Was ist das VANOS-System von BMW, wie funktioniert es?

Das VANOS-System (Variable Nockenwellensteuerung) ist ein wichtiger Bestandteil moderner BMW-Motoren, mit dem es möglich ist, die Abgasemissionen deutlich zu reduzieren, den Kraftstoffverbrauch zu senken, das Motordrehmoment bei niedrigen Drehzahlen zu erhöhen und die maximale Leistung bei hohen Drehzahlen zu steigern. Dieses System ermöglicht es dem Motor, auch bei niedrigen Temperaturen im Leerlauf so stabil wie möglich zu laufen.

Was ist das Vanos-System?

Variable Nockenwellen Steuerung ist deutsch für die variable Steuerung von Motornockenwellen. Dieses System wurde von BMW Ingenieuren erfunden. VANOS ist im Wesentlichen ein variables Ventilsteuerungssystem. Seine Besonderheit liegt darin, dass es die Position der Nockenwellen relativ zur Kurbelwelle verändern kann. Somit werden die Phasen des Gasverteilungsmechanismus (Timing) reguliert. Diese Einstellung kann von 6 Grad nach vorn bis 6 Grad nach hinten vom oberen Totpunkt vorgenommen werden.

Das Gerät und die Hauptelemente von Vanos

Das VANOS-System befindet sich zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsrad. Sein Design ist relativ einfach. Der Hauptteil des Systems sind Kolben, die die Position der Nockenwellen ändern und dadurch die Ventilsteuerung ändern. Diese Kolben interagieren mit den Nockenwellenrädern über eine Zahnwelle, die mit dem Kolben verbunden ist. Diese Kolben werden durch Öldruck angetrieben.

Das Gerät enthält ein spezielles Magnetventil, dessen Betrieb von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gesteuert wird. Als Eingabe werden Informationen von den Nockenwellenpositionssensoren genommen. Dieser Sensor ermittelt die aktuelle Winkelposition der Wellen. Die empfangenen Daten werden dann an die ECU gesendet, um den erhaltenen Wert mit einem gegebenen Winkel zu vergleichen.

Aufgrund dieser Positionsänderungen der Nockenwellen ändert sich die Ventilsteuerung. Dadurch öffnen die Ventile etwas früher als sie sollten oder etwas später als in der Ausgangsstellung der Wellen.

Wie das System funktioniert

BMW setzt in seinen Motoren derzeit die VANOS-Technologie (Variable Nockenwellensteuerung) der vierten Generation ein. Es sei darauf hingewiesen, dass die erste Generation dieser Technologie als Single VANOS bezeichnet wurde. Dabei wurde nur die Einlassnockenwelle geregelt und die Auslassphasen schrittweise (dezent) verändert.

Die Essenz des Betriebs eines solchen Systems war wie folgt. Die Position der Einlassnockenwelle wurde anhand der Daten des Motordrehzahlsensors und der Stellung des Fahrpedals korrigiert. Wenn der Motor mit geringer Last (niedrige Drehzahl) beaufschlagt wurde, begannen die Einlassventile später zu öffnen, wodurch der Motor ruhiger läuft.

Das frühe Öffnen der Einlassventile bei mittleren Motordrehzahlen erhöht das Drehmoment und verbessert die Abgaszirkulation im Brennraum, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die Gesamtemissionen gesenkt werden. Bei hohen Drehzahlen öffnen die Einlassventile später, was zu maximaler Leistung führt. In den ersten Minuten nach dem Starten des Motors aktiviert das System einen speziellen Modus, bei dem es vor allem darum geht, die Aufwärmzeit zu minimieren.

Jetzt kommt das sogenannte Doppel-Vanos (Double Vanos) zum Einsatz. Im Gegensatz zum "Single"-System regelt das Double den Betrieb der Ein- und Auslassnockenwelle und ihre Steuerung ist sanfter. Durch den Einsatz eines aktualisierten Systems konnten Drehmoment und Motorleistung über den gesamten Drehzahlbereich deutlich gesteigert werden. Außerdem kann nach dem BiVanos-Schema ein kleiner Teil der Abgase im Brennraum nachverbrannt werden, was entsprechend zu einer Steigerung der Umweltfreundlichkeit des Motors führt.

Jetzt verwenden alle Autos der deutschen Marke das Vanos-System der vierten Generation. Das Hauptmerkmal dieser Version ist, dass sie Vanos-Getriebe für die Einlass- und Auslassnockenwellen verwendet. Die BMW Ingenieure haben das System kompakter gestaltet: Jetzt befindet sich der gesamte Aktuator in den Steuerkränzen selbst. Nun, im Allgemeinen ähnelt die vierte Generation des Systems grundlegend den Single Vanos.

Vor- und Nachteile von Vanos

Bei all ihren unbestreitbaren Vorteilen: höheres Motordrehmoment bei niedrigen Drehzahlen, Stabilisierung des Motors im Leerlauf, hohe Kraftstoffeffizienz und hohe Umweltfreundlichkeit, haben VANOS-Systeme auch Nachteile. Sie ist nicht zuverlässig genug.

Die Hauptstörungen von Vanos

• Zerstörung von Dichtringen. Das sind Ölkolbenringe, die die Position der Nockenwellen regulieren. Aufgrund vieler Faktoren: hohe und niedrige Temperaturen, verschiedene Schadstoffe, die in das Gummi (das Material, aus dem die Ringe hergestellt werden) eindringen, beginnt es schließlich, seine elastischen Eigenschaften zu verlieren und zu reißen. Deshalb verschwindet die Dichtigkeit im Inneren des Mechanismus.
• Abgenutzte Unterlegscheiben und Lager. Das Design von Ölkolben umfasst Metalllager und Unterlegscheiben. Mit der Zeit beginnen sie sich zu verformen, da sie zunächst einen geringen Sicherheitsspielraum haben. Um festzustellen, ob ein Lager (oder eine Unterlegscheibe) in einem VANOS-System ausgetauscht werden muss, müssen Sie hören, wie der Motor läuft. Wenn das Lager oder die Unterlegscheibe verschlissen ist, ist ein unangenehmes, metallisches Geräusch zu hören.
• Späne und Schmutz an Flanschen und Kolben. Dies ist die sogenannte Verformung von Metallteilen. Es kann durch eine eher aggressive Fahrweise, minderwertiges Öl/Benzin, sowie eine hohe Laufleistung verursacht werden. Kerben und Kratzer treten auf der Oberfläche von Ölkolben oder Gasnockenwellen auf. Infolgedessen gibt es einen Leistungs- / Drehmomentverlust, einen instabilen Leerlauf des Motors.

Wenn der Automotor im Leerlauf zu vibrieren beginnt, Sie eine eher schwache Beschleunigung über den gesamten Drehzahlbereich bemerken, es gibt einen erhöhten Kraftstoffverbrauch, Rattergeräusche während des Motorbetriebs, höchstwahrscheinlich muss die VANOS dringend überprüft werden. Probleme beim Starten des Motors, Zündkerzen und Unebenheiten sind ein deutliches Zeichen für eine schlechte Systemleistung.

Trotz der Unzuverlässigkeit ist die Entwicklung der bayerischen Ingenieure sehr brauchbar. Durch den Einsatz von VANOS werden verbesserte Motorleistung, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit erreicht. Vanos glättet auch die Drehmomentkurve im gesamten Betriebsbereich des Motors.