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揭开宝马M54发动机VANOS失效问题之谜

说起宝马M54发动机VANOS问题,很多老款宝马车主对此很熟悉,已经爆发很多年了,但还有很多车主至今没有察觉到问题的存在,仅仅认为那是发动机老化的正常现象罢了。其实,这背后隐藏了一个被设计好的秘密,今天德国玛蒂就为你揭开这个秘密。

首先科普一下什么是VANOS:宝马的VANOS系统全称为可变凸轮轴正时控制系统,同类技术在各大品牌叫法不一,如丰田叫VVT-i,本田叫i-VTEC,其原理均是用液压系统控制凸轮轴角度以实现对气门正时的调整,技术细节上略有不同。它们的优点是增加发动机在中低转速的扭矩输出、降低怠速工况下的残余废气量、降低油耗和排放。

一旦宝马VANOS发生故障,表现出的症状主要有以下几点:1、 整体动力下降,低转速尤其明显;2、冷启动困难;3、转速很难上到3000rpm;4、动力输出不线性,升降挡窜动;5、怠速转速不稳;5、开空调乏力;6、油耗明显增加,至少10%;

目前所知的容易出现VANOS故障的车型是2000-2006期间生产的,搭载M54B22、M54B25、M54B30这几款发动机的全系车型,具体参见下表,不知你是否中招了?

那么,是什么引起了VANOS失效呢,原因并非多数人认为的正常老化,而是密封圈的问题。VANOS上有几道重要的密封圈,是起到密封活塞工作面的作用的。但是当时宝马选用的橡胶材料无法长时间在高温机油中工作,导致橡胶密封圈老化迅速,通常在3-5万公里就会出现橡胶硬化密封逐渐失效,最终使得VANOS形同瘫痪,消耗动力的同时还无所作为。

VANOS老化的密封圈,一掰即断

说起密封圈,就不得不讲讲宝马当时在选择密封圈时的一些考量了。事实上,当年宝马在VANOS上选用的密封圈材料存在问题,他们选用了业内非常常用的发动机密封材料丁腈橡胶Buna-N(NBR),其耐高温的极限温度是120°C。但是宝马的发动机设计是性能导向的,机油工作温度往往在105°C以上,局部温度甚至还会超过表显的温度。那么就是说,这个丁腈橡胶的密封圈长时间工作在极限温度附近,随着时间的推移,引起橡胶中碳碳双键的断裂,导致橡胶变硬失去了弹性,密封效果也就逐渐丧失了。

图:译自《RUBBER`CON》 1981,由D.Cook等人著

这个问题的核心还是在于密封材料所使用的橡胶上。目前常用的橡胶有三种:第一种是2000-2006年期间,宝马在M54及同时期的其他系列上VANOS活塞上使用的密封圈材料,全名为丁腈橡胶(NBR)。第二种是民间维修包里的替用材料,是由杜邦公司生产的牌号为Viton的氟橡胶(FKM),由于杜邦公司产量非常大,所以FKM也经常用Viton这个名字来表示。第三种是现在宝马发动机上VANOS使用的密封圈材料,叫氢化丁腈橡胶(HNBR)。

大家应该都知道,现在宝马N52机型发动机,因为采用了更合适的氢化丁腈橡胶(HNBR),M54上的问题才没有在新的机型上延续。说明宝马自身知道橡胶问题,那M54为什么当时会有那种的选择呢?这里面就充满了商业的逻辑。

接下来,我们一起来看一张关于橡胶的表:

从三种橡胶的生产年限上来看,当时宝马是可以有三种选择的。也就是说宝马完全可以选择现在使用的氢化丁腈橡胶(HNBR),以避免问题的发生,但是未选的核心因素在于:氢化丁腈橡胶(HNBR)在当时比较贵,产品还被两家公司垄断。真的是没得选吗?也不然,我们还查到一个数据,在2001年,氢化丁腈橡胶(HNBR)已经替代了丁腈橡胶(NBR)市场份额的20%,表明这个材料已经被汽车市场广泛使用了,所以拒绝使用氢化丁腈橡胶(HNBR)的唯一原因,那就是一个字,贵!现在氢化丁腈橡胶(HNBR)的价格是丁腈橡胶(NBR)的10倍,在2000年前后这个差距应该会更大。

有朋友应该可以看到氟橡胶(FKM)有很好的耐高温性能,认为可以选择,并且在民间维修经常用到,但宝马为啥不选的呢?这位朋友忽略了,这个橡胶的致命缺陷,其耐低温性只有-20°,这显然不能满足宝马全球市场的需求。

说到底,还是因为橡胶材料价格成本的原因,宝马选择了使用丁腈橡胶(NBR)。这不是良心的决策,而是机智的决策,从商业上说,是能使宝马持续盈利的决策。这背后的商业逻辑,是生意人,都会有的逻辑。从这个角度上将,宝马M54故障,完全是被设计的故障。

接下来车友关心的问题,就是已经中招的宝马车主应该怎么办?采取什么样措施自救?有朋友说很简单,拆修换密封圈呗,使用民间修理包中的氟橡胶(FKM)。但这不具有通用性,北方车主不便采用,而拆修换密封圈如技术不过关,还会造成很多不必要的问题。因此,给大家推荐的是安全的不拆修解决的方法:一是使用高品质的进口玛蒂机油,二是选择玛蒂DS修复油封。这两个措施,不但能解决油封的问题,还能预防油封的腐蚀老化。

上面已经提到,密封圈因为机油的温度太高,加剧了橡胶的腐蚀老化,导致其丢失了塑化剂而变质。我们再来看一下欧洲ACEA A3和美日ILSAC GF-5 标准机油对密封圈的影响:

说明:

1.HTHS(高温抗剪切)数据越高,对于涡轮增压类发动机的保护性能越强。

2.发动机内部密封件大量使用橡胶,仅拿对丁晴橡胶的相容性做对比:变化越 小,密封材料受机油影响越小,越不容易发生机油泄漏。

3.气门阀组磨损量越小,表示抗磨损和抗摩擦保护效果越好。

4.挥发损失比例越低,对机油基础油质量要求越高。

从上面可以看出,徳国的高温高压设备在使用美国标准的油时,因为密封材料的溶胀腐坏及收缩硬化标准的不同的情况下,橡胶质密封圈更容易腐蚀老化。因此,宝马车最好选择真正的德版机油(符合欧洲ACEA C3标准的机油)。

玛蒂机油,是国内真正符合欧洲ACEA C3标准的机油,对于密封材料的影响很小,还有卓越的控温性能,可有效降低机油的温度,玛蒂DS则是高效的塑化剂,可以快速补充橡胶丢失的塑化剂,使其重新软化膨胀,恢复弹性,阻止泄漏。提前加入更会起到预防的效果。

相信通过这篇文章,你一定收获不小,有可能倒吸一口冷气,颠覆很多原来的想法和看法。在这个利益交织的世界,虽有品牌,又有情怀,但终将难以逃脱背后利益的博弈。我们能做的就是不断地去了解和认知,开拓自己的视野,即使有问题,我们也能找到合适的解决之道。

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