályozását is a VANOS végzi.

Létezett, létezik csak szívó vezértengelyre ható nagynyomású VANOS (S50B30) és természetesen bi-VANOS is (pl. S50B32). Az S50B30 VANOS szivattyút és egységet a ⓰. ábra mutatja. A szivattyút a kipufogó vezértengely hajtja.

A nagynyomású VANOS technika részletes ismertetése már meghaladja – még ha régi is – az Autótechnika illetékességét, BMW specialisták, régiek esetében is a márkaszervizek territóriuma.

Az alap hidraulikus elvi kapcsolását (S50B32) azonban elemezzük, mert nagyon eltér a korábban bemutatott hidraulikaköröktől ⓱. Ennek többszörözésével alakítják ki a bi-VANOS és a V-motor bi-VANOS hidraulikaköröket.

A motorolaj-szivattyú (2) szűrőkön és egy ún. hozamszabályzó szelepen (7) keresztül nyomja az olajat a nagynyomású VANOS olajszivattyúba (9). A VANOS szivattyú 100 bar nyomású olajat küld a nyomástárolóba (8), a dugattyús VANOS beavatkozó (13) egyik kamrájába, a nyomásszabályozó szelephez (5) és a beavatkozó másik kamrájába a 12-es jelű elektrohidraulikus vezérlőszelepen keresztül. Tehát a beavatkozó dugattyújának mindkét oldalára 100 bar nyomású olaj jut. A beavatkozó dugattyúja a dugattyúrúd irányába mozdul el, mert ott kisebb a felület. A beavatkozó mozgását a két mágnesszelep (töltő – 12 és ürítő – 11) váltakozó üzemével vezérlik.

Dr. Nagyszokolyai Iván

Forrás:

[1] BMW AG. Aftersales Training Produktinformation – VANOS, 2005.

[2] Dr. Lakatos István: Gépjárműmotorok szelepvezérlése, AJAKSZ Szakkönyvtár, kiadó Jaurinum Bt., 1994.

[3] Dr. Kalmár István – Dr. Stukovszky Zsolt: Belső égésű motorok folyamatai, Műegyetemi kiadó, 1998.

[4] Dr. Pordán Mihály: A vezértengely-állítókról, Autótechnika, 2002/9. p. 24.

[5] http://www.beisansystems.com/de/anleitungen/doppel_vanos_anleitung.htm