- 相關推薦
拆解寶馬N20發(fā)動機
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——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N52）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壓系統(tǒng)以及一系列全新的技術裝備，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。
● N20發(fā)動機型號的劃分
『寶馬3系』 『寶馬X1』
『
寶馬1系』 『寶馬5系』 目前，N20發(fā)動機已經(jīng)搭載于X1、新3系、5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，裝配到具體車型上又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）。此外，如果你想了解更多關于寶馬發(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N20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)N20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，而目前N20發(fā)動機的國產(chǎn)化率為40%（即40%的零部件由國內(nèi)生產(chǎn)）。
高功版和低功版發(fā)動機在硬件上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
箱
通過上圖可以看到，N20發(fā)動機的曲軸箱由兩部分組成，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N54雙渦輪增壓發(fā)動機到現(xiàn)在的單渦輪增壓發(fā)動機N55和N20，它們都一改N52發(fā)動機的鎂鋁合金缸體，轉(zhuǎn)而采用了傳統(tǒng)的鋁合金材質(zhì)。其中最新的N20發(fā)動機在氣缸壁處首次采用了電弧絲噴涂工藝，該工藝通過高電壓下產(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又可以減小活塞運行時
的摩擦。由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)動機的電弧絲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承托四驅(qū)系統(tǒng)中的前橋差速器。后驅(qū)車型所搭載的N20發(fā)動機的油底殼由于無需承托其它結構，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)動機采用鋼制的鍛造曲軸，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
活塞銷用來連接活塞與連桿，從表面看，活塞銷恰好處在活塞的中心位置。在壓縮行程時，活塞在連桿的推動下上移，此時活塞的右側緊貼氣缸壁且受到的壓力最大，我們也將活塞的這一側稱為次推面。在做功行程時，活塞下移，此時活塞左側緊貼氣缸壁且受到的壓力最大。由于做功行程時氣缸內(nèi)的壓力相比壓縮行程更大，所以我們也將活塞的左側稱為主推面。
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，由于活塞與氣缸壁之間存在間隙，所以活塞會從右側向左側移動，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偏離最大2毫米左右，當活塞換向時，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幾乎看不出來。
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N20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N20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N20發(fā)動機采用了活塞銷負偏置和曲軸正偏置相結合的方式，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。總的來說，N20發(fā)動機通過活塞銷負偏置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。
● 活塞
N20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壓值來獲取更高的動力輸出，為了減小爆震情況的發(fā)生，它的壓縮比為10:1；而低功率版剛好相反，因此可以相應地提高壓縮比，低功版發(fā)動機的壓縮比為11:1。
● 凸輪軸
N20發(fā)動機
的凸輪軸為空心結構，在提升強度的同時也降低了重量。凸輪軸上的凸輪等相關部件通過熱壓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N55發(fā)動機上的VANOS系統(tǒng)，新一代VANOS系統(tǒng)對正時的調(diào)節(jié)更快，而與N55發(fā)動機相
同的是其進、排氣門的最大調(diào)整范圍（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構的改進，新一代VANOS
降低了對機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，提高了裝配效率，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、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)動機排氣門側的氣門還應用了氣門充鈉技術，這種技術將氣門桿設計為中空結構，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。由于鈉的比熱容較大，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。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、4缸組成一條管路，2、3缸組成另一條管路。這種雙渦管的結構設計可以減小排氣干
涉，讓排氣壓力更為平穩(wěn)持續(xù)，同時雙渦管的結構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，其中冷卻液的水道由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
由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，
因
此N20發(fā)動機也設計了與N55發(fā)動機相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壓器中廢氣旁通閥的電子伺服裝置。
● 平衡軸
由于四缸發(fā)動機的做功間隔角相比六缸發(fā)動機更大，所以N20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)動機的振動，N20發(fā)動機應用了平衡軸技術。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，它由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的設計較為特殊，一是采用了疊加的布置形式（與傳統(tǒng)分布于曲軸兩側相比），二是兩個平衡軸的轉(zhuǎn)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)動機的二階振動，而對于占整個振動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。
● 可變排量機油泵
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，該機油泵是由發(fā)動機電腦根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)情況來調(diào)整機油泵的功率，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N20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)整由主油道進入調(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，其中高壓油泵由排氣凸輪軸驅(qū)動，噴油器則由博世提供，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)幾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)動機的電腦由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。
● 關于N20發(fā)動機的動畫視頻
上面講了一大堆關于N20發(fā)動機在技術方面的亮點，或許有些朋友還不能全部理解，沒關系，下面這段充滿樂趣的動畫用另一種形式詮釋了N20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，盡在汽車之家視頻頻道
全文總結：
N20發(fā)動機與N55發(fā)動機都裝備了渦輪增壓器、缸內(nèi)直噴系統(tǒng)以及Valvetronic電子氣門裝置，所以在很多部件以及結構的設計上，N20與N55可謂如出一轍，但是，作為一部欲取代經(jīng)典N52發(fā)動機的作品，寶馬還是創(chuàng)新性地首次在N20上應用了諸如曲軸偏置、新一代的Double-VANOS、電弧絲噴涂工藝以及平衡軸等技術�？梢哉f全新的N20發(fā)動機集寶馬在發(fā)動機領域的積累與沉淀，同時融入了創(chuàng)新與進取，而它所能取得的輝煌或許也只有通過時間才能得以正名。（文/汽車之家 馮景毅）
【拆解寶馬N20發(fā)動機】相關文章：
汽車發(fā)動機拆解實訓報告01-14
寶馬745Li發(fā)動機故障燈亮04-30
汗血寶馬作文09-25
我的寶馬作文10-10
寶馬VANOS一例疑難故障-揭秘N52發(fā)動機故障之隱患04-28
論大眾審美文化的拆解因素04-27
戴爾:賣報紙賣出寶馬04-28
寶馬汽車廣告語06-08