發動機機械機構
• 氣缸套帶有塗層的鋁合金曲軸箱
• 經過最佳化的冷卻水套
• 採用 TVDI 技術
• TwinScroll 廢氣渦輪增壓器
• 帶有新型中間推杆的第三代 Valvetronic
• 帶有中央閥的新一代 VANOS
• 複合式凸輪軸
• 兩件式曲軸箱通風裝置
• 鍛造麴軸
• 偏置式曲軸傳動機構
• 負偏置活塞
• 帶有鏈條張緊器的平衡軸鏈條傳動機構
• 疊加布置式平衡軸
機油供給系統
• 特性曲線調節式機油泵
• 新型往復式滑閥機油泵
• 粗濾機油冷卻系統
• 新型組合式機油壓力和機油溫度感測器
冷卻系統
• 電動冷卻液泵
• 現有熱量管理系統
進氣和排氣系統
• TwinScroll 廢氣渦輪增壓器
• 應用於所有發動機型號的熱膜式空氣質量流量計 7
• 用於曲軸箱通風的三個介面
• 用於燃油箱通風的介面數量不同根據型號
真空系統
• 兩級真空泵
• 用於廢氣旁通閥的真空蓄能器與發動機蓋板牢固連線
燃油混合氣製備裝置
• 高壓噴射裝置與 N55 發動機相同
• 電磁閥噴射器
• Bosch 高壓泵
• 連線噴射器的高壓管路釺焊在共軌上
• 沒有燃油低壓感測器
燃油供給系統
• 三種不同型號的燃油箱通風裝置
發動機電氣系統
• 發動機控制單元 Bosch MEVD17。2。4
N20 發動機名稱詳解
N BMW 集團開發
2 4 缸直列發動機
0 帶有廢氣渦輪增壓器、Valvetronic 和直接噴射裝置TVDI的發動機
B 縱向安裝汽油發動機
20 2。0 升排量
O 較高功率等級
0 新開發
發動機機械機構
發動機缸體採用壓鑄鋁合金 AlSi9Cu3 製成由曲軸箱和底板組成。相同材料已在帶有鋁合金曲軸箱的
四缸發動機上使用。由 BMW 首次使用的塗層工藝電弧絲噴塗 LDS 可最佳化氣缸工作表面特性。
冷卻水套同樣經過了最佳化環岸孔可改善環岸區域的冷卻效果並根據渦輪增壓發動機要求進行了調整。
機油通道
下圖所示為發動機缸體內的機油通道。
1 機油迴流通道
2 洩漏通道
3 細濾機油通道
4 粗濾機油通道
冷卻液通道
下圖所示為發動機殼體內的冷卻液通道。
氣缸蓋
N20 發動機氣缸蓋源於 N55 發動機氣缸蓋。N20 發動機也與 N55 發動機一樣採用了第三代
Valvetronic。
氣缸蓋內的機油通道與 N46 發動機氣缸蓋內的機油通道存在明顯區別。因此 N46 發動機帶有獨立電磁
閥的傳統 VANOS 在 N20 發動機上由帶有整合式電磁閥的中央 VANOS 所取代。因此減少了氣缸蓋內的
機油通道。
與 N55 發動機一樣現在四缸發動機上也採用了 TVDI 技術。
1 進氣 VANOS 電磁執行機構
2 排氣 VANOS 電磁執行機構
3 高壓泵滾柱推杆
4 Valvetronic 伺服電機
5 彈簧
6 月牙板
7 中間推杆
8 偏心軸
氣缸蓋罩
氣缸蓋罩是一個全新開發的產品。用於曲軸箱通風的所有部件以及洩漏通道均採用整合方式。透過調壓
閥避免在曲軸箱內產生過大真空壓力。由於發動機為渦輪增壓發動機因此曲軸箱通風分為兩部分。因
此根據發動機處於增壓執行模式還是正常執行模式透過不同通道進行通風。
在正常執行模式下透過調壓閥進行通風調壓閥可調節出大約 38 mbar 真空壓力。
A 剖面圖 A
B 剖面圖 B
C 剖面圖 C
1 連線廢氣渦輪增壓器前的潔淨空氣管
2 單向閥
3 調壓閥
4 簧片分離器
5 機油分離器
6 集氣室
7 單向閥
8 單向閥
9 連線氣缸蓋內進氣通道的洩漏通道
洩漏氣體透過氣缸 1 進氣側區域的開口到達三個簧片分離器處。附著在洩漏氣體上的機油透過簧片分離器分離並沿器壁向下透過單向閥流回氣缸蓋內。分離出機油後的淨化洩漏氣體此時根據執行狀態進入進氣系統內。
功能
只有在進氣集氣管內透過真空壓力使單向閥處於開啟狀態時即處於自吸式發動機執行模式時才能使用標準功能。
在自吸式發動機執行模式下進氣集氣管內的真空壓力使氣缸蓋罩洩漏通道內的單向閥開啟並透過調壓閥抽吸洩漏氣體。同時真空壓力使增壓空氣進氣管路通道內的第二個單向閥關閉。
洩漏氣體透過整合在氣缸蓋罩內的分配管直接進入氣缸蓋內的進氣通道中。
與廢氣渦輪增壓器前的潔淨空氣管以及曲軸箱相連的清潔空氣管路透過單向閥直接將新鮮空氣輸送至曲軸空間內。曲軸空間內的真空壓力越大進入曲軸箱內的空氣量就越大。透過這種清汙方式可防止調壓閥結冰。
1 鏈條傳動機構
2 平衡軸
3 進氣側機油迴流通道
4 機油泵
5 排氣側機油迴流通道
1 鏈條傳動機構
2 平衡軸箱
3 油底殼
4 機油泵
1 排氣 VANOS
2 進氣 VANOS
3 鏈條張緊器
4 初級鏈條
5 張緊導軌
6 鏈輪透過曲軸驅動
7 次級鏈條齒形鏈
8 鏈條張緊器
9 平衡軸和機油泵傳動鏈輪
平衡軸由曲軸透過一個齒形鏈進行驅動。齒形鏈要求曲軸和平衡軸使用特殊齒輪。齒形鏈可以最佳化驅動鏈在鏈輪上的滾動過程從而減少噪音形成。
1 曲軸鏈輪
2 上部平衡軸
3 下部平衡軸
4 上部平衡軸齒輪
5 機油泵齒輪
6 機油泵
7 平衡軸和機油泵傳動齒形鏈
8 平衡軸鏈輪
確定平衡軸相對於曲軸的位置時用一個 4。5 mm 厚的定位心軸固定下部平衡軸。為此必須取出插在定位孔內的密封塞。密封塞可防止在執行過程中機油流入平衡軸室內。室內的過多機油隨平衡軸旋轉而被帶出並透過排出口輸送回油底殼內。
氣門機構
1 進氣凸輪軸
2 滾子式氣門壓桿
3 中間推杆
4 月牙板
5 扭轉彈簧
6 偏心軸
7 Valvetronic 伺服電機
8 排氣凸輪軸
1 扭轉彈簧
2 中間推杆
3 偏心軸
4 進氣 VANOS 調節單元
5 進氣凸輪軸
6 進氣 HVA 元件
7 進氣滾子式氣門壓桿
8 進氣門氣門彈簧
進氣側滾子式氣門壓桿由鋼板製成且分為五個等級即等級“ 1” 至等級“ 5” 。中間推杆現在也由鋼板製成且分為六個等級即等級“ 00” 至等級“ 05” 。
凸輪軸
N20 發動機採用已在 M73 發動機和 N43 發動機上應用的複合式凸輪軸。所有部件都熱壓到軸管上。
排氣凸輪軸開啟範圍 ［°CA］ 125 - 80 115 - 60 115 - 60
進氣凸輪軸持續開啟角度 ［°CA］ 255 258 258
排氣凸輪軸持續開啟角度 ［°CA］ 271 261 252
進氣門和排氣門
進氣門和排氣門均採用與 N55 發動機結構相同的部件。進氣門的氣門桿直徑為 5 mm。排氣門的氣門桿直徑為 6 mm因為排氣門採用空心鑽孔結構且帶有鈉填充物。此外排氣門氣門座進行了鎧裝處理較硬材料進氣門氣門座進行了感應硬化處理。
氣門彈簧
進氣門和排氣門的氣門彈簧不同。進氣門氣門彈簧已在 N52、N52TU 和 N55 發動機上使用。排氣門氣門彈簧已在 N43、N51、N52、N52TU、N53、N54 和 N55 發動機上使用。
2。5。2。 電子氣門調節系統（Valvetronic）
Valvetronic 由全可變氣門行程控制裝置和可變凸輪軸控制裝置雙 VANOS構成因此可以任意選擇進氣門關閉時刻。
氣門行程控制僅在進氣側進行而凸輪軸控制在進氣側和排氣側進行。
只有滿足以下條件時才能進行免節氣負荷控制
• 進氣門的氣門行程
• 以及進氣和排氣凸輪軸的凸輪軸控制能夠進行可變調節。
因此
可以任意選擇進氣門的開啟和關閉時刻以及持續開啟時間和氣門行程。
VANOS
VANOS 系統進行了改進。經過改進後 VANOS 調節單元的調節速度提高。透過改進還進一步降低了對汙物的敏感度。透過 N55 發動機 VANOS 與 N20 發動機 VANOS 的以下對比可以看出所需機油通道減少。
1 主機油通道
2 進氣側 VANOS 電磁閥
3 排氣側 VANOS 電磁閥
4 鏈條張緊器
5 排氣側 VANOS 調節單元
6 進氣側 VANOS 調節單元
1 連線進氣側 VANOS 調節單元的機油通道
2 進氣側 VANOS 調節單元
3 進氣凸輪軸感測器輪
4 進氣側 VANOS 電磁執行機構
5 主機油通道
6 用於進氣凸輪軸和 HVA 元件的機油通道
7 排氣凸輪軸感測器輪
8 排氣側 VANOS 電磁執行機構
9 排氣側 VANOS 調節單元
10 連線進氣側 VANOS 調節單元的機油通道
11 用於排氣凸輪軸和 HVA 元件的機油通道
12 鏈條張緊器
1 轉向助力泵皮帶輪
2 轉向助力泵皮帶
3 曲軸皮帶輪
4 皮帶張緊器
5 發電機皮帶輪
6 空調壓縮機皮帶輪
7 皮帶
1 機油濾清器
2 氣缸蓋內的潤滑部位細節參見下文
3 用於活塞頂冷卻的機油噴嘴
4 主機油通道
5 連桿軸承潤滑部位
6 曲軸主軸承潤滑部位
7 機油泵
8 緊急閥
9 特性曲線調節閥
10 粗濾機油通道
1 氣缸蓋內的潤滑部位細節參見下文
2 排氣凸輪軸 VANOS 調節單元
3 進氣凸輪軸 VANOS 調節單元
4 粗濾機油通道
5 發動機油 / 冷卻液熱交換器
6 平衡軸和機油泵傳動鏈條張緊器
7 機油抽吸管
8 平衡軸軸承潤滑部位
9 曲軸主軸承潤滑部位
10 連桿軸承潤滑部位
11 用於活塞頂冷卻的機油噴嘴
12 正時鏈鏈條張緊器
1 進氣凸輪軸軸承潤滑部位
2 用於中間推杆和進氣凸輪的月牙板內的機油噴嘴
3 Valvetronic 伺服電機花鍵機油噴嘴
4 進氣門 HVA 元件
5 進氣凸輪軸 VANOS 調節單元
6 排氣凸輪軸 VANOS 調節單元
7 正時鏈鏈條張緊器
8 用於排氣凸輪機油噴嘴的機油管
9 排氣門 HVA 元件
10 排氣凸輪軸軸承潤滑部位
1 氣缸蓋內的排氣通道
2 曲軸箱內的排氣通道
3 底板內的排氣通道
4 底板內的機油迴流通道
5 曲軸箱內的機油迴流通道
6 氣缸蓋內的機油迴流通道
冷卻系統
所用冷卻系統也與 N55 發動機非常相似。系統包括冷卻液冷卻和發動機油冷卻。N20 發動機使用發動機油 / 冷卻液熱交換器進行發動機油冷卻。透過數字式發動機電子系統內的熱量管理協調器進行冷卻系統調節例如電動冷卻液泵特性曲線式節溫器和電子扇。
1 冷卻液散熱器
2 電子扇
3 特性曲線式節溫器
4 特性曲線式節溫器加熱裝置
5 電動油位感測器
6 補液罐
7 廢氣渦輪增壓器
8 暖風熱交換器
9 發動機油 / 冷卻液熱交換器
10 冷卻液溫度感測器
11 電動冷卻液泵
冷卻模組自身只有一個型號。只有在熱帶國家規格且帶有選裝配置 SA 840 高速調校的車輛上才附加安裝一個獨立式冷卻液散熱器在右側車輪罩內。電子扇的額定功率為 600 W。
下圖展示了相關部件的安裝位置和佈置方式。
1 發動機油 / 冷卻液熱交換器
2 發動機迴流管路短路迴圈
3 特性曲線式節溫器
4 冷卻液散熱器
5 通風管路
6 補液罐
7 發動機供給管路
8 電動冷卻液泵
9 暖風熱交換器
10 暖風熱交換器供給管路
11 暖風熱交換器迴流管路
N20 發動機數字式發動機電子系統內的熱量管理系統功能與 N55 發動機所用相同。包括對電動冷卻部件
電子扇、特性曲線式節溫器和冷卻液泵進行獨立調節。
N20 發動機所用電動冷卻液泵與眾多 BMW 發動機均相同。其額定電功率為 400 W。
進氣系統
1 進氣裝置
2 進氣管壓力感測器
3 節氣門
4 增壓空氣溫度和增壓空氣壓力感測器
5 熱膜式空氣質量流量計
6 進氣消音器
7 未過濾空氣進氣
8 增壓空氣冷卻器
9 增壓執行模式下的曲軸箱通風介面
10 曲軸箱通風清潔空氣管路介面
11 迴圈空氣減壓閥
12 廢氣渦輪增壓器
A 氣缸 2 和 3 的廢氣通道
B 氣缸 1 和 4 的廢氣通道
C 排氣至催化轉換器
D 進氣消音器輸入端
E 環形通道
F 排氣至增壓空氣冷卻器
1 廢氣旁通閥真空罐
2 機油供給管路
3 廢氣旁通閥
4 渦輪
5 冷卻通道
6 機油通道
7 冷卻液迴流管路
8 迴圈空氣減壓閥、
TwinScroll 廢氣渦輪增壓器功能
TwinScroll 表示帶有一個雙渦管渦輪殼體的廢氣渦輪增壓器。這樣可以分別將兩個氣缸的廢氣引導至渦輪處。N20 發動機與其它 4 缸發動機一樣採用將氣缸 1 和 4、氣缸 2 和 3 整合在一起的設計。這樣可以更高效地利用脈衝增壓效果。定壓增壓和脈衝增壓
透過廢氣渦輪增壓器實現發動機增壓有兩種工作原理即定壓增壓和脈衝增壓。定壓增壓是指渦輪前的壓力幾乎恆定不變。用於驅動廢氣渦輪增壓器的能量透過渦輪前後的壓力差獲得。
採用脈衝增壓方式時渦輪前的壓力變化迅速而顯著透過從燃燒室排出廢氣形成脈衝。壓力增大時就會產生作用在渦輪上的壓力波。此時利用廢氣動能使壓力波以脈衝方式驅動廢氣渦輪增壓器。
脈衝增壓可實現渦輪增壓器的快速響應特性特別是在轉速較低情況下因為此時脈動最強而在定壓增壓模式下渦輪前後的壓力差此時尚小。
實際上 PKW 發動機的廢氣渦輪增壓器始終利用兩種增壓方式。根據尺寸引數、廢氣通道導向和氣缸數量決定脈衝增壓模式使用比例。
與氣缸數量的關係
在單缸發動機上曲軸每旋轉兩圈完成一個排氣迴圈。因此從理論上來說每 720° 曲軸轉角中有 180°用於排氣。
N20 發動機的真空系統與 N55 發動機相似。除為制動助力器提供真空壓力外它主要用於啟用廢氣渦輪增壓器上的廢氣旁通閥。此外在 N20 發動機上還透過真空壓力來操作排氣風門。
1 制動助力器介面
2 真空泵
3 排氣風門介面
4 真空蓄能器
5 用於廢氣旁通閥的電子氣動壓力轉換器 EPDW
6 廢氣旁通閥真空罐
N20 發動機採用了 N55 發動機引入的高壓噴射裝置 HDE。它與高精度噴射系統 HPI 的不同之處在於使用了多孔噴嘴式電磁閥噴射器。
