Pomimo bardzo dużej popularności samochodów marki BMW w Polsce, mało który kierowca jest w stanie wyjaśnić, czym jest Vanos (Variable Nockenwellen Steurerung). Vanos to sterowany elektronicznie system zmiennych faz rozrządu, stosowany w silnikach marki BMW. Jak zbudowany jest Vanos i jak działa? Jakich awarii może przysporzyć silnik z układem Vanos? Gdzie warto go diagnozować i naprawiać?

autowp_1170542452-2-2.jpg

Układ zmiennych faz rozrządu Vanos zadebiutował w 1992 roku w jednostce napędowej, oznaczonej symbolem M50.

Nim wyjaśnimy, jak działa układ Vanos, warto zastanowić się, dlaczego w ogóle stosuje się układy zmiennych faz rozrządu. Układy te pozwalają zwiększyć moc i moment obrotowy, a także zmniejszyć ilość szkodliwych substancji w spalinach.

W standardowym silniku spalinowym chwile otwarcia i zamknięcia zaworów dolotowych i wylotowych pokrywają się z momentami położenia tłoka w GMP (górne martwe położenie tłoka – skrajne górne) i DMP (dolne martwe położenie tłoka, skrajne dolne położenie tłoka w cylindrze). Cykl pracy silnika jest niezmienny, bez względu na to, czy pracuje on z niską, średnią czy z wysoką prędkością obrotową. To rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Optymalne napełnienie cylindrów ładunkiem następuje tylko przy określonych zakresach prędkości obrotowej, które trudno uzyskać w dłuższym czasie.

Jeśli prędkość obrotowa wzrośnie powyżej tych zakresów, w których realizowane jest optymalne napełnienie cylindra, wzrasta moc jednostki napędowej, ale jednocześnie maleje moment obrotowy. Przy małej prędkości obrotowej dochodzi do strat przepływu na skutek zbyt długiego otwarcia zaworów dolotowych. W efekcie silnik nie może pracować z rzeczywistą mocą, nie jest w pełni elastyczny, zużywa więcej paliwa, a jego spaliny są bardziej toksyczne.

Mechanizmy zmiennych faz rozrządu zmieniają czas otwierania zaworów dolotowych i wylotowych. Dzięki temu następuje poprawa momentu obrotowego oraz zwiększenie sprawności silnika, zmniejsza się zużycie paliwa oraz emisja szkodliwych składników spalin. Istnieją różne technologie zmiany czasu otwierania zaworów – pierwsza została zastosowana w samochodach marki Alfa Romeo. Vanos opracowany przez BMW jest jedną z nich.

Vanos – budowa i zasada działania 

Co dało zastosowanie systemu zmiennych faz rozrządu Vanos? Silniki stały się bardziej elastyczne, bardziej oszczędne a także bardziej ekologiczne. Elastyczność przekłada się na możliwość rzadszej zmiany biegów. Poza tym silniki mają znacznie lepsze przyspieszenie, także z niskich obrotów.

Pierwszy układ Vanos sterował tylko i wyłącznie pracą zaworów dolotowych. Kolejny, tzw. podwójny Vanos, sterował również pracą zaworów wylotowych.

Jak zbudowany jest układ Vanos?

W skład układu wchodzą następujące elementy:

  • Elektroniczna jednostka sterująca. Pobiera ona informacje z trzech czujników: prędkości obrotowej silnika, obciążenia silnika oraz temperatury płynu chłodzącego.
  • Zawór elektromagnetyczny
  • Hydrauliczna jednostka sterująca
  • Mechaniczna jednostka sterująca

Jak działa pojedynczy układ Vanos? 

  • Wałek rozrządu, odpowiedzialny za otwieranie zaworów dolotowych, jest napędzany łańcuchem zębatym. Na wałku znajduje się koło łańcuchowe, napędzane łańcuchem rozrządu (napęd przekazywany jest z koła łańcuchowego, zamontowanego na wale korbowym).

  • Elektroniczna jednostka sterująca monitoruje dane z trzech czujników oraz dane z mapy silnika. W razie potrzeby steruje ona pracą elektromagnetycznego zaworu, wysyłając do niego sygnał elektryczny. Zmieniające się położenie zaworu, np. otwarcie, pozwala na przepływ oleju silnikowego do hydraulicznej jednostki sterującej. Ciśnienie oleju powoduje odpowiedni nacisk tłoka hydraulicznego, znajdującego się w hydraulicznej jednostce sterującej. Olej dopływa do jednostki hydraulicznej z zaworu elektromagnetycznego kanałem przyspieszającym albo kanałem opóźniającym.

  • Wałek rozrządu zakończony jest walcowym kołem zębatym, poruszającym się we wnętrzu mechanicznej jednostki sterującej, której wnętrze wykonane jest z zazębienia o zębach skośnych.

  • Olej smarujący pod dużym ciśnieniem dopływa do tłoka hydraulicznego kanałem przyspieszającym, powodując jego przesunięcie. Tłok przemieszcza się w kierunku walcowego koła zębatego wałka rozrządu. Walcowe koło zębate powoduje przesunięcie wałka rozrządu (zmianę położenia kątowego - przestawienie) w kierunku „przyspieszenie”.

  • Jeśli olej silnikowy zostanie skierowany do hydraulicznej jednostki sterującej kanałem opóźniającym, nastąpi taki ruch tłoka hydraulicznego, który spowoduje przestawienie wałka rozrządu (zmianę położenia kątowego - przestawienie) w kierunku „opóźnienie”.

Jeśli silnik pracuje z małą prędkością obrotową – zmiana położenia kątowego wałka rozrządu powoduje opóźnienie czasu otwarcia zaworów dolotowych. Dzięki temu świeży ładunek nie „ucieka” do kanałów wydechowych. Następuje lepsze spalanie, prędkość obrotowa na biegu jałowym może być nieduża.

Jeżeli silnik pracuje ze średnią prędkością obrotową – zmiana położenia kątowego wałka rozrządu powoduje przyspieszenie czasu otwarcia zaworów dolotowych. Dzięki temu gazy spalinowe są zasysane do komór spalania ze świeżym ładunkiem, maleje temperatura spalania, w spalinach jest mniej szkodliwych tlenków azotu.

Jeżeli silnik pracuje z bardzo dużą prędkością obrotową, przy maksymalnym obciążeniu - zmiana położenia kątowego wałka rozrządu powoduje opóźnienie czasu otwarcia zaworów dolotowych. Świeży ładunek wciąż dynamicznie trafia do cylindra, pomimo poruszania się tłoka w przeciwnym kierunku. Lepsze napełnienie cylindra zwiększa moment obrotowy silnika.

W niektórych jednostkach napędowych stosowany jest drugi system, stanowiący uzupełnienie systemu Vanos – układ Valvetronic, odpowiedzialny za sterowanie wzrostem zaworów.

W których silnikach marki BMW zastosowano układ Vanos?

  • N42 R4 1.8 – 2.0 l , z Valvetronic, montowany w BMW 3 E46
  • N46 R4 1.8 – 2.0 l, z Valvetronic, montowany w BMW 1 E81 – 87, E46, E90, X3, X5
  • N45 1.6 – 2.0 l, montowany w BMW 1 E81 – 87, E90 316
  • N20 / N13 1.6 – 2.0l , z Valvetronic, montowany w BMW 1 (F20), 3 (F30), X1 (E84), X3 (F25)
  • M52 2.0 – 2.8 l

Pojedynczy Vanos nie wymaga jakichkolwiek regulacji.

Podwójny Vanos wymaga kontroli synchronizacji.

Vanos – typowe awarie 

Układ zmiennych faz rozrządu Vanos jest podatny na awarie, a koszt ich usunięcia w ASO jest wysoki. Ryzyko awarii jest tym większe, że w Polsce większość osób kupuje używane pojazdy marki BMW, po bardzo dużych przebiegach. Na szczęście w warsztatach niezależnych układ Vanos można naprawić za kilkaset złotych.

Zasadniczą kwestią, o której powinien pamiętać każdy posiadacz auta BMW z silnikiem wyposażonym w układ zmiennych faz rozrządu Vanos, jest stosowanie oleju silnikowego najwyższej jakości, zgodnego z zaleceniami producenta auta, dbanie o jego terminową wymianę (wraz z filtrem) i utrzymywanie odpowiedniego poziomu oleju w silniku.

Najważniejsza sprawa w przypadku awarii układu Vanos to odpowiednia, precyzyjna diagnostyka, wykonana między innymi przy pomocy specjalnego komputera diagnostycznego. W przypadku awarii układu Vanos warto jak najszybciej odwiedzić wyspecjalizowany warsztat niezależny. Diagnostyka pozwoli precyzyjnie określić powód awarii i oszacować koszt jej usunięcia.

Jakie są typowe awarie układu Vanos w silnikach BMW?

  • Zużywanie się uszczelek w zaworach hydraulicznych. Uszczelki pękają albo twardnieją. Uszczelki przepuszczają olej, przez co układ nie jest w stanie odpowiednio przestawiać wałka rozrządu w stosunku do aktualnego obciążenia silnika. Powoduje to na przykład nierówną pracę silnika na biegu jałowym, przygasanie a nawet gaśnięcie silnika. Obecnie stosuje się w naprawach nowoczesne uszczelki teflonowe, o wiele bardziej odporne od tych, stosowanych przez producenta na pierwszym montażu.

  • Luzy powodujące charakterystyczne grzechotanie spod maski. Źródłem grzechotu może być uszkodzony tłoczek, w którym awaria uszczelki spowodowała uszkodzenie łożyska.

  • Awarie elektrozaworu

  • Zablokowanie układu

  • Awarie układu smarowania (zbyt niskie ciśnienie oleju) powodujące między innymi awarię Vanos – powodem może być niewłaściwy olej, zatkane smoki olejowe, zużyta pompa oleju po bardzo dużych przebiegach

Przy każdej naprawie układu Vanos zaleca się wymianę przewodu olejowego. Zawsze należy też wymienić olej silnikowy oraz filtr.

Podobne układy zmiennych faz rozrządu 

Układy zmiennych faz rozrządu stosowane są przez wielu producentów samochodów. Podobnie do Vanos działają dwa układy:

  • VVT i Variable Valve Timing – with intelligence – opracowany przez Toyotę.

Sterownik układu dobiera odpowiedni czas otwarcia zaworów, analizując obroty silnika, prędkości i nachylenie terenu. Na wałku rozrządu są krzywki wysoko i niskoobrotowe.

  • VarioCam – opracowany przez firmę Porsche. Na końcach dwóch wałków rozrządu, sterujących pracą zaworów dolotowych i wylotowych, znajdują się wirniki zewnętrzne i wewnętrzne, mogące się obracać względem siebie. Wirniki zewnętrzne są napędzane łańcuchem rozrządu. Pomiędzy wirnikami znajduje się przestrzeń robocza. Jest ona wypełniania olejem pod ciśnieniem (regulowanym przez zawory zmiany położenia wałka rozrządu, jeden dla zaworów dolotowych i drugi dla wylotowych). Olej dostający się do przestrzeni roboczych powoduje zmianę położenia wałków rozrządu.

Układ zmiennych faz rozrządu bardzo zmienił jednostki napędowe firmy BMW, zwiększając ich elastyczność, moc i moment obrotowy, a równocześnie zmniejszając spalanie i emisję szkodliwych związków do atmosfery. Niestety, układ jest problematyczny.

Dlatego warto pamiętać, że kluczem do naprawy układu Vanos jest profesjonalna diagnostyka, eliminująca niepotrzebne wydatki.

Wyszukiwarka Motointegrator pozwala na szybkie znalezienie warsztatu samochodowego, specjalizującego się w naprawach BMW, działającego w Twojej okolicy.

Artykuły powiązane