Info BMW vanos

Transcription

Info BMW vanos

Aftersales Training Produktinformation
VANOS
BMW Service
Die in der Produktinformation enthaltenen Informationen sind neben dem Arbeitsbuch ein
fester Bestandteil der Trainingsliteratur des BMW Aftersales Trainings.
Änderungen/Ergänzungen der technischen Daten sind den jeweiligen aktuellen Informationen
des BMW Service zu entnehmen.
Stand der Informationen Juni 2005
[email protected]
© 2005 BMW AG
München, Germany. Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit schriftlicher
Genehmigung der
BMW AG, München.
VS-12 Aftersales Training
Produktinformation
VANOS
Verbesserung des Abgasverhaltens
Reduzierung des Verbrauchs
Steigerung der Leistung und des
Drehmoments
Hinweise zu dieser Produktinformation
Verwendete Symbole
In dieser Produktinformation können zum besseren Verständnis und zur
Hervorhebung wichtiger Informationen folgende Symbole verwendet
werden:
3 enthält Informationen, die im Zusammenhang mit den beschriebenen
Systemen und ihrer Funktion ein besseres Verständnis vermitteln.
1 kennzeichnet das Ende eines Hinweises.
Aktualität der Produktinformation
Durch die ständige Weiterentwicklung in der Konstruktion, und der
Ausstattung der BMW Fahrzeuge, können sich Abweichungen zwischen
dieser Produktinformation und dem im Training zur Verfügung stehenden
Fahrzeugen ergeben.
Bei der Publikation wurden ausschließlich Linkslenkerfahrzeuge
dokumentiert. In Fahrzeugen mit Rechtslenkung sind die
Bedienelemente teilweise anders angeordnet, als auf den Grafiken in der
Produktinformation gezeigt.
Zusätzliche Informationsquellen
Weitere Informationen zu den einzelnen Themen finden Sie in:
- Der Betriebsanleitung
- Dem BMW Diagnosesystem
- Der Dokumentation Werkstattsysteme
- Der SBT BMW Service Technik.
Inhalt
VANOS
Ziele
1
Produktinformation und Nachschlagewerk für
die Praxis
1
Modelle
3
Variable Nockenwellensteuerung
3
Einleitung
7
7
Systemübersicht
13
Funktion Ventiltrieb
VANOS-Systeme bei BMW
Schwarz/weiß Einlass-VANOS
Stufenlose Einlass-VANOS
Stufenlose Doppel-VANOS
Stufenlose Hochdruck Einlass-VANOS
Stufenlose Hochdruck Doppel-VANOS
13
14
18
21
26
40
45
Servicehinweise
63
Systemübersicht
63
Zusammenfassung
65
Was ich mir merken sollte.
65
Testfragen
69
Fragenkatalog
Antworten zum Fragenkatalog
69
70
3
Ziele
VANOS
Produktinformation und Nachschlagewerk für die Praxis
Allgemein
Diese Produktinformation soll Ihnen
Informationen über den Aufbau und die
Funktion der Variablen Nockenwellen
Steuerung (VANOS) in BMW Fahrzeugen
vermitteln.
Die Produktinformation ist als
Nachschlagewerk konzipiert und ergänzt den
vom BMW Aftersales Training vorgegebenen
Inhalt des Seminars. Die Produktinformation
eignet sich auch zum Selbststudium.
Zur Vorbereitung für das technische Training
gibt diese Produktinformation einen Einblick in
die VANOS der aktuellen BMW Modelle. In
Verbindung mit praktischen Übungen im
Training soll die Produktinformation den
Teilnehmer befähigen, Servicearbeiten an der
VANOS der BMW Modelle durchzuführen.
Bitte vergessen Sie nicht die
Durcharbeitung der SIP (Schulungsund Informationsprogramm) zu
diesem Thema.
Grundwissen bringt Sicherheit in
Theorie und Praxis.
Technische und praktische Vorkenntnisse der
aktuellen BMW Modelle erleichtern das
Verständnis der hier vorgestellten Systeme
und ihrer Funktionen.
Vorhandene SIPs
• N42 Motor
• N52 Motor
• N62 Motor
• N73 Motor
1
3
2
4
Modelle
VANOS
Motorsteuerung
Öffnungswinkel °KW
Einlass/Auslass
-
MS40.1
228°/228°
M50B25TU
X1
-
-
ME3.3.1
228°/228°
M52B20
X1
-
-
MS41.0
228°/228°
M52B25
X1
-
-
MS41.0
228°/228°
M52B28
X1
-
-
MS41.0
228°/228°
M52B20TU
X3
X3
-
MS42
228°/228°
M52B25TU
X3
X3
-
MS42
228°/228°
M52B28TU
X3
X3
-
MS42
228°/228°
M54B22
X3
X3
-
MS43
228°/228°
M54B22
(Z4)
M54B25
X3
X3
-
MS45
228°/228°
X3
X3
-
MS43
228°/228°
M54B25
(Z4)
M54B30
X3
X3
-
MS45
228°/228°
X3
X3
-
MS43
240°/228°
M54B30
(Z4)
M62B35TU
X3
X3
-
MS45
240°/228°
X2
-
-
ME7.2
238°/228°
M62B44TU
X2
-
-
ME7.2
238°/228°
M62B46
(X5)
X2
-
-
ME7.2
249°/249°
80° bis
105°
85° bis
110°
±40°
-105°
85° bis
110°
90° bis
115°
80° bis
120°
80° bis
120°
80° bis
120°
80° bis
120°
80° bis
120°
80° bis
120°
80° bis
120°
86° bis
126°
86° bis
126°
84° bis
124°
84° bis
124°
84° bis
124°
-101°
-105°
-105°
-105°
-80° bis
-105°
-80° bis
-105°
-80° bis
-105°
-80° bis
-105°
-80° bis
-105°
-80° bis
-105°
-80° bis
-105°
-80° bis
-105°
-80° bis
-105°
-97°
-104 °
-108°
Leistung in PS/kW
bei 1/min
Vollvariabler Ventiltrieb
-
Serieneinsatz
Auslass-VANOS
X1
Spreizung Auslass °KW
Einlass-VANOS
M50B20TU
Spreizung Einlass °KW
Motor
Tabellarische Übersicht
09/
1992
09/
1992
09/
1994
05/
1995
01/
1995
12/
1997
03/
1998
03/
1998
04/
2000
04/
2000
09/
2000
09/
2000
09/
2000
09/
2000
09/
1998
09/
1998
09/
2001
150/110
5900
191/141
5900
150/110
5900
170/125
5500
193/142
5300
150/110
5900
170/125
5500
193/142
5500
170/125
6100
170/125
6100
192/141
6000
192/141
6000
231/170
5900
231/170
5900
245/180
5800
286/210
5400
347/255
5700
Seit 1992 wird bei BMW die VANOS
eingesetzt. Mittlerweile sind alle
Benzinmotoren mit einer DoppelVANOS versehen.
3
ME9.2
236°/248°
N42B18
X3
X3
XA
ME9.2
258°/250°
N42B20
X3
X3
XA
ME9.2
258°/250°
N45B16
X3
X3
-
ME9.2
236°/248°
N45B16
X3
X3
-
ME9.2
239°/247°
N46B18
X3
X3
XA
MEV9.2
250°/258°
N46B20
X3
X3
XA
MEV9.2
250°/258°
N46B20UL
X3
X3
XA
MEV9.2
250°/247°
N46B20OL
X3
X3
XA
MEV9.2
250°/258°
N52B25UL
X3
X3
XB
MSV70
255°/263°
N52B25OL
X3
X3
XB
MSV70
255°/263°
N52B30UL
X3
X3
XB
MSV70
255°/263°
N52B30OL
X3
X3
XB
MSV70
255°/263°
N62B36
X3
X3
XA
ME9.2
282°/254°
N62B44
X3
X3
XA
ME9.2
282°/254°
N62B44
(X5)
N62B48
(X5)
N62B40TU
X3
X3
XA
ME9.2.1
282°/254°
X3
X3
XA
ME9.2.2
282°/254°
X3
X3
XA
ME9.2.2
282°/254°
N62B48TU
X3
X3
XA
ME9.2.2
282°/254°
N73B60
X3
X3
XA
2x
MED9.2.1
282°/254°
4
Leistung in PS/kW
bei 1/min
Einlass/Auslass
-
Serieneinsatz
Motorsteuerung
X3
X3
Auslass-VANOS
N40B16
Motor
Einlass-VANOS
4
75° bis
135°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
55° bis
125°
55° bis
125°
50° bis
120°
50° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
60° bis
120°
-75° bis
-135°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-115°
-60° bis
-115°
-60° bis
-115°
-60° bis
-115°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-60° bis
-120°
-63° bis
-126°
09/
2001
12/
2001
09/
2001
03/
2004
09/
2004
03/
2004
03/
2004
12/
2004
09/
2004
03/
2005
03/
2005
03/
2005
09/
2004
11/
2001
11/
2001
09/
2003
04/
2004
03/
2005
03/
2005
01/
2003
115/85
6100
115/85
5500
143/105
6000
116/85
6100
116/85
6000
116/85
5500
143/105
6000
129/95
5750
150/110
6200
/130
5800
218/160
6500
218/160
6500
258/190
6600
272/200
6200
333/245
6100
320/235
6100
360/265
6200
306/225
6300
367/270
6200
435/327
6000
ME3.3
260°/260°
S50B30GT
X4
-
-
ME3.3
264°/264°
S50B32
X5
X5
-
MSS50
260°/260°
S54B32
E36/7
X5
X5
-
MSS54
260°/260°
S54B32
X5
X5
-
MSS54
260°/260°
S54B32HP
X5
X5
-
S62B50
X5
X5
-
MSS52
252°/248°
S85B50
X5
X5
-
MSS65
268°/260°
MSS54HP 260°/260°
80° bis
122°
80° bis
122°
70° bis
130°
70° bis
130°
70° bis
130°
70° bis
130°
74° bis
134°
79° bis
145°
-108°
-108°
-76° bis
-114°
-83° bis
-128°
-83° bis
-128°
-83° bis
-128°
-76° bis
-136°
-91° bis
128°
Leistung in PS/kW
bei 1/min
Einlass/Auslass
-
Serieneinsatz
Motorsteuerung
-
X4
Auslass-VANOS
S50B30
Motor
Einlass-VANOS
4
09/ 286/210
1992 7000
295/217
1995 7100
09/ 321/236
1995 7400
05/ 325/239
2001 7400
07/ 343/252
2000 7900
01/ 360/265
2003 7900
09/ 440/294
1998 6600
09/ 507/373
2004 7750
X1 = Schwarz/weiß Einlass-VANOS
X2 = Stufenlose Einlass-VANOS
X3 = Stufenlose Doppel-VANOS
X4 = Stufenlose Hochdruck Einlass-VANOS
X5 = Stufenlose Hochdruck Doppel-VANOS
XA = mit VALVETRONIC Steuergerät
XB = VALVETRONIC II
5
4
6
5
Einleitung
VANOS
Steuerung des Ladungswechsels
Neben der Drosselung des vom Motor
angesaugten Frischgasstroms mithilfe der
Drosselklappe gibt es weitere Systeme zur
Veränderung von Frischgas und
Restgasmenge im Zylinder:
Diese Unterlage befasst sich mit den variablen
Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile
mithilfe der VANOS.
• Variable Steuerzeiten von Ein- und
Auslassventil,
Bei der Konzeption der Steuerzeiten ist zu
beachten, dass sich das Verhalten der in den
Zylinder ein- und ausströmenden Gassäulen
z. B. über die Drehzahl oder die Drosselklappe
stark verändert. Bei Verwendung fester
Steuerzeiten kann der Ladungswechsel somit
nur für einen bestimmten Betriebsbereich
optimiert werden. Variable Steuerzeiten
erlauben die Anpassung an verschiedene
Betriebsbereiche und somit Drehzahlen.
• Abgasrückführung,
• Variable Geometrie des Saugrohrs
(dynamische Aufladung) und
• Abgasturboaufladung.
Variable Steuerzeiten
Beginnend mit dem 3/15 von 1929
mit DA1 Motor hat sich die
durchschnittliche Nenndrehzahl von
3000 1/min auf heute 6200 1/min
erhöht. Die stufenlose DoppelVANOS gehört heute zum Standard
bei den BMW Benzinmotoren und
zum technisch Fortschrittlichsten,
was der Weltmarkt an Motortechnik
zu bieten hat.
7
5
Historie
Ventiltriebstechnologien bei BMW
Ottomotoren
Der technologische Entwicklungsstand des
Ventiltriebs wird wesentlich durch
Drehzahlfestigkeit und nutzbare
Ventiltriebsvariabilität bestimmt.
Von 1929, dem Start der Serienproduktion
von BMW Kraftfahrzeugen, bis zur Einführung
des BMW 4-Ventil Motors M50B20 im Jahre
1989 erhöhte sich die Nenndrehzahl von
3000 1/min auf etwa 5900 1/min. 1992 wurde
mit der variablen Nockenwellensteuerung der
erste teilvariable Ventiltrieb in Serie
eingesetzt. Das VANOS-System erfuhr eine
konsequente Weiterentwicklung von der
schaltbaren Einlass-VANOS zur stufenlosen
Doppel-VANOS mit vergrößertem
Stellbereich. Damit konnten funktionale
Verbesserungen im Volllastbetrieb, im
Teillastbetrieb und im Leerlauf sowie bei den
Schadstoffemissionen erzielt werden.
Interessant ist in diesem Zusammenhang die
Steigerung der maximalen Nenndrehzahl, die
noch stärker zugenommen hat, als es im
folgendem Diagramm die Mittelwerte erahnen
lassen. Die Spitzenwerte der maximalen
Nenndrehzahlen werden ausschließlich von
den Motorsport-Motoren erreicht:
• 1992 vom S50B30 mit 7000 1/min,
• 2000 vom S50B32 mit 7400 1/min,
• 2005 vom S54B32 mit 7900 1/min.
Die folgende Grafik zeigt die historische
Entwicklung der Nenndrehzahl (Mittelwert
über die Ottomotorenpalette) und die
Zeitpunkte der Serieneinführung neuer
Ventiltriebstechnologien bei BMW
Ottomotoren:
1 - Historie Ventiltriebstechnologien
Index Erklärung
1929 2 stehende Ventile, unten liegende
Nockenwelle
1932 2 hängende Ventile, unten liegende
Nockenwelle
1962 2 Ventile, oben liegende Nockenwelle
1989
8
Index Erklärung
1992 4 Ventile, oben liegende Nockenwelle,
Einlass-VANOS
Doppel-VANOS
VALVETRONIC
4 Ventile, oben liegende Nockenwelle 2005 4 Ventile, oben liegende Nockenwelle,
VALVETRONIC II
5
1929
• BMW 3/15, 2 stehende Ventile, unten
liegende Nockenwelle
2 - 1929: 3/15 mit DA1 Motor
1932
• BMW 3/20 mit M68a, 2 hängende Ventile,
unten liegende Nockenwelle
3 - 1932: 3/20 mit M68 Motor
9
5
1962
• BMW 1500 mit M115, 2 hängende Ventile,
oben liegende Nockenwelle (ohc)
4 - 1962: 1500 mit M115 Motor
1989
• BMW 520i mit M50B20, 4 hängende
Ventile, doppelte oben liegende
Nockenwellen (dohc)
5 - 1989: 520i mit M50B20 Motor
10
5
1992
• BMW 520i mit M50B20TU, 4 hängende
Nockenwellen (dohc), Einlass-VANOS
6 - 1992: 520i mit M50B20TU Motor
1997
• BMW 528i mit M52B28TU, 4 hängende
Nockenwellen (dohc), Doppel-VANOS
7 - 1997: 528i mit M52B28TU Motor
11
5
2001
• BMW 316ti mit N42B18, 4 hängende
Ventile, doppelt oben liegende
Nockenwellen (dohc), VALVETRONIC
(Doppel-VANOS + vollvariabler Ventiltrieb)
8 - 2001: 316ti mit N42 Motor
2005
• BMW 630i mit N52B30OL, 4 hängende
Ventile, doppelt oben liegende
Nockenwellen (dohc), VALVETRONIC II
(Doppel-VANOS + vollvariabler Ventiltrieb)
9 - 2005: 630i mit N52 Motor
12
6
Systemübersicht
VANOS
Im herkömmlichen Motor sind Kurbelwelle
und Nockenwelle über einen Zahnriemen oder
eine Kette mechanisch gekoppelt (siehe
Grafik, Kettentrieb M50 Motor). Die
Steuerzeiten sind in diesem Fall fix
vorgegeben (siehe Grafik,
Steuerzeitendiagramm M50B20 Motor).
Index
1
2
3
4
Erklärung
Auslassnockenwelle
Steuerkette sekundär
Einlassnockenwelle
Steuerkette primär
5
6
Kurbelwelle
Steuerkette Ölpumpe
Der M50 Motor war die
Ausgangsbasis für den Einsatz der
ersten VANOS. Es wird der
bekannte Aufbau des Kettentriebs
zwischen Kurbelwelle und
Nockenwelle verwendet.
1 - Kettentrieb M50 Motor
2 - Steuerzeitendiagramm M50B20 Motor
13
6
Generelle Beschreibung
Bei BMW wurden bis heute fünf
verschiedene VANOS-Systeme
entwickelt. Diese sind die schwarz/
weiß Einlass-VANOS, stufenlose
Einlass-VANOS, stufenlose DoppelVANOS, stufenlose Hochdruck
Einlass-VANOS und die stufenlose
Hochdruck Doppel-VANOS.
Bei Motoren mit Nockenwellenverstellung
wird mindestens die Einlassnockenwelle, bei
neueren Systemen Einlass- und
Auslassnockenwelle gegenüber der
Kurbelwelle verdreht. Die Einstellung erfolgt
durch den Öldruck, welcher von elektrisch
betätigten Stellern gesteuert wird. Um die
Steuerzeiten zu optimieren, wurden im Laufe
der Zeit immer intelligentere VANOSSysteme entwickelt und eingesetzt. Die
folgenden Seiten geben einen Überblick über
die bei BMW hauptsächlich verwendeten
Systeme und deren Einfluss auf die
Steuerzeiten.
Systeme:
• Schwarz/weiß Einlass-VANOS
– M50TU
– M52
• Stufenlose Einlass-VANOS
– M62TU
• Stufenlose Doppel-VANOS
– M52TU
– M54
– N40, N42, N45, N46, N52,
– N62, N62TU, N73
• Stufenlose Hochdruck Einlass-VANOS
– S50, S50TU
• Stufenlose Hochdruck Doppel-VANOS
– S50B32, S52, S54
– S62
– S85.
Hauptfunktion der VANOS
• Leistungssteigerung
• Drehmomenterhöhung
• Interne Abgasrückführung
• Emissionsreduzierung
• Verbrauchsreduzierung.
14
Mit der Nockenwellenverstellung auf der
Einlassseite kann je nach Auslegung der
Nockenkontur das maximale Drehmoment
oder die Höchstleistung positiv beeinflusst
werden.
Für die maximale Motorleistung ist die Lage
des Zeitpunktes "Einlassventil schließt"
bestimmend. Zu höheren Drehzahlen hin wird
der Schießzeitpunkt des Einlassventils in
Richtung "spät" verschoben. Der Zeitpunkt
wird so gewählt, dass die Zylinderfüllung
möglichst optimal ist und damit große
Leistungsabgabe erzielt wird.
Ein Zurückströmen der Gase aus dem
Brennraum in den Ansaugkanal kann durch
die drehzahlmäßige Anpassung des
Schließzeitpunkts des Einlassventils
vermieden werden.
Mit der Nockenwellenverstellung kann die
Ventilüberschneidung derart variiert werden,
dass der Restgasanteil im Zylinder gesteuert
werden kann. Durch den Verbleib von Restgas
im Zylinder wird das Temperaturniveau der
Verbrennung begrenzt und somit die NOxEmissionen reduziert.
Mit der stufenlosen VANOS erfolgt durch die
Veränderung der Ventilüberschneidung eine
interne Abgasrückführung. Dabei wird ein
Überströmen des Abgases vom Auslass- in
den Einlasskanal während der
Überschneidungsphase ermöglicht.
Die Verstellung der Einlassnockenwelle wird
somit im unteren und mittleren
Drehzahlbereich hauptsächlich zur
Motordrehmoment-Erhöhung und zur
internen Abgasrückführung genutzt. Bei
höheren Drehzahlen steht die
Leistungsabgabe im Vordergrund.
Die Verstellung der Auslassnockenwelle dient
der optimalen Leerlaufqualität oder zur
Erreichung maximaler
Abgasrückführungsraten.
Der Verbrauchsvorteil zu Motoren ohne
stufenloser Doppel-VANOS kann bis zu 10 %
betragen.
6
Prinzipielle Darstellung eines VANOSHydraulikplans
3 - Hydraulikplan M50TU
Motor und M52 Motor
Index
1
2
3
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Rücklaufabsperrventil
Der vorhandene Ölkreislauf von der Ölwanne
(1) über die Ölpumpe (2) über ein im
Motorölfilter integriertes
Rücklaufabsperrventil (3) in den Motorölfilter
(4) wird genutzt und durch zusätzliche
Bohrungen und Bauteile erweitert. Über eine
Bohrung gelangt nun das Öl in ein
Magnetventil (5), das als 4/3-WegeProportionalventil ausgelegt ist. Über das
Magnetventil wird je nach Bedarf die eine oder
andere Seite des VANOS-Regelkolbens (6)
mit Öldruck beaufschlagt.
Die Verstellung der Nockenwelle wird je nach
Ausführung von einem VANOS-Getriebe mit
Schrägverzahnung, einen Schwenkmotor
oder einem Flügelzellenmotor durchgeführt.
Die Funktion dieser Stelleinheiten ist in der
folgenden Dokumentation näher beschrieben.
Index
4
5
6
Erklärung
Motorölfilter
Magnetventil
VANOS-Regelkolben
Elektrische Ansteuerung
Die Ansteuerung und Regelung der VANOS
wird von der DME durchgeführt. Über den
Kurbelwellensensor kennt die DME die
Position der Kurbelwelle. Über die
Nockenwellensensoren sind die jeweiligen
Stellungen der Nockenwelle zur Kurbelwelle
erkennbar. Somit kann die DME über die
Ansteuerung der Magnetventile die
Nockenwellenposition zur
Kurbelwellenposition einregeln.
In der DME sind Kennfelder für die Position
der Nockenwellen zur Kurbelwelle abgelegt.
Diese Kennfelder berücksichtigen im
Wesentlichen folgende Parameter:
• Motordrehzahl
• Drosselklappenposition (Lastanforderung)
• Kühlmitteltemperatur.
15
6
Das Rücklaufabsperrventil stellt sicher, dass
die Ölkanäle bei Motorstillstand nicht "leer"
laufen. Dazu lässt das Rücklaufabsperrventil
das Motoröl nur in eine Richtung
durchströmen und sperrt den Öldurchfluss in
die andere Richtung ab.
4 - Rücklaufabsperrventil
Schmierung der VANOS am Beispiel des
M52 Motors
Damit das VANOS-Getriebe möglichst
geräuschlos und verschleißfrei arbeitet, wird
es mit Öl vom Ölkreislauf geschmiert. Das Öl
gelangt über die Ölversorgung des ersten
Nockenwellenlagers über eine auf der
Nockenwelle angebrachte Nut (1) in eine
Bohrung (2) an der Nockenwelle.
5 - Einlassnockenwelle
Index Erklärung
1
Nut
16
Index Erklärung
2
Bohrung
6
Von der Bohrung (4) in der Nockenwelle (5)
gelangt das Öl an der Torx-Schraube (1) und
der Zahnwelle (3) entlang über zwei Nuten (2)
auf der Anlagefläche der Torx-Schraube (1)
zum VANOS-Getriebe.
6 - Nockenwelle des
M52 Motors
Index
1
2
3
Erklärung
Torx-Schraube
Nut
Zahnwelle
Index Erklärung
4
Bohrung
5
Nockenwelle
17
6
M50TU Motor
Die schwarz/weiß Einlass-VANOS
war das erste bei BMW eingesetzte
VANOS-System. Wie der Name
schon sagt, waren nur zwei
Stellungen der Einlassnockenwelle
möglich. Mit der VANOS sind ein
besserer Leerlauf, weniger
Schadstoffe im Abgas und eine
Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs erzielt worden.
Diese Vorteile wurden mit den
folgenden Generationen der
VANOS immer besser genutzt. Zur
Verstellung der Nockenwelle wurde
ein VANOS-Getriebe verwendet.
Bei der schwarz/weiß Einlass-VANOS erfolgt
die Einstellung der Einlassnockenwelle nur in
zwei Stufen. Somit wird der Endanschlag
Frühstellung bzw. Spätstellung eingestellt.
Diese Art der Steuerzeitenstellung wurde
erstmals mit dem M50TU Motor realisiert.
Das folgende Steuerzeitendiagramm zeigt die
Steuerzeiten des M50B20TU Motors.
Mit dem M50TU kamen zwei unterschiedliche
Motorsteuergeräte zum Einsatz. Für den
M50B20TU Motor wurde die Siemens
Motorsteuerung MS40.1 verwendet, der
M50B25TU Motor erhielt die Motorsteuerung
ME3.3.1 von Bosch.
Die MS40.1 und die ME3.3.1 haben
unterschiedliche Funktionen und Techniken.
Es werden verschiedene Arten von
Nockenwellensensoren verwendet. Die
7 - Steuerzeitendiagramm M50B20TU Motor
18
MS40.1 besitzt einen Hallsensor, die ME3.3.1
einen Magnetoresistiven Winkelsensor.
Abhängig von den Ansteuerbedingungen
Kühlmitteltemperatur, Last und Drehzahl wird
in das eine oder andere Kennfeld gewechselt.
Im Moment der VANOS-Verstellung werden
Eingriffe am Spritzbeginn und der Zündung
vorgenommen. Somit bleibt die VANOSVerstellung vom Fahrer unbemerkt. Um eine
wiederholte VANOS-Verstellung bei gleicher
Drehzahl (Pendelschaltung) in rascher Folge
zu vermeiden, findet z. B. die Ansteuerung der
VANOS bei einer bestimmten Drehzahl
(Spätverstellung) und das Zurücksetzen bei
z. B. 100 1/min weniger statt
(Frühverstellung). Somit ist eine
Pendelschaltung bei gleicher Drehzahl
ausgeschlossen. Diese Art der Ansteuerung
wird auch als Hysterese bezeichnet.
6
Hydraulikplan
8 - Hydraulikplan
M50TU Motor und
M52 Motor
Index
1
2
3
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Der vorhandene Ölkreislauf von der Ölwanne
(1) über die Ölpumpe (2) über ein im
Rücklaufabsperrventil (3) in den Motorölfilter
(4) wird genutzt und durch zusätzliche
Bohrungen und Bauteile erweitert. Über eine
Bohrung gelangt das Öl in ein Magnetventil (5)
dieses Magnetventil ist als 4/3 Wege
Proportionalventil ausgelegt.
Index
4
5
6
Erklärung
Motorölfilter
Magnetventil
VANOS-Regelkolben
Über das Magnetventil wird je nach Bedarf die
eine oder andere Seite des VANOSRegelkolbens (6) mit Öldruck beaufschlagt.
Die Verstellung der Nockenwelle wird von
einem VANOS-Getriebe mit
Schrägverzahnung durchgeführt.
19
6
Aufbau und Funktion
Die Nockenwelle ist mit einer
Schrägverzahnung (1) versehen. Das
Kettenrad (3) ist verdrehbar auf der
Nockenwelle befestigt und weist eine
Schrägverzahnung innen auf.
In diese beiden Schrägverzahnungen greift
eine Steuerhülse (2) mit je einer
Schrägverzahnung auf der Innen- und
Außenseite. Wird diese Steuerhülse axial
verschoben, so verdreht sich das Kettenrad
(3) zur Nockenwelle.
9 - VANOS-Aufbau
Index
1
2
3
4
5
6
Erklärung
Schrägverzahnung
Steuerhülse
Kettenrad
Druckraum Spätverstellung
Magnetventil
Ölkanal
Die Lageveränderung des VANOSRegelkolbens (11) erfolgt durch den über ein
Magnetventil (5) steuerbaren Motoröldruck.
Vom Magnetventil (5) wird ein Regelkolben (7)
gegen die Federkraft der Rückstellfeder (9)
bewegt. Je nach Position wird entweder der
Ölkanal (6) oder der Ölkanal (10) für das unter
Druck stehende Motoröl freigeschaltet. Der
jeweilige andere Ölkanal (6) oder Ölkanal (10)
wird mit dem Ölkanal (8) kurzgeschlossen und
das vom Druckraum Spätverstellung (4) oder
Druckraum Frühverstellung (12) kommende
Motoröl in den Ölraum des Zylinderkopfes
abgeleitet. Je nachdem, ob der Druckraum
Spätverstellung (4) oder der Druckraum
Frühverstellung (12) mit Motoröldruck
beaufschlagt wird, erfolgt die VANOSVerstellung in Richtung "spät" oder "früh".
20
Index
7
8
9
10
11
12
Erklärung
Regelkolben
Ölkanal
Rückstellfeder
Ölkanal
VANOS-Regelkolben
Druckraum Frühverstellung
Ein Rücklaufabsperrventil (siehe
Hydraulikplan) verhindert, dass die VANOS
bzw. die Ölkanäle "leer" laufen.
Die Schwenkgeschwindigkeit ist abhängig
vom Motoröldruck, der Motoröltemperatur
und der Motordrehzahl.
3 Folgende Fehler werden von der MS40.1
diagnostiziert:
• Positionsrückmeldung der
Einlassnockenwelle
• Endstufenfehler
• Kurzschluss nach Plus oder Minus
• Leitungsunterbrechung 1
6
M62TU Motor
Die stufenlose Einlass-VANOS war eine
Weiterentwicklung der schwarz/weiß EinlassVANOS. Diese VANOS wurde mit dem
M62TU Motor eingeführt. Mit dieser VANOS
war es erstmals möglich, die
Einlasssteuerzeiten variabel zu verstellen.
Je nach Vorgabe des Motorsteuergeräts sind
beliebige Stellungen möglich.
In der folgenden Grafik ist der Einstellbereich
der stufenlosen Einlass-VANOS durch den
blau hervorgehobenen Bereich gut zu
erkennen.
Die Entwicklung der VANOS ergab
mit der stufenlosen Einlass-VANOS
eine Verbesserung im Bereich der
Freiheitsgrade der
Einlassnockenwelleneinstellung.
Der Motorlauf konnte weiter
verbessert werden und die gültigen
Abgasvorschriften wurden deutlich
unterboten. Die Montage war
leichter möglich, da erstmals ein
kompaktes VANOS-Getriebe zum
Einsatz kam. Dieses VANOSGetriebe war nicht mehr zerlegbar.
10 - Steuerzeitendiagramm M62TU Motor
21
6
Hydraulikplan
11 - Hydraulikplan M62TU
Index
1
2
3
4
5
6
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Motorölfilter
Der Ölkreislauf für die VANOS erfolgt von der
Ölwanne (1) über die Ölpumpe (2) über ein, im
Rücklaufabsperrventil (3), in den Motorölfilter
(4). Getrennt nach linker und rechter
Zylinderbank weiter über ein
Rücklaufabsperrventil (6) über ein im
Magnetventil integriertes Feinsieb (7) in das
Magnetventil (10). Die Magnetventile sind als
22
Index
7
8
9
10
11
12
Erklärung
Sieb
Sieb
Magnetventil
Magnetventil
VANOS Regelkolben
VANOS Regelkolben
4/3-Wege-Proportionalventile ausgelegt.
eine oder andere Seite des VANOSRegelkolbens (11) mit Öldruck beaufschlagt.
6
Aufbau und Funktion
Der Aufbau der VANOS-Einheit wurde im
Vergleich zur schwarz/weiß Einlass-VANOS
überarbeitet. Sie wird nun als geschlossene
Einheit mit der Nockenwelle verschraubt. Die
VANOS-Einheit besteht aus dem VANOSGetriebe und den beiden Kettenrädern.
Ist die jeweils optimale Nockenwellenposition
erreicht, wird durch die Magnetventile das
Ölvolumen im Stellzylinder auf beiden
Kammerseiten konstant gehalten, sodass die
Nockenwellen in den entsprechenden
Stellungen verharren.
12 - M62TU Motor
Index Erklärung
1
Magnetventil Zylinder 1-4
2
Index Erklärung
3
VANOS-Einheit mit Geberrad Zylinder
5-8
VANOS-Einheit mit Geberrad Zylinder 4
1-4
Magnetventil Zylinder 5-8
23
6
13 - VANOS-Einheit
Index
1
2
3
4
5
6
24
Erklärung
Ölkanal
Kolbenzahnring
Kolben
Kettenrad mit Gehäuse
Ölkanal
Ölkanal
Index
7
8
9
10
11
Erklärung
Befestigungsschraube
Anschlagscheibe
Kontaktstift (3x)
6
Damit die Endposition der VANOS-Einheit
erkannt werden kann, sind drei Kontaktstifte in
der Einheit montiert. Wird die NockenwellenEinstellposition (max. "spät") erreicht, liegen
diese Kontaktstifte am Verstellkolben an. Mit
einem Ohmmeter kann der Kontakt so sicher
geprüft werden (Widerstandsmessung
Kontaktstift zu Motormasse).
Ein vor dem Magnetventil eingeschraubtes
Rückschlagventil stellt sicher, dass die
Ölkanäle der VANOS nicht "leer" laufen. Damit
wird verhindert, dass die VANOS-Einheit beim
Motorstart Geräusche verursacht.
3 Die zentrale Befestigungsschraube der
VANOS-Einheit an die Nockenwelle hat ein
Linksgewinde.
Im Notlauf sind die Magnetventile unbestromt.
Die Einlassnockenwellen stehen dann in der
Stellung "spät". 1
14 - VANOS-Einheit
Index Erklärung
1
Kontaktstift (3x)
25
6
M52TU Motor
Mit der stufenlosen Doppel-VANOS
hielt die auch heute noch gültige
variable Einstellung der Einlass- und
Auslassnockenwelle Einzug. Die
Vorteile wie Steigerung des
Drehmoments, besserer Leerlauf,
geringere Abgasemissionen und
Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs konnten weiter
verbessert werden.
Mit dem M52B20TU wurde die stufenlose
Doppel-VANOS eingeführt. Der Aufbau ist mit
der schwarz/weiß Einlass-VANOS
vergleichbar. Neu ist, dass zur
Einlassnockenwelle auch die
Auslassnockenwelle variabel eingestellt
werden kann. Es sind je nach Vorgabe des
Motorsteuergerätes beliebige Stellungen der
beiden Nockenwellen möglich.
• Geringere Restgasmenge im Leerlauf
durch weniger Ventilüberschneidung,
dadurch verbesserter Leerlauf
Vorteile der stufenlosen Doppel-VANOS sind:
• Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.
• Steigerung des Drehmoments im unteren
und mittleren Drehzahlbereich
Der mögliche Einstellbereich der DoppelVANOS ist durch das blaue bzw. rote Feld gut
zu erkennen.
15 - Steuerzeitendiagramm M52B28TU Motor
26
• Interne Abgasrückführung im
Teillastbereich zur Stickoxidreduzierung
• Schnellere Aufwärmung der Katalysatoren
und geringere Rohemissionen nach dem
Kaltstart
6
Hydraulikplan
16 - Hydraulikplan M52TU und
M54
Index
1
2
3
4
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Motorölfilter
Ölwanne (1) über die Ölpumpe (2) über ein, im
Rücklaufabsperrventil (3), in den Motorölfilter
(4). Getrennt nach Einlass- und Auslassseite
weiter in das Magnetventil (6). Über das
Magnetventil wird je nach Bedarf die eine oder
mit Öldruck beaufschlagt.
Index
5
6
7
8
Erklärung
Magnetventil
Magnetventil
VANOS-Regelkolben
VANOS-Regelkolben
Der VANOS-Regelkolben (8) ist mit einer
Feder vorgespannt und wird so drucklos in der
Position "früh" beim Motorstart gehalten. Der
VANOS-Regelkolben (8) ist für die
Auslassnockenwelle zuständig.
27
6
Aufbau und Funktion
17 - M52TU Motor
Die VANOS-Einheiten der Einlass- und
Auslassseite sind sehr ähnlich aufgebaut. Das
Magnetventil (1) zur Einstellung der Steuerzeit
der Auslassnockenwelle ist auf der
Auslassseite des Zylinderkopfes angebracht
(siehe folgende Grafik).
18 - VANOS-Einheiten
Index Erklärung
1
Magnetventil
2
VANOS-Einheit
28
Index Erklärung
3
VANOS-Einheit
4
Magnetventil
6
Bei Motorstart befindet sich die
Einlassnockenwelle in Endposition "spät". Die
Auslassnockenwelle wird beim Motorstart
über eine Feder vorgespannt und in der
Position "früh" gehalten. Sind die
Magnetventile stromlos, werden die
Nockenwellen durch den Öldruck in der
Endposition fixiert.
Nach ca. 50 Umdrehungen oder 2-5
Sekunden nach dem Motorstart erkennt das
Motorsteuergerät über die
Nockenwellensensoren die aktuelle Position
der Nockenwellen.
Aus dem Motordrehzahlsignal
(Kurbelwellensensor) und dem Lastsignal wird
in Abhängigkeit von der Ansaugluft- und der
Kühlmitteltemperatur die erforderliche
Position der Einlass- und Auslassnockenwelle
berechnet und eingeregelt.
3 Im Notlauf sind die Magnetventile
unbestromt. Die Einlassnockenwelle steht
dann in der Position "spät", die
Auslassnockenwelle in der Position "früh". 1
N42/N52 Motor
Mit dem N42 Motor kam eine neue,
kompakte, stufenlose Flügelzellen-VANOS
zum Einsatz. Diese VANOS-Einheit zeichnet
sich durch eine leichte Demontierbarkeit bzw.
Montierbarkeit aus.
Die VANOS-Einheit ist ein integriertes
Bestandteil des Kettentriebs und mit einer
Zentralschraube an der jeweiligen
Nockenwelle befestigt.
19 - Kettentrieb des N42
Motors
29
6
Hydraulikplan
20 - Hydraulikplan N40, N42,
N45 und N46 Motor
Index
1
2
3
4
5
6
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Motorölfilter
Sieb
Ölwanne (1) über die Ölpumpe (2) in den
Motorölfilter (3) und von dort aufgetrennt auf
die Einlass- und Auslassseite über ein
zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse
verbautes Rücklaufabsperrventil (5) und ein
Feinsieb (6) am Magnetventil in das
Magnetventil (9). Über das Magnetventil wird
je nach Bedarf die eine oder andere Seite des
Druckraums des Flügelzellenmotors (10) mit
Öldruck versorgt.
einem Flügelzellenmotor auf der Einlass- bzw.
Auslassnockenwelle durchgeführt.
Die beiden Hakendichtungen zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenlagerung sind
für die fehlerfreie Ölversorgung nötig.
30
Index
7
8
9
10
11
Erklärung
Sieb
Magnetventil
Magnetventil
Flügelzellenmotor
Flügelzellenmotor
Die Magnetventile werden mit Halteblechen
am Zylinderkopf befestigt.
3 Die Haltebleche dürfen nicht verformt
werden, Reparaturanleitung beachten. 1
Die Verstellzeit für 60 ° Kurbelwellenwinkel
beträgt ca. 300 ms.
Dieser Wert gilt für alle VANOS-Systeme mit
Flügelzellenmotor und Schwenkmotor.
6
Aufbau und Funktion
Die folgende Grafik zeigt die Einbauorte der
Magnetventile und Nockenwellensensoren
des N42 Motors.
21 - Einbauort Magnetventile
und
Nockenwellensensoren
Index Erklärung
1
Auslassnockenwellensensor
2
Magnetventil
Index Erklärung
3
Einlassnockenwellensensor
4
Magnetventil
Die folgende Grafik zeigt einen
Flügelzellenmotor bzw. VANOS-Einheit mit
Blick auf die Stirnseite.
Markierungen zu unterscheiden. Auf der
VANOS-Einheit der Auslassseite ist die
Aufschrift "AUS OUT" aufgebracht.
Diese VANOS-Einheit wird in
unterschiedlichen Ausführungen bei
verschiedenen Motoren eingesetzt. Da sich
die VANOS-Einheiten optisch fast nicht
unterscheiden, ist zwingend auf die
Teilenummer zu achten.
Ein Fehleinbau kann zu einem kapitalen
Motorschaden führen 1
22 - VANOS-Einheit
3 Auf der Stirnseite ist deutlich die Aufschrift
" EIN IN" zu erkennen. Die VANOS-Einheiten
der Einlass- und Auslassseite sind
unterschiedlich und durch diese
31
6
23 - Flügelzellenmotor bzw.
VANOS-Einheit
Index
1
2
3
4
5
6
7
Erklärung
Frontplatte
Halteblech
Verriegelungsfeder
Ölkanal
Ölkanal
Nockenwelle
Ein grundsätzlicher Vorteil des
Flügelzellenmotors ist, dass die Steuerzeiten
sehr einfach einzustellen sind. Die Einstellung
der Steuerzeiten ist mit Motoren ohne
VANOS vergleichbar.
Ermöglicht wird dies durch den Einsatz eines
Verriegelungspins (Index 3 in der folgenden
Grafik) in der VANOS-Einheit. Dieser Pin rastet
ein, sobald die VANOS drucklos ist und durch
die Torsionsfeder (12) in die
Verriegelungsstellung gedrückt wird.
Von dem jeweiligen Magnetventil gelangt das
Öl über den Zylinderkopf und den Ölkanal (5)
bzw. Ölkanal (8) in der Nockenwelle in die
VANOS-Einheit.
32
Index
8
9
10
11
12
13
Erklärung
Ölkanal
Gehäuse mit Zahnkranz
Ölkanal
Torsionsfeder
Befestigungsschraube
Zur Abdichtung zwischen Nockenwelle und
Zylinderkopf sind Hakenringe verbaut, welche
die Ölkanäle untereinander und zum
Ventilraum hin abdichten.
6
24 - Flügelzellenmotor bzw.
VANOS-Einheit
Index
1
2
3
4
5
6
Erklärung
Flügel
Verriegelungspin
Halteblech
Verriegelungsfeder
Verrastung
Index
9
10
11
12
13
14
Erklärung
Flügel
Ölkanal
Verrastung
Ölkanal
Feder
7
8
Rotor
15
Zur Verstellung der VANOS aus der
Ruheposition heraus wird Öl über den Ölkanal
(11) in dem Druckraum Frühverstellung (1)
und (10) gefördert. Der Öldruck bewirkt, dass
der Verriegelungspin (3) entgegen der
Verriegelungsfeder (5) nach außen gedrückt
wird. Somit ist der Rotor (7) zum Gehäuse mit
Zahnkranz freigegeben und kann dazu durch
den Öldruck verdreht werden. Das Öl aus dem
Druckraum Spätverstellung (8) und (15) wird
über die Ölkanäle (13) über die Nockenwelle
und das Magnetventil in den Ventilraum des
Zylinderkopfes geleitet.
Das Öl wird in den Ventilraum eingeleitet, weil
der Ölkanal an der höchsten Stelle der
VANOS-Ölkanäle liegt und ein "Leerlaufen"
der VANOS-Ölkanäle ausgeschlossen ist.
33
6
Besonderheiten am N52 Motor
25 - Schwenkmotor bzw.
VANOS-Einheit
Index
1
2
3
4
Erklärung
Frontplatte
Verriegelungspin
Ölkanal
Gehäuse mit Zahnkranz
Wie in der obigen Grafik ersichtlich,
unterscheidet sich die VANOS-Einheit des
N52 Motors von der VANOS-Einheit des N42
Motors. Die Funktion ist gleich geblieben,
jedoch sind einige Teile entfallen und die
VANOS-Einheit ist optimiert worden.
Die Flügel der N42-VANOS-Einheit sind bei
der N52-VANOS-Einheit keine Einzelteile
mehr sondern zu einem Schwenkrotor
weiterentwickelt worden. Die in der N42VANOS-Einheit integrierte Torsionsfeder ist
nun als Schraubenfeder auf der Rückseite der
N52-VANOS-Einheit untergebracht und
durch eine Kunststoffabdeckung geschützt.
34
Index
5
6
7
8
Erklärung
Schwenkrotor
Ölkanal
3 Die VANOS-Einheiten für die Einlass- und
Auslassnockenwelle haben unterschiedliche
Verstellwege. Sie dürfen deshalb nicht
vertauscht werden, da es sonst zu einem
Motorschaden durch aufsetzende Ventile
kommen kann. In die Frontplatte der VANOSEinheit ist deshalb der Ausdruck "AUS/EX"
bzw. "EIN/IN" eingraviert. 1
6
26 - VANOS-Einheit ohne Abdeckung von hinten
27 - VANOS-Einheit für Auslassnockenwelle von vorne
35
6
N62/N73 Motor
Die N62/N73 Motoren sind ebenfalls mit
einem Flügelzellenmotor als VANOS-Einheit
ausgestattet. Der Aufbau und die Funktion
sind gleich dem N42 Motor.
Zur Verschleißreduzierung wird zwischen der
VANOS-Einheit und dem Antrieb der
Vakuumpumpe ein Federblech eingebaut.
Hydraulikplan
28 - Hydraulikplan N62, N62TU und N73 Motor
Index
1
2
3
4
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Motorölfilter
Index
11
12
13
14
Erklärung
Sieb
Magnetventil
Magnetventil
Magnetventil
5
6
7
8
9
10
Sieb
Sieb
Sieb
15
16
17
18
19
Magnetventil
Flügelzellenmotor
Flügelzellenmotor
Flügelzellenmotor
Flügelzellenmotor
Motorölfilter (3) und von dort aufgetrennt auf
die jeweilige Zylinderbank auf die Einlass- und
Auslassseite über ein in den Zylinderkopf
geschraubtes Rücklaufabsperrventil (6) über
ein Sieb (9) am Magnetventil in das
Magnetventil (14).
36
eine oder andere Seite des Druckraums des
Flügelzellenmotors (17) mit Öldruck versorgt.
einem Flügelzellenmotor auf der Einlass- bzw.
Auslassnockenwelle durchgeführt.
6
Aufbau und Funktion
Der Aufbau und die VANOS-Funktion im N62
Motor ist mit dem Aufbau und der VANOS-
Funktion im N62TU und im N73 Motor
identisch.
29 - N62 Motor
Index
1
2
3
4
Erklärung
Flügelzellenmotor
Flügelzellenmotor
Magnetventil
Magnetventil
Index
5
6
7
8
Erklärung
Flügelzellenmotor
Flügelzellenmotor
Magnetventil
Magnetventil
Der N62 Motor besitzt Zahnketten als
Steuerketten.
37
6
30 - N73 Motor
Index
1
2
3
4
38
Erklärung
Flügelzellenmotor
Flügelzellenmotor
Magnetventil
Magnetventil
Index
5
6
7
8
Erklärung
Flügelzellenmotor
Flügelzellenmotor
Magnetventil
Magnetventil
6
31 - Kettentrieb N73 Motor
Index Erklärung
1
VANOS-Einheit Auslassnockenwelle
Zylinderbank 1
Index Erklärung
3
VANOS-Einheit Einlassnockenwelle
Zylinderbank 2
2
4
VANOS-Einheit Einlassnockenwelle
Zylinderbank 1
VANOS-Einheit Auslassnockenwelle
Zylinderbank 2
Die VANOS-Einheit Auslassnockenwelle
Zylinderbank 1 (1) ist mit einer Aufnahme für
den Antrieb der Vakuumpumpe versehen.
Der Kettentrieb des N73 Motors ist dem
Kettentrieb des N62 Motors sehr ähnlich.
39
6
Am Beispiel des S50B30 Motors
Zeitnah mit der Einführung der
schwarz/weiß Einlass-VANOS hielt
bei den M-Motoren die stufenlose
Hochdruck Einlass-VANOS Einzug.
Der Vorteil der
Hochdruckverstellung ist die extrem
kurze Verstellzeit. Eine bessere und
genauere Regelung im Vergleich zur
normalen VANOS ist somit möglich.
Bei der stufenlosen Hochdruck
Einlass-VANOS erfolgt die
Geschwindigkeitsabregelung durch
die VANOS.
Mit der Einführung des E36 M3 kam eine
neue Generation von VANOS-Systemen zum
Einsatz. Das Besondere an dieser VANOS ist,
dass die Einstellung der im Motorsteuergerät
berechneten Werte extrem schnell realisiert
werden kann. Dazu trägt der erhöhte Öldruck
von 100 bar zur VANOS-Verstellung bei. Dazu
werden unter anderem die Schwingungen im
Saugrohr zur besseren Zylinderfüllung
genutzt. Die Geschwindigkeitsabregelung
wurde durch die VANOS realisiert.
32 - Steuerzeitendiagramm S50B30 Motor
40
Bei der normalen VANOS liegt die
Schwenkgeschwindigkeit bei ca. 200 °KW/s.
Bei der Hochdruck-VANOS liegt die
Schwenkgeschwindigkeit bei ca. 1000 °KW/s
bei einer Motoröltemperatur zwischen 20 °C
und 80 °C.
Die Grafik gibt den Einstellbereich der EinlassVANOS wieder. Diese Grafik ist der Grafik der
stufenlosen Einlass-VANOS sehr ähnlich, der
Vorteil in der kürzeren Reaktionszeit kann in
dieser Grafik nicht dargestellt werden.
6
Hydraulikplan
33 - Hydraulikplan
S50B30 Motor
Index
1
2
3
4
5
6
7
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Motorölfilter
Sieb
Druckbegrenzungsventil
Sieb
Einspeiseventil
Motorölfilter (3) und von dort über ein Sieb (4),
welches im Einspeiseventil (7) integriert ist,
weiter in die Hochdruckpumpe (9) und zum
Rückschlagventil (10).
Das unter ca. 100 bar Druck stehende Öl
gelangt nun in den Druckspeicher (8). Das zu
viel geförderte Öl gelangt über ein Sieb (6) in
ein Druckbegrenzungsventil (5), welches den
Öldruck auf ca. 100 bar begrenzt und zu viel
Index
8
9
10
11
12
13
Erklärung
Druckspeicher
Hochdruckpumpe
Rückschlagventil
Magnetventil
Magnetventil
VANOS-Regelkolben
gefördertes Öl in die Ölwanne ablässt. Das von
der Hochdruckpumpe geförderte Öl gelangt
weiter zu dem VANOS-Regelkolben (13) mit
dem VANOS-Getriebe und zum Magnetventil
(11) und (12).
Der VANOS-Regelkolben (13) fährt aus,
sobald das Magnetventil (12) angesteuert wird
und den Öldruck von 100 bar auch auf die
frei gibt.
41
6
Da in diesem Fall der VANOS-Regelkolben
(13) auf beiden Seiten mit dem gleichen
Öldruck beaufschlagt ist, erfolgt die
Ausfahrbewegung nur auf Grund der
unterschiedlichen Kolbenfläche. Das Öl aus
dem kleineren Kolbenraum wird dabei in den
Hochdruckkreislauf abgegeben.
Positionshaltung wird durch Schließen des
Magnetventils (12) erreicht. Für die
Einfahrbewegung wird das Magnetventil (11)
geöffnet und das Öl in die Ölwanne abgeleitet.
Aufbau und Funktion
Grundsätzlich hat die stufenlose Hochdruck
Einlass-VANOS die gleichen Aufgaben wie
die schon beschriebenen VANOS-Systeme.
Wird z. B. wenig Leistung gefordert, rücken
Verbrauch und Abgas in den Vordergrund, in
der Warmlaufphase die Katalysatoraufheizung
oder im Leerlauf die Laufruhe.
34 - VANOS-Einheit des
S50B30 Motors
Index
1
2
3
4
Erklärung
Hochdruckpumpe
VANOS-Getriebe
Kettenrad Einlassnockenwelle
Anschluss zum Druckspeicher
Die Hochdruckpumpe (1) für die Erzeugung
des Hochdrucks von 100 bar wird von der
Auslassnockenwelle angetrieben. Die
Hochdruckpumpe ist eine
Radialkolbenpumpe.
Ein nach der Hochdruckpumpe eingebautes
Rückschlagventil verhindert, dass aus dem
Hochdruckraum Öl in den Kolbenraum
42
Index
5
6
7
Erklärung
Sieb
Magnetventilblock
zurückströmt, solange der Kolbenraum noch
nicht ganz gefüllt ist. Das Nichtfunktionieren
oder Fehlen dieses Rückschlagventils würde
zu starken Druckpulsationen führen und sich
auch negativ auf die benötigte
Antriebsleistung der Hochdruckpumpe durch
Reibungsverluste auswirken.
6
Das Einspeiseventil sorgt über den gesamten
Motoröldruckbereich für eine konstante
Ölmengenzufuhr und konstanten Öldruck,
weshalb es früher auch als Druckreduzierventil
bezeichnet wird. Das Ventil ist beim S50
Motor von unten in den Zylinderkopf
eingebaut. Bei S54 Motor ist es zwischen
VANOS-Einheit und Zylinderkopf gesteckt.
35 - Einspeiseventil S54 Motor
Index
1
2
3
4
Erklärung
Ventilaufnahme
Motoröl vom Motorölfilter
Sieb
Bohrung
Das Motoröl vom Motorölfilter (2) gelangt über
die Ventilaufnahme (1) zum Sieb (3). Das Sieb
(3) hat die Aufgabe, das Einspeiseventil und
die Hochdruckpumpe sowie die VANOSEinheit vor Schmutzpartikeln, größer als
80 µm zu schützen. Das Einspeiseventil ist mit
der linken Seite in den Zylinderkopf und mit
der rechten Seite in die VANOS-Einheit
gesteckt. Der Kolben (8) kommt in der
VANOS-Einheit zur Anlage. Wird nur eine
geringe Menge Motoröl benötigt, so steigt der
Index
5
6
7
8
Erklärung
Druckfeder
Schieber
Motoröl zur Hochdruckpumpe
Kolben
Öldruck des Motoröls zur Hochdruckpumpe
(7) an, der Schieber (6) wird durch den Öldruck
höheren Öldruck gegen die Druckfeder (5)
nach links geschoben und der Querschnitt
zwischen Kolben (8) und Schieber (6)
verkleinert. Es kann nur noch einen kleinere
Menge Öl durch das Einspeiseventil strömen.
Die Bohrung (4) für den Umgebungsdruck ist
für den Druckausgleich der Bewegung des
Schiebers (6) nötig.
43
6
Das Druckbegrenzungsventil stellt einen
Öldruck von ca. 100 bar im System sicher. Bei
höherem Öldruck wird das zu viel geförderte
Öl über die Ölwanne dem normalen
Ölkreislauf des Motors wieder zugeführt.
36 - Druckbegrenzungsventil
S50B30 Motor
Index
1
2
3
4
5
Erklärung
Druckfeder
Dämpfungskolben
Dichtplatte
Dichtkegel
Druckfeder
Das von der Hochdruckpumpe geförderte Öl
gelangt über ein Sieb in das Druckregelventil.
Unterhalb von Dichtplatte (3) und Dichtkegel
(4) liegt der Öldruck an. Steigt der Öldruck
über den Öffnungsdruck des Dichtkegels (4)
an, wird der Dichtkegel (4) gegen die
Druckfeder (5) angehoben und das Öl kann
über den Spalt zwischen Dichtplatte (3) und
Dichtkegel (4) über die Bohrung in der
Aufnahme (7) in die Ölwanne abfließen. Über
den Einstellkolben (9) wird der Öffnungsdruck
im Werk eingestellt und mit der
Sicherungsmutter (8) fixiert.
44
Index
6
7
8
9
Erklärung
O-Ring
Aufnahme
Sicherungsmutter
Einstellkolben
6
S50B32 Motor
Mit dem S50B32 kam erstmals bei BMW eine
Doppel-VANOS zum Einsatz. Diese DoppelVANOS wird in leicht modifizierter Form bis
heute bei den M-Motoren verwendet. Mit
dieser stufenlosen Hochdruck DoppelVANOS werden die Vorteile der stufenlosen
Hochdruck Einlass-VANOS auch auf die
Auslassnockenwelle übertragen.
Mit dem S50B32 Motor kam
erstmalig bei BMW eine stufenlose
Doppel-VANOS zum Einsatz. Für
die M-Motoren wurde das Konzept
der Hochdruck-VANOS beibehalten
und bis heute konsequent
umgesetzt. Alle aktuellen MMotoren sind mit einer stufenlosen
Hochdruck Doppel-VANOS
ausgestattet. Die Einstellung der
Steuerzeiten ist je nach Anforderung
verbrauchs- und abgasorientiert
oder leistungsorientiert.
37 - Steuerzeitendiagramm S50B32 Motor
45
6
Hydraulikplan
38 - Hydraulikplan
S50B32 Motor
Index
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
46
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Motorölfilter
Sieb
Druckspeicher
Einspeiseventil
Sieb
Hochdruckpumpe
Rückschlagventil
Index
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Erklärung
Magnetventil
Sieb
Sieb
Magnetventil
Sieb
Magnetventil
Magnetventil
Sieb
VANOS-Regelkolben
VANOS-Regelkolben
6
Motorölfilter (3) und von dort über ein Sieb (4)
das im Einspeiseventil (6) integriert ist weiter
in die Hochdruckpumpe (9) und zum
Rückschlagventil (10).
Das Einspeiseventil (6) ist beim S50B32
Motor von unten in den Zylinderkopf
geschraubt.
andere Seite des VANOS-Regelkolbens frei
gibt.
andere Seite des VANOS-Regelkolbens frei
gibt.
Das unter ca. 100 bar Druck stehende Öl
gelangt in den Druckspeicher (5). Zu viel
gefördertes Öl gelangt über das Sieb (8) in das
Druckbegrenzungsventil (7), welches den
Öldruck auf ca. 100 bar begrenzt und zu viel
gefördertes Öl in die Ölwanne ablässt. Das von
der Hochdruckpumpe geförderte Öl gelangt
weiter zum VANOS-Regelkolben (19) und (20)
mit dem VANOS-Getriebe, zu dem Sieb (12)
und (13) und weiter zum Magnetventil (16)
und (17).
auf beiden Seiten mit dem gleichen Öldruck
beaufschlagt ist, erfolgt die Ausfahrbewegung
nur auf Grund der unterschiedlichen
Kolbenfläche. Das Öl aus dem kleineren
Kolbenraum wird dabei in den
Magnetventils (17) bzw. Magnetventil (16)
erreicht. Für die Einfahrbewegung wird das Öl
über das Sieb (18) zum Magnetventil (11) bzw.
über das Sieb (15) zum Magnetventil (14) in
die Ölwanne abgeleitet.
47
6
Aufbau und Funktion
39 - VANOS S50B32 Motor
Index Erklärung
1
Magnetventilblock Auslass-VANOS
2
Ölkanal
Index Erklärung
10
Anlaufscheibe
11
Tellerfeder
3
4
5
6
7
8
9
12
13
14
15
16
17
Hochdruckpumpe
VANOS-Regelkolben
Zahnwelle
Bohrung
Sensor Einlassnockenwelle
Zahnhülse
Diese stufenlose Hochdruck Doppel-VANOS
ist eine Weiterentwicklung der stufenlosen
Hochdruck Einlass-VANOS. An der
Schnittgrafik ist gut zu erkennen, dass die
Auslassnockenwelle mit dem ähnlichen
Getriebe der Einlassnockenwelle ausgestattet
ist. Die Schmierung der VANOS-Getriebe ist
identisch mit der Schmierung der VANOS48
Anschluss Druckspeicher
Sieb
Magnetventil
Druckventil
VANOS-Regelkolben
Getriebe des S54B32 Motors und beim
S54B32 Motor näher beschrieben.
3 Das Sieb für das Druckbegrenzungsventil
ist separat verbaut und muss nach
Serviceanleitung gewartet werden. 1
6
S54 Motor
Die VANOS des M54 Motors wurde weiter
optimiert. Die Magnetventile sind in einem
Ventilblock zusammengefasst und mit dem
Ventilblock verstanzt.
Der elektrische Teil der Magnetventile ist
ebenfalls in einem Bauteil zusammengefasst
und mit vier Schrauben mit dem Ventilblock
verschraubt.
Beide Bauteile zusammen ergeben den
Magnetventilblock.
Der Magnetventilblock ist mit ebenfalls vier
Schrauben mit der Verstelleinheit verbunden.
Der Öldruck für die Hochdruck-VANOS wurde
aus systemtechnischen Gründen von 100 bar
auf 115 bar angehoben.
Hydraulikplan
Der Hydraulikplan des S54B32 Motors
entspricht dem Hydraulikplan des S50B32
Motors. Lediglich das Rückschlagventil nach
der Hochdruckpumpe ist entfallen.
Schmierung des VANOS-Getriebes am
Beispiel des S54 Motors
Damit die VANOS möglichst geräuschlos und
verschleißfrei arbeitet, wird sie mit Öl vom
Ölkreislauf geschmiert. Das Öl gelangt über
eine Bohrung am ersten Nockenwellenlager in
die Nockenwelle und zum VANOS-Getriebe.
Wenn die VANOS nun im Betrieb mit
Hochdruck verstellt wird, würde das in der
Nockenwelle befindliche Öl eine Verstellung
des ausfahrenden Kolbens verhindern. Damit
dies nicht geschieht, ist in der Nockenwelle ein
Überdruckventil mit 4,5 bar Öffnungsdruck
eingebaut. Dieses Überdruckventil öffnet bei
4,5 bar Öldruck und lässt das Öl in den
hinteren Teil der Nockenwelle ausströmen.
Die Nockenwelle ist hinten und an den
Absteckbohrungen offen. Das Öl gelangt so
wieder in den Ölkreislauf zurück.
Das Sieb für das Druckbegrenzungsventil ist
jetzt direkt auf das Druckbegrenzungsventil
gesteckt und muss nicht mehr gewechselt
werden.
Das Einspeiseventil ist beim S54B32 Motor
zwischen die VANOS und den Zylinderkopf
gesteckt. Das Einspeiseventil ist mit einem
Sieb kombiniert, um Verunreinigungen aus
dem Hochdruckbereich fern zu halten.
49
6
40 - VANOS S54B32 Motors
Index
1
2
3
4
5
6
7
8
9
50
Erklärung
VANOS-Regelkolben
Hochdruckpumpe
Ölkanal
VANOS-Regelkolben
VANOS-Getriebe
Tellerfeder
Anlaufscheibe
Zahnhülse
Index
10
11
12
13
14
15
16
17
Erklärung
Einlassnockenwelle
Überdruckventil
Zahnwelle
Axialnadellager
Ventilblock
Verstelleinheit
6
S62 Motor
Für den S62 Motor waren auf Grund des VMotorkonzeptes zwei stufenlose Hochdruck
Doppel-VANOS-Einheiten nötig.
Das Funktionsprinzip der S62 VANOS ist
gleich mit der S50 VANOS. Die VANOSEinheiten ähneln sich sehr stark.
Die VANOS-Hydraulikeinheit ist neu gestaltet.
Sie hat eine zentrale Ventileinheit mit den vier
Magnetventilen in der Mitte. Der Antrieb der
Hochdruckpumpe erfolgt beim S62 von der
Einlassnockenwelle. Beim S50 Motor wurde
die Hochdruckpumpe von der
Auslassnockenwelle angetrieben.
Die Geschwindigkeitsabregelung erfolgt nicht
mehr über die VANOS sondern über die
Drosselklappen.
Der Öldruck für die Hochdruck-VANOS liegt
bei ca. 115 bar.
51
6
Hydraulikplan
41 - Hydraulikplan S62B50 Motor
Index
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
52
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Motorölfilter
Sieb
Druckspeicher
Sieb
Einspeiseventil
Einspeiseventil
Sieb
Hochdruckpumpe
Index
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Erklärung
Magnetventil
Magnetventil
Sieb
Sieb
Magnetventil
Sieb
Magnetventil
Magnetventil
Sieb
Magnetventil
Sieb
6
Index Erklärung
Index Erklärung
12
13
14
15
16
17
18
30
31
32
33
34
35
Rückschlagventil
Druckspeicherabsperrventil
Hochdruckpumpe
Rückschlagventil
Magnetventil
Sieb
Sieb
Motorölfilter (3) und von dort getrennt in die
Zylinderbank1 und Zylinderbank 2. Über ein
Sieb (4) welches im Einspeiseventil verbaut ist
in das Einspeiseventil (8). Von der
Hochdruckpumpe (11) und das
Rückschlagventil (12) gelangt das unter Druck
stehende Öl über das
Druckspeicherabsperrventil (13) in den
Druckspeicher (5) bzw. direkt zum VANOSRegelkolben (35) und über das Sieb (22) zum
Magnetventil (25).
Das zu viel geförderte Öl wird über ein Sieb
(10) zum Druckbegrenzungsventil (9) in die
Ölwanne (1) abgelassen.
Der Regelkolben (35) fährt aus, sobald das
Magnetventil (25) angesteuert wird und den
Sieb
Magnetventil
VANOS-Regelkolben
VANOS-Regelkolben
VANOS-Regelkolben
VANOS-Regelkolben
Öldruck von 115 bar auch auf die andere Seite
des VANOS-Regelkolbens frei gibt.
auf beiden Seiten mit dem gleichen Öldruck
beaufschlagt ist, erfolgt die jeweilige
Ausfahrbewegung nur auf Grund der
unterschiedlichen Kolbenfläche. Das Öl aus
den kleineren Kolbenräumen wird dabei in den
Magnetventils (25) erreicht.
Für die Einfahrbewegungen wird das Öl über
das Sieb (24) zum Magnetventil (23) in die
Ölwanne (1) abgeleitet.
Die Verstellung der jeweiligen Nockenwelle
wird von einem VANOS-Getriebe mit
53
6
Aufbau und Funktion
Das Druckspeicherabsperrventil hat die
Aufgabe, den Öldruck im Druckspeicher bei
stehendem Motor zu erhalten. Somit kann
beim Motorstart das Ventil geöffnet und der
Öldruck dem System zur Verfügung gestellt
werden.
Ohne das Druckspeicherabsperrventil könnte
es sonst durch mangelnden Druck im System
in den ersten 3 bis 7 Sekunden zu
Klappergeräuschen der VANOS kommen.
Die folgende Grafik zeigt den Aufbau der
VANOS am S62 Motor.
42 - S62 Motor
Index
1
2
3
54
Erklärung
VANOS-Regelkolben
VANOS-Getriebe
VANOS-Getriebe
Index Erklärung
4
VANOS-Einheit
5
Magnetventile
6
S85 Motor
Die VANOS des S85 Motors wird mit 80 bar
Öldruck betrieben. Die 2/2-WegeMagnetventile wurden durch 3/2-WegeMagnetventile (Proportionalventile) ersetzt.
Somit wird nur noch ein Magnetventil pro
VANOS-Einheit benötigt.
Gegenüber den 2/2-Wege-Magnetventilen
bieten die Proportionalventile kürzere
Verstellzeiten und einen höhere
Betriebssicherheit.
Es ist nur eine Hochdruckpumpe eingebaut,
die direkt von der Kurbelwelle angetrieben
wird. Über zwei Druckleitungen gelangt das Öl
zu den beiden VANOS-Stelleinheiten und
zum Druckspeicher.
43 - S85 Motor
Index
1
2
3
Erklärung
VANOS-Getriebe
VANOS-Getriebe
VANOS-Getriebe
Index
4
5
6
Erklärung
VANOS-Einheit
Magnetventil
Magnetventil
55
6
Hydraulikplan
44 - Hydraulikplan S85B50 Motor
Index
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
56
Erklärung
Ölwanne
Ölpumpe
Motorölfilter
Sieb
Druckspeicher
Einspeiseventil
Druckspeicherabsperrventil
Hochdruckpumpe
Rückschlagventil 2x
Index
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Erklärung
Sieb
Sieb
Magnetventil
Magnetventil
Magnetventil
Magnetventil
VANOS-Regelkolben
VANOS-Regelkolben
VANOS-Regelkolben
VANOS-Regelkolben
6
Motorölfilter (3) und von dort über ein Sieb (4),
welches in der Ölzuführungsbohrung im
Bedplate vor der Hochdruckpumpe sitzt, in
das Einspeiseventil (7), zur Hochdruckpumpe
(9) und zu den beiden Rückschlagventilen
(10), welche auch die beiden Druckkammern
voneinander trennen.
Das unter Druck stehende Öl gelangt über das
Druckspeicherabsperrventil (8) in den
Druckspeicher (5) bzw. getrennt je
Zylinderbank über ein Sieb (12) zum VANOSRegelkolben (17) und zum Magnetventil (16).
Das zu viel geförderte Öl wird zum
Druckbegrenzungsventil (6) das den Öldruck
auf ca. 80 bar begrenzt in die Ölwanne (1)
abgelassen.
Ist das Magnetventil (16) nicht angesteuert,
wird nur der kleine Kolbenraum mit Öldruck
beaufschlagt und der VANOS-Regelkolben
(17) fährt ein.
Wird das Magnetventil (16) voll angesteuert,
fährt der VANOS-Regelkolben (17) aus, weil
der Öldruck von 80 bar auf beiden Seiten des
VANOS-Regelkolbens wirkt und die Flächen
unterschiedlich groß sind. Das Öl aus dem
jeweils kleineren Kolbenraum wird dabei in
den Hochdruckkreislauf abgegeben.
Um eine definierte Position zu halten, wird das
Magnetventil (16) angesteuert und der Zufluss
zur großen VANOS-Regelkolbenseite
ansteuerungsabhängig freigegeben. Dadurch
sinkt der Öldruck auf der großen VANOSRegelkolbenseite und somit das
Kräfteverhältnis der beiden VANOSRegelkolbenseiten zueinander. Die Position
des VANOS-Regelkolbens bleibt erhalten.
Die Verstellung der jeweiligen Nockenwelle
wird von einem VANOS-Getriebe mit
57
6
Aufbau und Funktion
45 - S85B50 Motor
Index Erklärung
1
Auslass-VANOS
2
Einlass-VANOS
Index Erklärung
6
Auslass-VANOS
7
Hochdruckspeicher
3
4
5
8
9
Magnetventil
Magnetventil
Einlass-VANOS
Die Ölversorgung der Hochdruckpumpe
erfolgt durch Bohrungen im Bedplate. In der
Übergangsbohrung ist ein Sieb eingebaut,
welches die Hochdruckpumpe und die
VANOS-Bauteile vor Schmutzpartikeln über
80 µm schützt.
58
Magnetventil
Magnetventil
Die Hochdruckpumpe ist als
Radialkolbenpumpe mit 5 Pumpenkolben
ausgeführt. Der Antrieb erfolgt durch
Zahnräder direkt von der Kurbelwelle.
6
46 - Kettentrieb mit
Hochdruckpumpe
Index Erklärung
1
Kurbelwelle mit Antriebszahnrad
2
Beschichteter Teil
Index Erklärung
3
Hochdruckpumpenzahnrad
3 Zur Vermeidung von
Verzahnungsgeräuschen muss das
Hochdruckpumpenzahnrad (3) bei der
Montage mit dem beschichteten Teil (2)
spielfrei zur Kurbelwelle (1) zeigen. Durch das
im Betrieb stattfindende Abschaben der
Beschichtung stellt sich dann das richtige
Zahnspiel von selbst ein. 1
Ein von den Hochdruck VANOS-Systemen
bekanntes Einspeiseventil sorgt auch hier
über den gesamten Motoröldruckbereich für
eine konstante Ölmengenzufuhr und Öldruck
vor der Hochdruckpumpe.
59
6
47 - VANOS-Einheit
Index
1
2
3
4
5
6
Erklärung
VANOS-Getriebe
Zahnrad 1
Zahnrad 2
Bohrung
Antriebsrad
Axialnadellager
Erklärung
Axialnadellager
Außenhülse
Kolbenstange
VANOS-Regelkolben
VANOS-Einheit
Axiallagergehäuse
Die VANOS-Einheiten der Einlassseite
werden jeweils von der Kurbelwelle über eine
eigene Steuerkette angetrieben. Der Antrieb
der Auslassseite wird über eine Verzahnung
der VANOS-Einheiten auf der Auslass- und
Einlassseite sichergestellt.
zweigeteilt. Die beiden Zahnräder (2) und (3)
werden durch eine Scheibenfeder
gegeneinander verdreht, sodass in allen
Lastzuständen immer beide Zahnflanken der
Zahnräder (2) und (3) am Einlasszahnrad des
Antriebsrades (5) anliegen.
Da die Einlassnockenwelle und die
Auslassnockenwelle auf Grund der
Zahnradverbindung gegenläufig drehen,
erfolgt die Einlassverstellung in Richtung früh,
die Auslassverstellung in Richtung spät.
Die Bewegung des VANOS-Regelkolbens
(10) wird über eine Kolbenstange (9) auf das
VANOS-Getriebe übertragen. Die
Kolbenstange (9) ist im Axialgehäuse (12) mit
Axialnadellagern (6) und (7) versehen, da das
VANOS-Getriebe sich im Betrieb dreht und
die Verstelleinheit mit den VANOSRegelkolben (10) fest steht.
Damit keine Verzahnungsgeräusche an den
VANOS-Einheiten entstehen, ist das
Antriebszahnrad der Auslassnockenwelle
60
Index
7
8
9
10
11
12
6
Die folgende Grafik zeigt den Aufbau des
VANOS-Getriebes der Einlassnockenwelle.
Das Lager Antriebsrad (6) ist mit einer
Zentralschraube mit der Nockenwelle
verschraubt. Das Lager Antriebsrad (6) besitzt
auf der Außenseite eine Schrägverzahnung.
Das Antriebsrad (3) wird von der Steuerkette
angetrieben und sitzt beweglich auf dem
Lager Antriebsrad (6). Ölbohrungen im Lager
Antriebsrad sorgen für die Schmierung
zwischen Lager Antriebsrad und Antriebsrad
sowie des ganzen VANOS-Getriebes. Auf
dem Antriebsrad ist auch die Verzahnung für
den Antrieb des Antriebsrades der
Auslassnockenwelle angebracht. Das
Antriebsrad (3) weist ebenfalls eine
Schrägverzahnung auf der Innenhülse auf. In
die Schrägverzahnung des Antriebsrades
greift eine Schrägverzahnung der Außenhülse
(2). In die Schrägverzahnung des Lagers des
Antriebsrades (6) greift eine Innenhülse (1).
Innenhülse und Außenhülse sind miteinander
verschraubt und werden vom VANOSRegelkolben bewegt. Beim Herrausziehen
oder Hineinschieben der Innenhülse und
Außenhülse wird das Antriebsrad zum Lager
Antriebsrad verdreht.
Für die Grundstellung ist eine Drehfeder (5)
verbaut, welche das VANOS-Getriebe im
unbelasteten Zustand in die abgebildete
Grundstellung zurückstellt. Zur Befestigung
der Drehfeder (5) sind eine Federbefestigung
(7) und ein Sicherungsring (8) vorgesehen.
48 - Schnittgrafik VANOS-Getriebe S85 Motor
Index
1
2
3
4
5
6
7
8
Erklärung
Innenhülse
Außenhülse
Antriebsrad
Scheibe
Drehfeder
Lager Antriebsrad
Federbefestigung
Sicherungsring
Die Regelkolben sind wie bei den anderen
Hochdruck-VANOS-Systemen als
doppelwirkende Zylinder aufgebaut.
61
6
62
7
Servicehinweise
VANOS
Systemübersicht
M50TU Motors
• Endstufenfehler
3 Folgende Fehler werden von der MS40.1
diagnostiziert:
• Kurzschluss nach Plus oder Minus
• Positionsrückmeldung der
Einlassnockenwelle
• Leitungsunterbrechung 1
M62TU Motor
3 Die zentrale Befestigungsschraube der
VANOS-Einheit an die Nockenwelle hat ein
Linksgewinde.
Im Notlauf sind die Magnetventile unbestromt.
Die Einlassnockenwellen stehen dann in der
Stellung "spät". 1
M52TU Motor
3 Im Notlauf sind die Magnetventile
unbestromt. Die Einlassnockenwelle steht
dann in der Position "spät", die
Auslassnockenwelle in der Position "früh". 1
N42/N52 Motor
3 Die Haltebleche dürfen nicht verformt
werden, Reparaturanleitung beachten. 1
Markierungen zu unterscheiden. Auf der
VANOS-Einheit der Auslassseite ist die
Aufschrift "AUS OUT" aufgebracht.
Diese VANOS-Einheit wird in
unterschiedlichen Ausführungen bei
verschiedenen Motoren eingesetzt. Da sich
die VANOS-Einheiten optisch fast nicht
unterscheiden, ist zwingend auf die
Teilenummer zu achten.
Ein Fehleinbau kann zu einem kapitalen
Motorschaden führen 1
3 Die VANOS-Einheiten für die Einlass- und
Auslassnockenwelle haben unterschiedliche
Verstellwege. Sie dürfen deshalb nicht
vertauscht werden, da es sonst zu einem
Motorschaden durch aufsetzende Ventile
kommen kann. In die Frontplatte der VANOSEinheit ist deshalb der Ausdruck "AUS/EX"
bzw. "EIN/IN" eingraviert. 1
1 - VANOS-Einheit
3 Auf der Stirnseite ist deutlich die Aufschrift
" EIN IN" zu erkennen. Die VANOS-Einheiten
der Einlass- und Auslassseite sind
unterschiedlich und durch diese
63
7
S50B32 Motor
3 Das Sieb für das Druckbegrenzungsventil
ist separat verbaut und muss nach
Serviceanleitung gewartet werden. 1
S85 Motor
2 - Kettentrieb mit
Hochdruckpumpe
Index Erklärung
1
Kurbelwelle mit Antriebszahnrad
2
Beschichteter Teil
3 Zur Vermeidung von
Verzahnungsgeräuschen muss das
Hochdruckpumpenzahnrad (3) bei der
Montage mit dem beschichteten Teil (2)
spielfrei zur Kurbelwelle (1) zeigen. Durch das
im Betrieb stattfindende Abschaben der
Beschichtung stellt sich dann das richtige
Zahnspiel von selbst ein. 1
64
Index Erklärung
3
Hochdruckpumpenzahnrad
8
Zusammenfassung
VANOS
Was ich mir merken sollte.
In der nachfolgenden Tabelle sind die
wichtigsten Informationen zum Thema
Grundlagen Motor VANOS-Systeme
zusammengefasst.
Die Auflistung soll Ihnen in kompakter Form
die Inhalte und eine nochmalige Kontrolle über
das Wissenswerte dieser Produktinformation
vermitteln.
Modelle
Seit 1992 wird bei BMW die VANOS eingesetzt. Mittlerweile sind alle
Benzinmotoren mit einer Doppel-VANOS versehen.
Anmerkungen für den Alltag in
Theorie und Praxis.
Einleitung
Beginnend mit dem 3/15 von 1929 mit DA1 Motor hat sich die
durchschnittliche Nenndrehzahl von 3000 U/min auf heute
6200 U/min erhöht. Die stufenlose Doppel-VANOS gehört heute zum
Standard bei den BMW Benzinmotoren und zum technisch
Fortschrittlichsten, was der Weltmarkt an Motortechnik zu bieten hat.
Der M50 Motor war die Ausgangsbasis für den Einsatz der ersten
VANOS. Es wird der bekannte Aufbau des Kettentriebs zwischen
Kurbelwelle und Nockenwelle verwendet.
Bei BMW wurden bis heute fünf verschiedene VANOS-Systeme
entwickelt. Dieses sind die schwarz/weiß Einlass-VANOS, stufenlose
Einlass-VANOS, stufenlose Doppel-VANOS, stufenlose Hochdruck
Einlass-VANOS und die stufenlose Hochdruck Doppel-VANOS.
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8
Die schwarz/weiß Einlass-VANOS war das erste bei BMW eingesetzte
VANOS-System. Wie der Name schon sagt, waren nur zwei
Stellungen der Einlassnockenwelle möglich. Mit der VANOS sind ein
besserer Leerlauf, weniger Schadstoffe im Abgas und eine
Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs erzielt worden. Diese Vorteile
wurden mit den folgenden Generationen der VANOS immer besser
genutzt. Zur Verstellung der Nockenwelle wurde ein VANOS-Getriebe
verwendet.
Die Entwicklung der VANOS ergab mit der stufenlosen EinlassVANOS eine Verbesserung im Bereich der Freiheitsgrade der
Einlassnockenwelleneinstellung. Der Motorlauf konnte weiter
verbessert werden und die gültigen Abgasvorschriften wurden
deutlich unterboten. Die Montage war leichter möglich, da erstmals
ein kompaktes VANOS-Getriebe zum Einsatz kam. Dieses VANOSGetriebe war nicht mehr zerlegbar.
Mit der stufenlosen Doppel-VANOS hielt die auch heute noch gültige
variable Einstellung der Einlass- und Auslassnockenwelle Einzug. Die
Vorteile wie Steigerung des Drehmoments, besserer Leerlauf,
geringere Abgasemissionen und Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs konnten weiter verbessert werden.
Zeitnah mit der Einführung der schwarz/weiß Einlass-VANOS hielt bei
den M-Motoren die stufenlose Hochdruck Einlass-VANOS Einzug.
Der Vorteil der Hochdruckverstellung ist die extrem kurze Verstellzeit.
Eine bessere und genauere Regelung im Vergleich zur normalen
VANOS ist somit möglich. Bei der stufenlosen Hochdruck EinlassVANOS erfolgt die Geschwindigkeitsabregelung durch die VANOS.
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8
Mit dem S50B32 Motor kam erstmalig bei BMW eine stufenlose
Doppel-VANOS zum Einsatz. Für die M-Motoren wurde das Konzept
der Hochdruck-VANOS beibehalten und bis heute konsequent
umgesetzt. Alle aktuellen M-Motoren sind mit einer stufenlosen
Hochdruck Doppel-VANOS ausgestattet. Die Einstellung der
Steuerzeiten ist je nach Anforderung verbrauchs- und abgasorientiert
oder leistungsorientiert.
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8
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9
Testfragen
VANOS
Fragenkatalog
In diesem Abschnitt haben Sie die Möglichkeit
Ihr erworbenes Wissen zu überprüfen.
Es werden Fragen zum vorgestellten Thema
VANOS gestellt.
1. Welche VANOS-Systeme kennen Sie?
4
Schwarz/weiß Hochdruck Einlass-VANOS
4
4
4
4
4
4
Schwarz/weiß Doppel-VANOS
Das erworbene Wissen vertiefen
und nochmal überprüfen.
2. Warum wird eine VANOS verwendet?
4
Der Drehmoment kann optimiert werden.
4
Die Leistung kann gesteigert werden.
4
Die Motordrehzahl kann erhöht werden.
4
Die Abgase können reduziert werden.
3. Wann wurde die erste VANOS bei BMW eingeführt?
4
1992
4
1985
4
1998
4. Welche VANOS-Einheiten werden bei BMW eingesetzt?
4
Flügelzellenmotor
4
Schwenkmotor
4
VANOS-Getriebe mit Schrägverzahnung
4
Variable Rollenschlepphebelverstellung
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Antworten zum Fragenkatalog
1. Welche VANOS-Systeme kennen Sie?
4
Schwarz/weiß Hochdruck Einlass-VANOS
5
5
5
5
5
4
Schwarz/weiß Doppel-VANOS
2. Warum wird eine VANOS verwendet?
5
Der Drehmoment kann optimiert werden.
5
Die Leistung kann gesteigert werden.
4
Die Motordrehzahl kann erhöht werden.
5
Die Abgase können reduziert werden.
3. Wann wurde die erste VANOS bei BMW eingeführt?
5
1992
4
1985
4
1998
4. Welche VANOS-Einheiten werden bei BMW eingesetzt?
70
5
Flügelzellenmotor
5
Schwenkmotor
5
VANOS-Getriebe mit Schrägverzahnung
4
Variable Rollenschlepphebelverstellung
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