图解宝马N55直列六缸发动机!

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发动机壳体

发动机壳体由发动机缸体(曲轴箱和底板)、气缸盖、气缸盖罩、油底壳和密封件组成。

发动机缸体由压铸铝合金制成,缸体由曲轴箱及底板构成。

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带凸台冷却的曲轴箱

1—冷却通道;2—气缸套;3—凹槽;4—排气侧机油回流通道;5—进气侧机油回流通道

曲轴箱带有注入式铸铁气缸套2;两个气缸之间的凸台增加了一个凹槽3;冷却液可以通过这些凹槽从曲轴箱一侧流向另一侧,从而冷却这些凸台。与N54发动机相比,在排气侧的五个机油回流通道4用于机油从气缸盖回流到油底壳内。这些机油回流通道继续引入底板内至导流板下。因为即使横向加速度较大时回流的发动机油也无法到达曲轴传动机构处,所以这些通道有助于减少渗入损失。进气侧也有五个机油回流通道5用于泄漏气体无阻碍地从曲轴箱流至气缸盖内和气缸盖内的曲轴箱通风装置。发动机缸体内的冷却通道1分为两个部分,冷却液直接流过该通道。

此外还集成有用于机油泵供油的通道,因为机油泵通过细滤机油润滑,而不是像N54发动机那样通过粗滤机油润滑。同时集成了机油压力调节阀用于特性曲线控制的机油泵。机油流通通道见下图。

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底板结构

1—机油泵;2—进气侧机油回流通道;3—底板;4—导流板;5—带有机油滤网的抽吸管;6—排气侧机油回流通道

曲轴箱带有较大的纵向通风孔(下图)。这些纵向通风孔可使活塞上下运动过程中产生的往复式空气柱保持压力平衡。此外还需要针对机油供给和冷却液冷却调整单废气涡轮增压器上的接口。

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N55发动机的气缸盖是新开发的产品。因此首次在BMW六缸发动机上使用直接喷射装置及废气涡轮增压系统和Valvetronic。气缸盖结构很紧凑,装备了第三代Valvetronic。废气涡轮增压器、Valvetronic和直接喷射装置的组合称为涡轮增压Valvetronic直接喷射(TVDI)。通过这种方法可以使CO2排放量或耗油量降低3%~6%。

因为VANOS单向阀集成在电磁阀内,所以可以取消单向阀接口。其中一个特征是气缸盖带有围绕喷射器的间接冷却通道。

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气缸盖罩

该气缸盖罩是一个全新开发的产品。用于真空系统的真空罐集成在气缸盖罩内;用于曲轴箱通风的所有部件以及泄漏通道也集成在内部。内置单向风门可确保泄漏气体可靠地输送给进气门。

N55发动机装备了通过真空控制的曲轴箱通风装置,可调节的真空度约为38mbar。

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带曲轴箱通风装置的气缸盖罩

1—泄漏气体至洁净空气管的接口;2—真空管路至真空泵的接口;3—预留真空接口;4—真空接口,连接至废气旁通阀的电子气动压力转换器EPDW;

5—用于泄漏气体导入进气装置的通道及内置单向风门;6—带集气室的泄漏气体通道、挡板、调压阀和单向风门;7—调压阀

泄漏气体通过第6气缸附近的开口进入气缸盖罩内的集气室中。泄漏气体从集气室通过孔引向挡板,高速流动的机油撞到挡板上并向下流。经过机油清洁后的泄漏气体再通过调压阀和相应进气区域内的单向风门(根据运行模式)进入废气涡轮增压器前或通过气缸盖进入进气门前。分离出来的机油通过一个回流通道引入油底壳内油位下。

油底壳由压铸铝合金制成。导流板和至机油泵的抽吸管是一个部件。底板上的连接可确保机油回流通道通过导流板继续延伸。因此机油回流通道在油底壳内结束。

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曲柄连杆机构

曲轴采用重量优化结构。因此N55发动机的曲轴质量为20.3kg,比N54发动机的曲轴轻约3kg。该曲轴也称为轻型机构曲轴。曲轴由铸铁(GGG70)制成。由于平衡重布置为非对称式,因此也可以取消增量轮。正时链通过一个M18中心螺栓连接。

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曲轴

A—平衡重;1—主轴颈7;2—从连杆轴承至主轴承的机油孔;3—从主轴承至连杆轴承的机油孔;4—气缸4连杆轴颈

与N54发动机类似,曲轴主轴承为双材料轴承,无铅设计。在第四个轴承位置处实现轴向支撑。

N55发动机连杆的中心距为144.35mm,其特点是小连杆头内带有成型孔。这个成型孔可以使活塞通过活塞销作用的力最佳分布在轴套表面上并降低边缘处的负荷。大连杆头处使用无铅连杆轴瓦。叉形侧使用材料G-488,端盖侧使用材料G-444。N55和N54发动机连杆上采用相同的连杆螺栓,规格都为M9×47。

在此使用KS公司的封闭式活塞。活塞直径为82.5mm。第一个活塞环为矩形环,运行表面带有铬-陶瓷涂层。第二个活塞环是鼻形锥面环。刮油环为带弹簧的钢带环,也称为VF系统。

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带活塞销和活塞环的活塞

1—矩形环;2—鼻形锥面环;3—VF系统环;4—第一活塞环钢制环岸;5—第一活塞环槽;6—第二活塞环槽;7—刮油环槽;8—润滑油排出孔;9—石墨涂层

下图所示为燃烧室周围各部件的布置。从中可以看出,在此未使用BMW的喷束导向式直接喷射装置(HPI),而是使用了Bosch的多孔喷嘴式电磁阀喷射器。喷射器与涡轮增压系统和ValvetronicⅢ组合使用。为表示清楚,插图中未画出各气门及气门座。

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燃油室分布

1—排气门气门座;2—排气门;3—火花塞;4—喷射器;5—进气门;6—进气门气门座

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配气系统

该凸轮轴传动装置与N54发动机的凸轮轴传动装置相同。下图所示为N55发动机气缸盖及ValvetronicⅢ和直接喷射装置组合的结构。

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气门机构部件

1—进气凸轮轴VANOS调节单元;2—排气凸轮轴VANOS调节单元;3—喷射器安装孔;4—火花塞安装孔;5—凸轮轴壳体;6—Valvetronic伺服电动机;7—进气凸轮轴;8—扭转弹簧;9—月牙板;10—偏心轴;11—中间推杆;12—滚子式气门摇臂;13—气门头;14—机油喷嘴;15—泄漏气体引入孔

N54发动机中同时使用铸造凸轮轴或轻型结构凸轮轴。因此在N54发动机中可能使用轻型结构凸轮轴和铸造凸轮轴或者混在一起安装。

N55发动机中仅使用轻型结构凸轮轴。N55发动机的轻型结构凸轮轴采用内部高压成型工艺制造。排气凸轮轴带有支撑环,凸轮轴封闭安装在凸轮轴壳体内。凸轮轴壳体可减少运行时产生的机油泡沫。

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采用内部高压成型工艺制造的凸轮轴

1—环形凸轮;2—轴管

进气门的气门杆直径为5mm;排气门的气门杆直径为6mm。采用较大直径的原因是,排气门为空心钻孔结构且带有钠填充物。此外排气门的气门座还进行了铠装处理。

进气侧和排气侧的气门弹簧不同。第三代Valvetronic伺服电动机还包括偏心轴位置识别传感器。其中一个特点是,发动机油流过Valvetronic伺服电动机并循环流动。机油喷嘴用于润滑偏心轴蜗杆传动机构。

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气门行程调节装置结构

1—机油喷嘴;2—偏心轴;3—扭转弹簧;4—月牙板;5—进气凸轮轴;6—中间推杆;7—滚子式气门摇臂;8—液压气门间隙补偿装置;9—气门弹簧;10—进气门;11—Valvetronic伺服电机;12—排气门;13—气门弹簧;14—液压气门间隙补偿装置;15—滚子式气门摇臂;16—排气凸轮轴;17—密封套管;18—插孔

内容来源图书!

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