拆解寶馬N發(fā)動機.

1、拆解寶馬N20發(fā)動機2017-07-17 2012年12月18日00:23來源.汽車之家 類型：原創(chuàng) 編輯：馮景毅 評論：306條汽車之家拆解全新的四缸渦輪增壓發(fā)動機一一N20,可謂是寶馬的扛鼎之 作，它肩負著取代自然吸氣式直列六缸發(fā)動機（代號?52）的重任。而人們也 難免會將這個全新“代表作”與老去的“經(jīng)典”進行比較，好在它憑借著渦輪 增圧系統(tǒng)以及一系列全新的技術(shù)裝備，造就出更加出色的動力性能以及燃油經(jīng) 濟性。它確實在用自身的實力踐行著寶馬的Efficient Dynamics（高效動力） 策略。 N2（）發(fā)動機型號的劃分寶馬3系J寶馬XI寶馬1系j寶馬5系J U前，N20發(fā)動機己經(jīng)搭載于X

2、I、新3系、0系等 車型上。按照產(chǎn)地的不同，N20發(fā)動機分為進口和國產(chǎn)兩種版本，裝配到具體 車型上乂分為高功版和低功版，而這些完全可以通過位于缸體上的發(fā)動機編號 來加以辨別（最后一位字母的不同）C此外，如果你想了解更多關(guān)于寶馬發(fā)動 機編號所蘊藏的秘密，請點擊此處。在沈陽鐵西工廠（寶馬在歐洲以外的第一家發(fā)動機工廠）所生產(chǎn)的20發(fā)動機 都嚴格執(zhí)行寶馬的全球生產(chǎn)流程控制體系，不會因為產(chǎn)地不同而出現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì) 上的差異。在具體的零部件采購方面，國產(chǎn)20發(fā)動機的部分零部件根據(jù)就近 原則，選用了國內(nèi)的一些供應商，而U前X20發(fā)動機的國產(chǎn)化率為40%（即40%的零部件山國內(nèi)生產(chǎn)） 高功版和低功版發(fā)動機在硬件上

3、主要是活塞頂部的形狀不同，從而導致二者壓 縮比也不同，這一點在文章后面我會詳細講到，同時發(fā)動機電腦的程序也會進 行相應的調(diào)整以適配更高功率的動力輸出。此次我們拆解的為進口低功版的N20發(fā)動機。分體式曲軸 通過上圖可以看到，N2()發(fā)動機的曲軸箱山兩部分組成，一個為曲軸箱主體， 另一個為底板，底板通過螺栓與缸體連接，其主要用來固定曲軸。與普通發(fā)動 機只通過軸瓦蓋來進行固定的方式相比，這種設計能為缸體提供足夠的扭轉(zhuǎn)剛 性，同時可以對高轉(zhuǎn)速下的曲軸提供更為精確的支承。應用于氣缸壁上的電弧絲噴涂工藝 從2007年推出市場的X54雙渦輪增圧發(fā)動機到現(xiàn)在的單渦輪增圧發(fā)動機55和N20,它們都一改52發(fā)動機

4、的鎂鋁合金缸體，轉(zhuǎn)而采用了傳統(tǒng)的鋁合金材質(zhì)。 其中最新的X20發(fā)動機在氣缸壁處首次采用了電弧絲噴涂工藝，該工藝通過髙 電壓下產(chǎn)生的高溫電弧來熔化金屬鐵，并通過高壓空氣將鐵噴涂在鋁合金材質(zhì) 的氣缸壁上。鐵涂層可以有效提高氣缸壁的強度，而噴涂后所形成的微孔表面乂可以減小活 塞運行時 的摩擦。 山于鋁合金的導熱性更好， 所以通過這種工藝只需噴涂很薄的一層便 可滿足相應的要求，而且缸體部位也可以實現(xiàn)最佳的熱傳導。與普通鋁合金發(fā) 動機采用鑄鐵缸套的設計相比，N20發(fā)動機的電弧線噴涂工藝要更為先進。兩種材質(zhì)的油底殼 根據(jù)搭載車型的不同，N20發(fā)動機共有兩種不同材質(zhì)的油底殼，其中適配xDrive車型的N20

5、發(fā)動機為鋁合金材質(zhì)的油底殼，這主要是因為該油底殼需要 蟲托四驅(qū)系統(tǒng)中的前橋差速器。后驅(qū)車型所搭載的X20發(fā)動機的油底殼山于無需承托其它結(jié)構(gòu)，所以其為耐熱樹脂材質(zhì)，它的優(yōu)點就是重量更輕、隔音性更 好，同時成本也相對更低。兩種不同材質(zhì)的油底殼上都集成了 機油傳感器，該傳感器既可檢測機油量，還可以對機油品質(zhì)進行分析， 從而判 斷是否應該對機油進行更換， (具體檢測原理請點擊此)，這種智能監(jiān)測保養(yǎng) 系統(tǒng)也就是寶馬的CBS車況保養(yǎng)服務系統(tǒng)。鍛造曲軸N20發(fā)動機釆用鋼制的鍛造曲軸，其中四個平衡塊用來確保發(fā)動機的平穩(wěn)運 轉(zhuǎn)，其上開有的平衡孔用來保證曲軸運轉(zhuǎn)時的動平衡 活塞銷偏置和曲軸偏置技術(shù) 活塞銷用來連接

6、活塞與連桿，從表面看，活塞銷恰好處在活塞的中心位置。在 圧縮行程時，活塞在連桿的推動下上移，此時活塞的右側(cè)緊貼氣缸壁且受到的 圧力最大，我們也將活塞的這一側(cè)稱為次推面。在做功行程時，活塞下移，此 時活塞左側(cè)緊貼氣缸壁且受到的圧力最大。山于做功行程時氣缸內(nèi)的圧力相比 壓縮行程更大，所以我們也將活塞的左側(cè)稱為主推面。對于曲軸處在氣缸中心線位置的 發(fā)動機來說，當活塞到達上止點的位置并開始向下移動時，山于活塞與氣缸壁 之間存在間隙，所以活塞會從右側(cè)向左側(cè)移動，并產(chǎn)生一定的沖擊聲，此種現(xiàn) 象也被稱為敲缸。為了防止敲缸的產(chǎn)生，通常在設計活塞銷的位置時將其向活 塞的主推面一側(cè)偏離最大2毫米左右，當活塞換向時

7、，活塞在缸筒內(nèi)則會發(fā)生 傾斜，從而起到提前換向的作用，以此減輕敲缸聲，而這種活塞銷的偏置肉眼 兒乎看不出來。寶馬的很多發(fā)動機都采用了活塞銷正偏置的設計來減小敲缸聲，但20發(fā)動機 的活塞銷卻是負偏置的設計（負偏置0.3毫米），這是為了配合寶馬首次在發(fā)動機上所應用的曲軸正偏置 的設計。所謂的曲軸偏置是指曲軸的軸線向氣缸中心面的一側(cè)偏置，與活塞銷偏置類 似，曲軸偏置也分為向活塞主推面偏置的曲軸正偏和向活塞次推面偏置的曲軸 負偏。通過上圖可以清楚地看到X20發(fā)動機的曲軸軸線偏離氣缸的中心面（正 偏置14毫米）。通常來說，如果活塞銷與曲軸都采用正偏置的設計，會對減小敲缸聲起到相反 的作用，所以?20發(fā)動

8、機采用了活塞銷負偏置和曲軸正偏置相結(jié)合的方式，這 樣可以最大化地減小敲缸聲，而這樣做的缺點就是會增加活塞主推面的摩擦。曲軸偏置的設計還有一個好處就是在做功行程時，連桿更接近于垂直狀態(tài), 這樣可以更 多地將燃燒產(chǎn)生的壓力作用于曲軸，同時也減小了活塞在氣缸壁上的壓緊力和 摩擦，從而提高活塞運動時的效率?？偟膩碚f，N2（）發(fā)動機通過活塞銷負偏 和曲軸正偏置的設計，最終減小了敲缸聲，并且提高了發(fā)動機的工作效率?；钊鸑20發(fā)動機的高功率版和低功率版反應在硬件上，主要是活塞頂部的形狀不同，從而導致兩種 版本的壓縮比不同。高功率版通過更大的增圧值來獲取更高的動力輸出，為了 減小爆震宿況的發(fā)生，它的壓縮比為1

9、0:1；而低功率版剛好相反，因此可以相 應地提高圧縮比，低功版發(fā)動機的圧縮比為11:10凸輪軸N20發(fā)動機 的凸輪軸為空心結(jié)構(gòu)，在提升強度的同時也降低了重量。凸輪軸上的凸輪等相 關(guān)部件通過熱圧工藝直接壓到凸輪軸上，此種工藝能夠有效提升凸輪軸的制造 精度。 Double-VANOS可變氣門正時系統(tǒng)N20發(fā)動機應用了最新一代的Double-VANOS進、排氣門雙可變氣門正時系統(tǒng), 相比應用于55發(fā)動機上的VAXOS系統(tǒng)， 新一代VAXOS系統(tǒng)對正時的調(diào)節(jié)更 快， 而與X55發(fā)動機相 同的是其進、排氣門的最大調(diào)整范（進氣門35,排氣門27. 5 ）,同時通 過對電磁閥的油路以及相應結(jié)構(gòu)的改進，新一代

10、VAXOS降低了對機油中污染物的敬感度。在拆解的很多零部件上都可以看到二維碼的標識，這些標識在發(fā)動機裝配時通 過掃碼就可以確定這批零部件是否是這臺發(fā)動機所需，提髙了裝配效率，同時 也能對零部件的生產(chǎn)日期、流向等進行詳細查詢。第三代Valvetronic電子氣門升程系統(tǒng)N20發(fā)動機采用了與N55發(fā)動機相同的第三代Valvetronic電子氣門升程系 統(tǒng)，它的特點是帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)的伺服電機的尺寸更小，同時用來檢測偏心軸 旋轉(zhuǎn)角度的傳感器也集成在了伺服電機內(nèi)。除此之外，它的工作原理沒有任何 變化，依然是可以對進氣門側(cè)的氣門升程進行從0. 3毫米到9. 9毫米之間的無 級調(diào)節(jié)。下面這段視頻非常形象、

11、直觀地介紹了Valvetronic電子氣門升程系統(tǒng)的工作 原理，請點擊播放。更多精彩視頻，盡在汽車之家視頻頻道 此外，N20發(fā)動機排氣門側(cè)的氣門還應用了氣門充鈉技術(shù)，這種技術(shù)將氣門桿 設計為中空結(jié)構(gòu)，然后將金屬鈉充入其中。在發(fā)動機正常的工作溫度下，處于 液態(tài)的金屬鈉會隨著氣門的開閉而上下運動。山于鈉的比熱容較大，所以它能 夠很好地吸收來自氣門頭部的熱量并進行傳導，這就降低了氣門在惡劣工作環(huán) 境下的溫度。雙渦管渦輪增壓器N20發(fā)動機使用了一臺與N55發(fā)動機相同的雙渦管渦輪增壓器，所謂的雙渦管 是指有兩條互不干涉的管路都通向廢氣渦輪側(cè)。對于四缸發(fā)動機來說，根據(jù)1- 3-4-2的氣缸做功順序，將1、

12、4缸組成一條管路，2、3缸組成另一條管路。這 種雙渦管的結(jié)構(gòu)設計可以減小排氣干 涉，讓排氣壓力更為平穩(wěn)持續(xù)，同時雙渦管的結(jié)構(gòu)減小了每個渦管的截面積, 從而提高了排氣氣流的速度，最終起到減小渦輪遲滯和提升增壓的效果。N20發(fā)動機的排氣歧管和渦輪增壓器焊接集成在了一起，渦輪和葉輪的直徑通 過對比“1角”硬幣來進行直觀地了解。該渦輪增壓器通過機油和冷卻液共同 進行散熱，其中冷卻液的水道山單獨的電動水泵來控制，當車輛熄火后，在電 動水泵的驅(qū)動下，冷卻液依然可以對渦輪增壓器進行散熱。真空泵 山于加入了渦輪增壓系統(tǒng)，所以進氣管路在增壓模式下難以提供符合標準的真 空度，此?20發(fā)動機也設計了與X55發(fā)動機相

13、同的真空泵來獲取真空。真空泵安裝在 進氣凸輪軸的一端，隨著凸輪軸的旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生真空，產(chǎn)生的真空將提供給制動 助力器以及控制渦輪增圧器中廢氣旁通閥的電子伺服裝置。平衡軸 山于四缸發(fā)動機的做功間隔角相比六缸發(fā)動機更大，所以?20發(fā)動機在運轉(zhuǎn)平 順性方面可以說具有先天的劣勢。為了盡可能減小和平衡發(fā)動機的掘動，N20發(fā)動機應用了平衡軸技術(shù)。在發(fā)動機曲軸的下方，是一個疊加布置（上下布 置）的平衡軸機構(gòu)，它山曲軸通過鏈條進行驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速是曲軸的2倍。此外 它的另一端連接機油泵，并驅(qū)動其運轉(zhuǎn)。N20發(fā)動機的這套平衡軸機構(gòu)的設訃較為特殊，一是采用了疊加的布置形式 （與傳統(tǒng)分布于曲軸兩側(cè)相比），二是兩個平衡軸的轉(zhuǎn)

14、速相同，方向相反，且 是曲軸轉(zhuǎn)速的2倍。這說明該平衡軸主要用來減小發(fā)動機的二階掘動，而對于占整個掘動70%以上的一階振動，或許已經(jīng)通過位于曲軸上的平衡塊很好地加以了解決?？勺兣帕繖C油泵 發(fā)動機中的機油不僅要提供潤滑、冷卻等功能，同時還要用來傳遞作用力（比 如Double-VANOS系統(tǒng)），因此，機油泵既要確保充足的供油量，還要保證足夠的 機油壓力，否則系統(tǒng)的相關(guān)部件將難以正常工作。除此之外，在滿足供給需求 的條件下，工程師還希望機油泵的功率盡可能小，這樣就可以降低發(fā)動機的負 荷。N20發(fā)動機采用了與N55發(fā)動機相同的可變排量機油泵，該機油泵是山發(fā)動機電腦根據(jù)發(fā)動機的運 轉(zhuǎn)W況來調(diào)整機油泵的功率

15、，從而供給最適合的機油量，這樣就可以在不影響 機油供給的前提下，盡可能減小發(fā)動機的負荷。通過上圖可以看到，滑閥在調(diào)節(jié)油室內(nèi)機油的推動下向右側(cè)移動，這樣機油泵 的功率就會減小，傳統(tǒng)的機械式調(diào)整的機油泵的調(diào)節(jié)油室內(nèi)的壓力與發(fā)動機主 油道的壓力是保持一致的，而20發(fā)動機在發(fā)動機主油道與調(diào)節(jié)油室間設計了 一個電磁閥，該電磁閥可以調(diào)整山主油道進入調(diào)節(jié)油室的機油量，從而對機油 泵的功率進行動態(tài)地調(diào)整。噴油器N20發(fā)動機應用了缸內(nèi)直噴技術(shù)，其中髙壓油泵由排氣凸輪軸驅(qū)動，噴油器則山博世提供，其最 高可承受200巴的噴射壓力（相當于200個大氣壓）。雖然噴油器不大，但它 卻是一個十分具有科技含量的部件，它不但要在極短的時間內(nèi)兒乎毫無延遲地 進行噴油，同時還要保證每個氣缸噴油量的一致性，此外噴油嘴還要具有很好 的霧化效果，只有這樣才能盡可能節(jié)省每一滴燃料，提升燃油經(jīng)濟性。發(fā)動機電腦N20發(fā)動機的電腦Ih BOSCH公司提供，它與N55發(fā)動機相同，都被安放在發(fā)動 機進氣歧管的上方，依靠流入發(fā)動機的空氣對其進行冷卻。關(guān)于X20發(fā)動機的動畫視頻 上面講了一大堆關(guān)于20發(fā)動機在技術(shù)方面的亮點，或許有些朋友還不能全部 理解，沒關(guān)系，下面這段充滿樂趣的動畫用另一種形式詮釋了20發(fā)動機，看 后相信你會對它產(chǎn)生深刻的印象。更多精彩視頻，盡在汽車之家