拆解宝马-N20-发动机

集大成 拆解宝马 4 缸涡轮增压发动机 N20 2012 年 12 月 18 日 00 23 来源 汽车之家 类型 原创 编辑 冯景毅 评论 306 条 汽车之家 拆解 全新的四缸涡轮增压发动机 N20 可谓是宝马的扛鼎之作 它 肩负着取代自然吸气式直列六缸发动机 代号 N52 的重任 而人们也难免会将这个全新 代表作 与老去的 经典 进行比较 好在它凭借着涡轮增压系统以及一系列全新的技 术装备 造就出更加出色的动力性能以及燃油经济性 它确实在用自身的实力践行着宝马 的 Efficient Dynamics 高效动力 策略 N20N20 发动机型号发动机型号的划分的划分 N20N20 发动机型号发动机型号划分划分 高功版 高功版 压缩比压缩比 10 110 1 低功版 低功版 压缩比压缩比 11 111 1 进口版进口版 N20B20AN20B20B 国产版国产版 N20B20CN20B20D 最大最大功率功率 245 马力 新 3 系 X1 X3 5 系 Z4 中后两位数字为 28 的车型 184 马力 新 3 系 X1 X3 5 系 Z4 中后两位数字为 20 的车型 最大最大扭矩扭矩 350N m270N m 注 525Li 和 125i 两款车型同样搭载高功版 N20 但最大功率为 218 马力 最大扭矩为 310N m 宝马 3 系 宝马 X1 宝马 1 系 宝马 5 系 目前 N20 发动机已经搭载于 X1 新 3 系 5 系等车型上 按照产地的不同 N20 发动 机分为进口和国产两种版本 装配到具体车型上又分为高功版和低功版 而这些完全可以 通过位于缸体上的发动机编号来加以辨别 最后一位字母的不同 此外 如果你想了解 更多关于宝马发动机编号所蕴藏的秘密 请点击此处 在沈阳铁西工厂 宝马在欧洲以外的第一家发动机工厂 所生产的 N20 发动机都严格 执行宝马的全球生产流程控制体系 不会因为产地不同而出现产品品质上的差异 在具体 的零部件采购方面 国产 N20 发动机的部分零部件根据就近原则 选用了国内的一些供应 商 而目前 N20 发动机的国产化率为 40 即 40 的零部件由国内生产 高功版和低功版发动机在硬件上主要是活塞顶部的形状不同 从而导致二者压缩比也 不同 这一点在文章后面我会详细讲到 同时发动机电脑的程序也会进行相应的调整以适 配更高功率的动力输出 此次我们拆解的为进口低功版的 N20 发动机 分体式分体式曲轴曲轴箱箱 通过上图可以看到 N20 发动机的曲轴箱由两部分组成 一个为曲轴箱主体 另一个 为底板 底板通过螺栓与缸体连接 其主要用来固定曲轴 与普通发动机只通过轴瓦盖来 进行固定的方式相比 这种设计能为缸体提供足够的扭转刚性 同时可以对高转速下的曲 轴提供更为精确的支承 应用于气缸壁上的电弧丝喷涂工艺应用于气缸壁上的电弧丝喷涂工艺 从 2007 年推出市场的 N54 双涡轮增压发动机到现在的单涡轮增压发动机 N55 和 N20 它们都一改 N52 发动机的镁铝合金缸体 转而采用了传统的铝合金材质 其中最新的 N20 发动机在气缸壁处首次采用了电弧丝喷涂工艺 该工艺通过高电压下产生的高温电弧来熔 化金属铁 并通过高压空气将铁喷涂在铝合金材质的气缸壁上 铁涂层可以有效提高气缸壁的强度 而喷涂后所形成的微孔表面又可以减小活塞运行 时的摩擦 由于铝合金的导热性更好 所以通过这种工艺只需喷涂很薄的一层便可满足相 应的要求 而且缸体部位也可以实现最佳的热传导 与普通铝合金发动机采用铸铁缸套的 设计相比 N20 发动机的电弧丝喷涂工艺要更为先进 两种材质的两种材质的油底壳油底壳 根据搭载车型的不同 N20 发动机共有两种不同材质的油底壳 其中适配 xDrive 车型 的 N20 发动机为铝合金材质的油底壳 这主要是因为该油底壳需要承托四驱系统中的前桥 差速器 后驱车型所搭载的 N20 发动机的油底壳由于无需承托其它结构 所以其为耐热树 脂材质 它的优点就是重量更轻 隔音性更好 同时成本也相对更低 两种不同材质的油底壳上都集成了机油传感器 该传感器既可检测机油量 还可以对 机油品质进行分析 从而判断是否应该对机油进行更换 具体检测原理请点击此 这 种智能监测保养系统也就是宝马的 CBS 车况保养服务系统 锻造锻造曲轴曲轴 N20 发动机采用钢制的锻造曲轴 其中四个平衡块用来确保发动机的平稳运转 其上 开有的平衡孔用来保证曲轴运转时的动平衡 活塞活塞销偏置和销偏置和曲轴曲轴偏置技术偏置技术 活塞销用来连接活塞与连杆 从表面看 活塞销恰好处在活塞的中心位置 在压缩行 程时 活塞在连杆的推动下上移 此时活塞的右侧紧贴气缸壁且受到的压力最大 我们也 将活塞的这一侧称为次推面 在做功行程时 活塞下移 此时活塞左侧紧贴气缸壁且受到 的压力最大 由于做功行程时气缸内的压力相比压缩行程更大 所以我们也将活塞的左侧 称为主推面 对于曲轴处在气缸中心线位置的发动机来说 当活塞到达上止点的位置并开始向下移 动时 由于活塞与气缸壁之间存在间隙 所以活塞会从右侧向左侧移动 并产生一定的冲 击声 此种现象也被称为敲缸 为了防止敲缸的产生 通常在设计活塞销的位置时将其向 活塞的主推面一侧偏离最大 2 毫米左右 当活塞换向时 活塞在缸筒内则会发生倾斜 从 而起到提前换向的作用 以此减轻敲缸声 而这种活塞销的偏置肉眼几乎看不出来 宝马的很多发动机都采用了活塞销正偏置的设计来减小敲缸声 但 N20 发动机的活塞 销却是负偏置的设计 负偏置 0 3 毫米 这是为了配合宝马首次在发动机上所应用的曲 轴正偏置的设计 所谓的曲轴偏置是指曲轴的轴线向气缸中心面的一侧偏置 与活塞销偏置类似 曲轴 偏置也分为向活塞主推面偏置的曲轴正偏和向活塞次推面偏置的曲轴负偏 通过上图可以 清楚地看到 N20 发动机的曲轴轴线偏离气缸的中心面 正偏置 14 毫米 通常来说 如果活塞销与曲轴都采用正偏置的设计 会对减小敲缸声起到相反的作用 所以 N20 发动机采用了活塞销负偏置和曲轴正偏置相结合的方式 这样可以最大化地减小 敲缸声 而这样做的缺点就是会增加活塞主推面的摩擦 曲轴偏置的设计还有一个好处就是在做功行程时 连杆更接近于垂直状态 这样可以 更多地将燃烧产生的压力作用于曲轴 同时也减小了活塞在气缸壁上的压紧力和摩擦 从 而提高活塞运动时的效率 总的来说 总的来说 N20N20 发动机发动机通过通过活塞活塞销负偏置和销负偏置和曲轴曲轴正偏置的设计 正偏置的设计 最终减小了敲缸声 并且提高了最终减小了敲缸声 并且提高了发动机发动机的工作效率 的工作效率 活塞活塞 N20 发动机的高功率版和低功率版反应在硬件上 主要是活塞顶部的形状不同 从而 导致两种版本的压缩比不同 高功率版通过更大的增压值来获取更高的动力输出 为了减 小爆震情况的发生 它的压缩比为 10 1 而低功率版刚好相反 因此可以相应地提高压缩 比 低功版发动机的压缩比为 11 1 凸轮轴凸轮轴 N20 发动机的凸轮轴为空心结构 在提升强度的同时也降低了重量 凸轮轴上的凸轮 等相关部件通过热压工艺直接压到凸轮轴上 此种工艺能够有效提升凸轮轴的制造精度 Double VANOSDouble VANOS 可变气门可变气门正时系统正时系统 N20 发动机应用了最新一代的 Double VANOS 进 排气门双可变气门正时系统 相比应 用于 N55 发动机上的 VANOS 系统 新一代 VANOS 系统对正时的调节更快 而与 N55 发动机 相同的是其进 排气门的最大调整范围 进气门 35 排气门 27 5 同时通过对电磁 阀的油路以及相应结构的改进 新一代 VANOS 降低了对机油中污染物的敏感度 在拆解的很多零部件上都可以看到二维码的标识 这些标识在发动机装配时通过扫码 就可以确定这批零部件是否是这台发动机所需 提高了装配效率 同时也能对零部件的生 产日期 流向等进行详细查询 第三代第三代 ValvetronicValvetronic 电子电子气门气门升程系统升程系统 N20 发动机采用了与 N55 发动机相同的第三代 Valvetronic 电子气门升程系统 它的 特点是带动偏心轴旋转的伺服电机的尺寸更小 同时用来检测偏心轴旋转角度的传感器也 集成在了伺服电机内 除此之外 它的工作原理没有任何变化 依然是可以对进气门侧的 气门升程进行从 0 3 毫米到 9 9 毫米之间的无级调节 下面这段视频非常形象 直观地介绍了 Valvetronic 电子气门升程系统的工作原理 请点击播放 更多精彩视频 尽在汽车之家视频频道 此外 N20 发动机排气门侧的气门还应用了气门充钠技术 这种技术将气门杆设计为 中空结构 然后将金属钠充入其中 在发动机正常的工作温度下 处于液态的金属钠会随 着气门的开闭而上下运动 由于钠的比热容较大 所以它能够很好地吸收来自气门头部的 热量并进行传导 这就降低了气门在恶劣工作环境下的温度 双涡管双涡管涡轮增压涡轮增压器器 N20 发动机使用了一台与 N55 发动机相同的双涡管涡轮增压器 所谓的双涡管是指有 两条互不干涉的管路都通向废气涡轮侧 对于四缸发动机来说 根据 1 3 4 2 的气缸做功 顺序 将 1 4 缸组成一条管路 2 3 缸组成另一条管路 这种双涡管的结构设计可以减 小排气干涉 让排气压力更为平稳持续 同时双涡管的结构减小了每个涡管的截面积 从 而提高了排气气流的速度 最终起到减小涡轮迟滞和提升增压的效果 N20 发动机的排气歧管和涡轮增压器焊接集成在了一起 涡轮和叶轮的直径通过对比 1 角 硬币来进行直观地了解 该涡轮增压器通过机油和冷却液共同进行散热 其中冷 却液的水道由单独的电动水泵来控制 当车辆熄火后 在电动水泵的驱动下 冷却液依然 可以对涡轮增压器进行散热 真空泵真空泵 由于加入了涡轮增压系统 所以进气管路在增压模式下难以提供符合标准的真空度 因此 N20 发动机也设计了与 N55 发动机相同的真空泵来获取真空 真空泵安装在进气凸轮 轴的一端 随着凸轮轴的旋转来产生真空 产生的真空将提供给制动助力器以及控制涡轮 增压器中废气旁通阀的电子伺服装置 平衡轴平衡轴 由于四缸发动机的做功间隔角相比六缸发动机更大 所以 N20 发动机在运转平顺性方 面可以说具有先天的劣势 为了尽可能减小和平衡发动机的振动 N20 发动机应用了平衡 轴技术 在发动机曲轴的下方 是一个叠加布置 上下布置 的平衡轴机构 它由曲轴通 过链条进行驱动 其转速是曲轴的 2 倍 此外它的另一端连接机油泵 并驱动其运转 N20 发动机的这套平衡轴机构的设计较为特殊 一是采用了叠加的布置形式 与传统 分布于曲轴两侧相比 二是两个平衡轴的转速相同 方向相反 且是曲轴转速的 2 倍 这说明该平衡轴主要用来减小发动机的二阶振动 而对于占整个振动 70 以上的一阶振动 或许已经通过位于曲轴上的平衡块很好地加以了解决 可变排量可变排量机油机油泵泵 发动机中的机油不仅要提供润滑 冷却等功能 同时还要用来传递作用力 比如 Double VANOS 系统 因此 机油泵既要确保充足的供油量 还要保证足够的机油压力 否则系统的相关部件将难以正常工作 除此之外 在满足供给需求的条件下 工程师还希 望机油泵的功率尽可能小 这样就可以降低发动机的负荷 N20 发动机采用了与 N55 发动机相同的可变排量机油泵 该机油泵是由发动机电脑根 据发动机的运转情况来调整机油泵的功率 从而供给最适合的机油量 这样就可以在不影 响机油供给的前提下 尽可能减小发动机的负荷 通过上图可以看到 滑阀在调节油室内机油的推动下向右侧移动 这样机油泵的功率 就会减小 传统的机械式调整的机油泵的调节油室内的压力与发动机主油道的压力是保持 一致的 而 N20 发动机在发动机主油道与调节油室间设计了一个电磁阀 该电磁阀可以调 整由主油道进入调节油室的机油量 从而对机油泵的功率进行动态地调整 喷油器喷油器 N20 发动机应用了缸内直喷技术 其中高压油泵由排气凸轮轴驱动 喷油器则由博世 提供 其最高可承受 200 巴的喷射压力 相当于 200 个大气压 虽然喷油器不大 但它 却是一个十分具有科技含量的部件 它不但要在极短的时间内几乎毫无延迟地进行喷油 同时还要保证每个气缸喷油量的一致性 此外喷油嘴还要具有很好的雾化效果 只有这样 才能尽可能节省每一滴燃料 提升燃油经济性 发动机发动机电脑电脑 N20 发动机的电脑由 BOSCH 公司提供 它与 N55 发动机相同 都被安放在发动机进气 歧管的上方 依靠流入发动机的空气对其进行冷却 关于关于 N20N20 发动机发动机的动画视频的动画视频 上面讲了一大堆关于 N20 发动机在技术方面的亮点 或许有些朋友还不能全部理解 没关系 下面这段充满乐趣的动画用另一种形式诠释了 N20 发动机 看后相信你会对它产 生深刻的印象