国内对BMW研究较为出色的网友如三罗,诺诺等,对该系列VANOS系统问题有过研究并提出了解决方案。在网上也有他们撰写的资料。这些资料对掌握VANOS原理,维修的大方向上很有帮助,但是细节上指导较少。我们知道,对于车辆维修而言,细节有时候决定了成败,因此提供“一板一眼”的标准化细节指导显得尤为重要。另外,无论是三罗还是诺诺,对VANOS的胶圈论述较多,而未涉及VANOS的轴承护圈。后者会造成VANOS活塞旷动,产生噪音,并且容易把新换的圈也过度磨损。
美国网友Beisan(巴勒斯坦移民)是美国较早研究VANOS的人,他由此开创了一家小公司贩售各不同型号BMW VANOS系统解决方案。本文即由相关技术手册翻译而来。限于篇幅限制,本帖子仅论述VANOS胶圈更换技术手册,关于轴承护圈部分将另撰文说明。虽然如此,亦不免事先免责声明:以下文字仅供参考。请自行评估风险,量力而行。如造成人生危险和财产损失,Beisan System公司及其雇员(以及译者)不承担相应责任。
1. 综述
“VANOS”是BMW公司在M5x家族直列六缸引擎上广泛采用的可变气门正时技术的缩写。根据引擎不同,VANOS的形态外形也不同。本文所讨论的是搭载于M52TU,M54和M56引擎上的VANOS系统,宝马赋予总成零件号11-36-1-440-142。该系统为“双VANOS”,即可以同时调节进气气门和排气气门的相对正时,达到最佳效果。装备该型“双VANOS”系统的车辆涉及3系列E46(98-06),5系列E39(99-03),E60/1(02-05),7系列E38(98-01),E65/66(02-05),Z4系列E85(02-05),X3系列E83(03-06)以及X5系列(00-06)。
在使用中客户发现该类VANOS会逐渐失效,原因是油压驱动的VANOS活塞环质地为丁腈橡胶(Buna-N或NBR)。在20十几后半叶丁腈橡胶被广泛采用制作密封圈材料,但其弱点是抗高温和有机溶剂性能较差。在VANOS系统中,从引擎输出的高压机油直接冲击活塞环,造成其容易老化,变脆硬,失去密封能力。从而是VANOS活塞失效。BMW对此的反应是直接更换VANOS总成。但总成内部橡胶仍然是丁腈橡胶,此问题仍然存在。
美国BMW E39论坛网友Roadfly是第一个注意到此类问题存在的人。他通过解剖发现VANOS活塞环(丁腈橡胶O型环)外侧仍包裹一层特富龙(Teflon)细带。更换O型环需要同时切除并换新的特富龙带。
目前,氟橡胶已经越来越多的运用到密封圈中。杜邦公司的氟橡胶商品名为Viton,物理性能和丁腈橡胶类似,但更加耐极端温度和化学侵蚀,已经越来越为汽车工业采用。而外层特富龙为Beisan System向商家特制。
2. 常见症状
VANOS胶圈失效的症状由表及里大致可分为几个层次:首先是扭矩和动力下降,动力输出不均匀。特别在引擎转速3000 RPM内输出忽高忽低。怠速不稳定,转速表跳动,开空调时发动机掉动力严重,油耗上升。如装备的是M52TU系列发动机,还会造成低温下冷启动困难。VANOS系统故障并不会直接造成仪表板引擎故障灯点亮。但如果扫描故障码发现下述故障码,很可能是VANOS造成的:
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P1523
P1397
3. 诊断方法
当有了上述表现症状以后,如果查出了上述故障码,则多半是由于VANOS系统故障造成的。此外在引擎大修时也可以拆下VANOS活塞观察。倘若活塞环干涩僵硬,活塞或VANOS总成有旷动,则可以确认。通常情况下丁腈橡胶可以承受2万英里(3.2万公里)。因此建议有条件就加以更换
4.更换条件
所需时间:4小时(熟练工)/6小时(初学者)
配件:
VANOS总成油封(BMW:11-36-1-433-817,图1上)
VANOS胶圈组(Beisan:BS001,图1下左)
VANOS高压油管垫圈(BMW:32-41-1-093-596,图1下右,铜或铝)

图1
气门室盖垫修包(根据不同车型编号不同,图二2)
气门室盖螺栓油封(BMW:11-12-1-437-395,图二中,15个)

图2
主要工具如下图:

其他辅助工具


5. 修复步骤:
1. 打开气门室盖:
1.1等待冷车至室温,随后用拆卸进气道,空滤盒以及风扇(图略)。
1.2拆下四个引擎面板上的小盖子,用10mm套筒拆下固定面板的螺冒

1.3拆除CCV系统的空气回流管。小心按压止锁器,来回转动最后拧下。防止损坏

1.4 04年以后的车型,小心拆下固定在燃油导轨上的氧气传感器电缆。

此为移开以后样子:

1.5 拆下六个点火线圈:
旧车型:用8mm套筒拆除固定点火线圈电缆的螺母(位于2,3缸之间)。拧松位于3缸的点火线圈安装螺栓以方便拆掉线缆

打开弹簧夹,拆除固定点火线圈的螺栓,将点火线圈取出:

去除1缸和6缸的引擎接地线。

新车型:打开每一个点火线圈顶部扳机,同时用8mm套筒卸除2,3缸之间的接地螺栓。

断开点火线圈顶部的电气接点。同时用平头螺丝刀松动总缆线。

拔出点火线圈:

其余管线清理后,暴露出气门室盖正面:

1.4 打开气门室盖:先找到固定气门室盖四周的11个螺栓,用10mm套筒拧松。

剩余四个,位于白色的位置。找到并拆除之:

移除气门室盖,如必要,可以用刀片或补土小刀帮助。

暴露出气门室盖内部:

2.拆下VANOS总成
2.1 拆下VANOS排气端的凸轮轴位置传感器的电子接口,为快拆头设计。

2.2 拆下VANOS排气端线圈的电气接口,同样是快拆设计。

2.3 拆下水温温控器的电子接点,仍然是快拆设计

2.4 拆下VANOS进气端的线圈电子接点

2.5 拆下VANOS油管(用19mm固定扳手,需替换2个黄铜垫圈)

2.6 将吊装引擎的圆环铝片从引擎上分离下来

2.7 将两个VANOS活塞顶端盖子拆下。注意此步骤可能会漏油,用干布确保油不至于渗漏到皮带/滑轮上

2.8 用中型大小的尖嘴钳将VANOS活塞内盖取下

2.9 用T-30梅花套筒配合快板拧松VANOS活塞中心的反向螺栓。注意尽量使用新的T-30梅花套筒,并且确保梅花套筒垂直于活塞平面

2.10 用10mm套筒拧松位于VANOS总成下侧的6个螺栓,同时用13mm套筒拧下VANOS总成右上方的固定螺栓。

2.11 将VANOS拆下,剩下部分盖上干净的塑料袋以避免进灰尘

3.VANOS活塞胶圈替换
此步骤需万分仔细,必须在干净的台面上完成,同时要避免细小零件遗失。VANOS总成油封要小心避免弯折
3.1 将VANOS总成按此位置放置在干净的台面上。左侧为进气,右侧为排气

将进气和排气端的零件分开保存,以免搞混。必要时用记号笔标出不同。
3.2 用10mm的套筒将VANOS总成上螺栓拧松,请助手按住活塞盖,待全部螺丝拆下后,缓缓抬起,确保受力均匀

打开以后可见活塞,用干布将残留的机油拭去。
3.3 取出活塞,可以看到有上下两个活塞环,为此次需更换的部件

3.4 用锋利的笔刀割旧活塞环,将活塞环拆掉

3.5 如法炮制另一个

3.6 取出完毕的活塞环,不含任何橡胶/塑料成分,将活塞仔细清洁干净

3.7 开始安装新的活塞环。每一个活塞环均由两个胶圈组成,内部为橡胶圈,外部为特富龙保护层。首先将橡胶圈装入活塞上的沟槽。要保证胶圈贴合紧密,并且胶圈没有任何扭曲

3.8 如法炮制另一活塞环。两个环安装后需小心观察,避免任何扭曲,如有发生,用小型牙科工具(挑针)矫正

3.9 将特富龙圈泡在温水(40摄氏度左右)中约2小时,以软化之

3.10 将活塞环至于膝上,将软化后的特富龙保护层套入。为避免VANOS活塞跌落地上砸坏,推荐地上铺上软垫,并坐在垫子上完成

3.11 如法炮制另一个胶圈,不可用力过大导致扯断或不均匀拉伸

3.12 完成活塞环替换

5. VANOS活塞环的磨合和装配
VANOS活塞新换活塞环以后,由于机器的特殊性,需要进行“磨合”。在磨合期间,新活塞环的橡胶和特富龙受压力略微变形,保证活塞和缸体之间最佳配合。因此此步骤十分重要。
1.1 将VANOS壳子如图放在台子上,用新机油润滑内表面和安装面

1.2 用新机油充分润滑新换活塞环的VANOS活塞。

1.3 小心将VANOS活塞以60度偏置角的倾斜度放入VANOS壳,然后用手旋转活塞,对正角度后完全放入

1.4 用手捏住活塞中轴,小心旋转,直至活塞能够顺滑的在其中旋转。倘若特富龙圈贴在壳体上拒绝旋转,可以小心调整活塞角度,或取出活塞后重新置入。Beisan System磨合应该相对容易。磨合完毕后小心取出活塞

4.5 接下来磨合小圈活塞环。同样先用机油润滑壳体内壁和安装面

1.5 用机油充分润滑活塞小圈

1.6 将活塞略微倾斜然后插入壳体安装部位,并略微按压使其到位

1.7 用手稍微旋转活塞,观察活塞环是否结合紧密同时手感是否顺滑,然后保持此状态静置2分钟

1.8 将活塞取出,观察活塞,可见活塞环相比之前略有压扁,说明磨合完成。

1.9 磨合完成后,将活塞小头依4.6和4.7的方式装入VANOS盖。确保有机油予以充分润滑。然后把VANOS壳体按下图放置在台面上,清洁并充分润滑内面和安装结合面,将弹簧置于正确位置

1.10 请助手用手正面均匀的用力按压弹簧,然后用手将每个活塞5个螺母均匀的拧入,确保位置正确,最后用扭矩扳手上紧至10 N·m (7 ft·lb),完成另一侧。

1.11 找到拆下两个紫色塑料帽。用笔刀将上面旧的胶圈取下扔掉

1.12 用手指将最小的两个胶圈原位安装,避免任何扭曲

5.VANOS总成总装
此步骤开始前需用有机溶剂清洗一切螺栓和细小零件,并尽量保证工作环境清洁,以免带入灰尘污染发动机。
5.1 取下旧的气门室盖垫,15个螺栓油封,还有2条火星塞油封,并将安装位置清洁干净。此步骤可以更换VANOS总成油封,但注意方向性,不要弄错。

5.2 插入VANOS总成,直至完全到位,用扳手将螺母/螺栓拧回,并均匀上紧至8 N·m (6 ft·lb)

5.3 用手指伸入VANOS活塞孔,把活塞向前推,直到活塞和凸轮轴花键部分部分结合紧密。随后用T30梅花扳手安装中心反向螺栓,并上紧至8 N·m (6 ft·lb)

5.4 用尖嘴钳夹住小盖子,并用机油润滑新装胶圈后,送入VANOS活塞孔,盖紧并密封中心螺栓

5.5 装回两个金属前盖,并用8mm 六角套筒上紧至50 N·m (37 ft·lb)密封活塞

5.6 在安装VANOS油管和吊起具孔铁片之前,先妥善安排附近电子接点线路。然后装上引擎吊起铁片,最后上紧至10 N·m (7 ft·lb)

5.7 将VANOS油管装回。替换两个黄铜垫圈。然后用19 mm固定扳手上紧至32 N·m (24 ft·lb,仅具有理论意义,实际凭手感)。此步骤可用一平头螺丝刀插入VANOS线圈和油管之间,以避免油管窜动

5.8 将各电子接点完全复位,总成安装完成

6. 更换气门室盖垫
6.1 将少量密封胶抹在气门室盖油封安装位置的复杂形状处,如角度变化处等,并静置2分钟以上

6.2 将新的气门室盖油封放置在正确位置,同时更换和2条火星塞油封
6.3 将气门室盖妥善放置在正确位置,并安装15个螺栓,并同时安装新的螺栓油封。最后均匀上紧至8 N·m (6 ft·lb

6.4 将各电路接点和CCV系统管路复位,并复位位于缸盖的高压包接地线路

6.5 将高压包,供油轨道,氧传感器线路,其他电子接点等分别复位

6.6 最后安装回引擎面板,既完成VANOS胶圈更换全部步骤

7. 后续事项
7.1 检查机油标尺,补齐所缺机油
7.2 至少放置汽车1小时以上,以保证密封胶完全固化起到效果
7.3 刚启动时有异响属于正常(新VANOS活塞腔中有空气),待发动机稳定工作后既消失。
7.4 检查发动机是否仍然存在漏油等行为,最后检查机油量是否正常。