可變氣門寶馬發(fā)動機研究畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　編號 </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p><b>　　二〇〇八年六月</b></p><p>　　完全可變氣門驅(qū)動機構(gòu)的寶馬發(fā)動機新技術(shù)分析</p><p><b>　　摘 要</b>&

2、lt;/p><p>　　汽油機可變氣門技術(shù)作為一種性價比相當(dāng)高的技術(shù)方案，得到了廣泛的應(yīng)用。特別是近幾年由于油價的攀升和日趨嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，加之技術(shù)的相對成熟和成本的降低，該技術(shù)在一些高檔車上也開始采用。</p><p>　　本論文針對采用現(xiàn)代轎車用汽油機最新技術(shù)-完全可變氣門驅(qū)動機構(gòu)VVA的寶馬新款系列發(fā)動機進(jìn)行結(jié)構(gòu)、原理方面的技術(shù)分析，從而給出寶馬新款系列發(fā)動機新技術(shù)特點的綜合分析報告。主

3、要研究內(nèi)容包括：以完全可變氣門技術(shù)為主要研究對象，對寶馬完全可變氣門技術(shù)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步的了解可變氣門技術(shù)；其次，對寶馬新款發(fā)動機上的其他新技術(shù)，如幾何截面控制的DISA可變進(jìn)氣系統(tǒng)，汽油缸內(nèi)直接噴射技術(shù)和混合氣形成與燃燒的雙模式控制策略，汽油機最新的排氣后處理技術(shù)-NOx存儲式催化轉(zhuǎn)換裝置的工作原理，汽油機EGR控制技術(shù)的工作原理，潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)采用的新技術(shù)等等，進(jìn)行研究分析。此外，寶馬新款系列發(fā)動機新技術(shù)還包

4、括機體組件新材料、新工藝的應(yīng)用。</p><p>　　本文通過對寶馬新款發(fā)動機的完全可變氣門技術(shù)和發(fā)動機上其他新技術(shù)的研究分析，對這些技術(shù)的結(jié)構(gòu)和工作原理充分的了解，進(jìn)而了解未來發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展趨勢，了解發(fā)動機技術(shù)的研究方向。</p><p>　　關(guān)鍵詞：發(fā)動機，可變氣門技術(shù)，新技術(shù)</p><p>　　The technical analysis of the n

5、ew BMW engine equipped with the fully variable valve actuation mechanism</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Recently gasoline engine adopting the variable valve timing mechanism as a

6、effective technology has been a wide range of applications. In particular, due to rising oil prices and increasingly stringent environmental regulations, coupled with relatively mature technologies and lower costs, the t

7、echnology in a number of high-end vehicles have begun to be adopted.</p><p>　　In this paper, aiming at modern cars with the latest technology in gasoline engine，Carrying on a technical analysis which is t

8、he structure and principle of the new series of BMW adopting the variable valve timing mechanism ,thus receive the comprehensive analysis of the report of the new BMW series engine's technical characteristics. The m

9、ain research contents includes: take completely variable air valve technique as a main research object, carry on analysis to the structure and the work pri</p><p>　　Based on the new BMW- engine adopting the

10、variable valve timing mechanism and other new technology research and analysis, the structure of these technologies and working principle of full understanding, then understand future the motor technical development tre

11、nd, understanding motor technical research direction.</p><p>　　Key Words：engine 、variable valve timing technology、new technology </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　

12、摘 要ⅰ</b></p><p>　　Abstractⅱ</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的提出和研究意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外可變氣門配氣機構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.2.1可變配氣機

13、構(gòu)分類2</p><p>　　1.2.2可變氣門技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.3 BMW發(fā)動機可變氣門技術(shù)的發(fā)展過程4</p><p>　　1.3本文的研究目的和工作內(nèi)容5</p><p>　　第二章 寶馬完全可變氣門技術(shù)分析7</p><p>　　2.1全可變氣門升程機構(gòu) Valvetron

14、ic II的工作原理7</p><p>　　2.2可變氣門正時控制機構(gòu)VANOS的工作原理9</p><p>　　2.3全可變氣門機構(gòu)電子控制系統(tǒng)10</p><p>　　2.4本章小結(jié)11</p><p>　　第三章 寶馬發(fā)動機其他新技術(shù)12</p><p>　　3.1進(jìn)氣系統(tǒng)12</p>

15、<p>　　3.2燃油系統(tǒng)18</p><p>　　3.3排氣系統(tǒng)22</p><p>　　3.4潤滑系統(tǒng)25</p><p>　　3.5冷卻系統(tǒng)28</p><p>　　3.6BMW發(fā)動機機械部分32</p><p>　　3.7本章小結(jié)34</p><p>　　第三章

16、總結(jié)與展望36</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1課題的提出和研究意義</p><p>　　能源與環(huán)境問題是目

17、前汽車工業(yè)所面臨的兩個問題?，F(xiàn)代高科技的發(fā)展已將汽車發(fā)動機的節(jié)能、減排、低排放作為“節(jié)能-高效-環(huán)?！币惑w化課題進(jìn)行綜合研究和技術(shù)開發(fā)。為了同時提高汽油機的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性,滿足越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)要求,世界各大公司竟相采用新技術(shù)裝備其生產(chǎn)的轎車。另一方面，隨著生活水平的提高和產(chǎn)品的升級以及技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車的動力性、舒適性的要求卻在不斷的提高。要求在滿足公益目標(biāo)的前提下，以低的成本獲得快捷的交通便利，享受到駕駛樂趣。因此，二十一

18、世紀(jì)符合市場需求的應(yīng)當(dāng)是節(jié)能、環(huán)保、高性能的汽車。</p><p>　　針對這種現(xiàn)狀，發(fā)動機可變氣門技術(shù)作為一種性價比相當(dāng)高的技術(shù)方案，近年來在對發(fā)動機的高效率化、降低油耗、提高性能和降低尾氣排放的要求越來越高的情況下，作為手段之一的可變配氣機構(gòu)正逐步商業(yè)化。眾所周知，傳統(tǒng)發(fā)動機配氣機構(gòu)的氣門運行參數(shù)（氣門開啟相位、氣門開啟持續(xù)角度和氣門升程）是固定不變的，參數(shù)的確定取決于設(shè)計的工況點。因此，傳統(tǒng)發(fā)動機,往往將氣

19、門正時設(shè)計成高速全負(fù)荷工況最為有利,以便求得最大的標(biāo)定功率。近年來由于更注重油耗和排放，就必須考慮小負(fù)荷的工況，因為小負(fù)荷的工況對排放的影響最大。這樣，這兩個工況范圍對氣門運行參數(shù)的要求甚至是矛盾的，因此需要綜合發(fā)動機的全部工況，采取一種折衷的處理方式來確定這些參數(shù)，長期以來，這些這衷可能被認(rèn)為是可靠的，可行的，但是，隨著“高效、低能耗、低排放”的要求不但提高，這種折衷明顯不是長久之計，進(jìn)而要求氣門運行參數(shù)隨發(fā)動機工況的改變而變化，從而

20、在全工況范圍內(nèi)優(yōu)化充量的更換。</p><p>　　為了滿足發(fā)動機全工況的要求，就需要設(shè)計可變的配氣相位?？勺儦忾T技術(shù)就改變了傳統(tǒng)發(fā)動機中配氣相位固定不變的狀態(tài)，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況范圍內(nèi)提供最佳的配氣正時，較好地解決了高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷和小負(fù)荷下動力性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾，同時在一定程度上改善了廢氣排放。更一步的說，可變氣門技術(shù)可以用來減小發(fā)動機泵氣損失、加快進(jìn)氣速度、改善混合氣質(zhì)量、提高進(jìn)氣效率、最終改善發(fā)動機的燃

21、燒過程，使動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性以及響應(yīng)性能得到綜合提高。對于汽油機而言，應(yīng)用可變氣門技術(shù)有以下幾個優(yōu)點：</p><p>　　提高發(fā)動機的動力性：低速時,提前關(guān)閉進(jìn)氣門減少進(jìn)氣回流;高速時,推遲關(guān)閉進(jìn)氣門,充分利用氣流的慣性過后充氣,提高充氣效率.</p><p>　　改善部分負(fù)荷的燃油經(jīng)濟(jì)性：眾所周知,部分負(fù)荷時汽油機燃油經(jīng)濟(jì)性低于柴油機的一個重要原因是節(jié)氣門帶來的泵吸損失.通過可變氣

22、門技術(shù),在部分負(fù)荷時利用進(jìn)氣門早關(guān),減少壓縮始點缸內(nèi)混合氣的量,即可實現(xiàn)無節(jié)氣門的負(fù)荷控制方式,減少泵吸損失,提高了燃油經(jīng)濟(jì)性.另外,也可以通過氣門的升程來控制負(fù)荷.在小負(fù)荷時,利用較小的氣門升程,控制進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣的量,同樣可以實現(xiàn)無節(jié)氣門的負(fù)荷控制方式.而且,由于氣門升程較小,流過氣門的氣流速度較快,改善了燃油與空氣的混合,進(jìn)而可以改善燃燒過程.</p><p>　　改善怠速的穩(wěn)定性和低速時的平穩(wěn)性：怠速時

23、,通過可變氣門定時,減小氣門重疊角,進(jìn)而減小充量更換過程中進(jìn)排氣的相互影響,提高怠速和低速的穩(wěn)定性,并可以降低怠速轉(zhuǎn)速.</p><p>　　降低排放：利用可變氣門技術(shù),控制缸內(nèi)EGR量,可以有效降低排放,特別是NOX的排放.</p><p>　　1.2國內(nèi)外可變氣門配氣機構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1 可變配氣機構(gòu)分類</p>&

24、lt;p>　　根據(jù)內(nèi)燃機理論上對配氣機構(gòu)的要求，目前成為主流的可變配氣機構(gòu)按功能上可分為兩大類：①可變氣門正時(Variable Valve Timing,VVT),即氣門開啟與關(guān)閉時刻可變。（見圖1.1）其原理是低速時,提前關(guān)閉進(jìn)氣門減少進(jìn)氣回流;高速時,推遲關(guān)閉進(jìn)氣門,充分利用氣流的慣性過后充氣,提高充氣效率.最早是1983年由阿爾法羅密歐公司開始批量生產(chǎn)，現(xiàn)在已逐漸成為主流。②可變氣門升程(Variable Valve Li

25、ft,VVL),即改變氣門開啟的最大升程。（見圖1.2）其原理是在小負(fù)荷時,利用較小的氣門升程,控制進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣的量,同樣可以實現(xiàn)無節(jié)氣門的負(fù)荷控制方式.而且,由于氣門升程較小,流過氣門的氣流速度較快,改善了燃油與空氣的混合,進(jìn)而可以改善燃燒過程。這種機構(gòu)1992年首次在本田的VTEC發(fā)動機上實現(xiàn)。另外，在這兩大類的基礎(chǔ)上，將①和②同時應(yīng)用于汽油機（見圖1.3）在一些高檔車上應(yīng)用逐漸多起來。</p><p>

26、　　圖1.1 配氣相位可變 圖1.2 氣門開啟角、氣門升程可變</p><p>　　圖1.3 配氣相位可變+氣門開啟角、氣門升程可變</p><p>　　1.2.2 可變氣門技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　與燃油控制技術(shù)相比，配氣機構(gòu)控制技術(shù)早期的研究進(jìn)展比較緩慢，主要成果是在1985年以后取得的。20世紀(jì)90

27、年代，國外對可變氣門技術(shù)的研究成為熱點，開發(fā)出了一系列基于凸輪軸的可變氣門機構(gòu)，并且應(yīng)用于車用發(fā)動機，其中可變凸輪軸相位機構(gòu)應(yīng)用最廣。2O世紀(jì)9O年代中后期，開始研究無凸輪氣門機構(gòu)。其中，F(xiàn)EV、Aura、BMW、Ford 等分別展開了電磁閥驅(qū)動式氣門機構(gòu)的研究；Ford、Lotus、Bosch 等分別展開了電液驅(qū)動式氣門機構(gòu)的研究。但是目前無凸輪的氣門機構(gòu)還處于研究階段，未見到其大量應(yīng)用于車用發(fā)動機的研究報道。 </p

28、><p>　　我國從20世紀(jì)90年代逐步開始進(jìn)行可變氣門技術(shù)的研究。在90年代中期開發(fā)出了一種用諧波傳動實現(xiàn)可變凸輪相位的機構(gòu)，可實現(xiàn)小級差的多級調(diào)相。2000年后，吉林大學(xué)、上海交通大學(xué)與長春汽車研究所等設(shè)計了一種液壓張緊器式可變配氣相位機構(gòu)，可將氣門正時在小范圍內(nèi)變化(進(jìn)氣門：提前15°CA，滯后13°CA)；清華大學(xué)開展了電磁閥驅(qū)動式氣門機構(gòu)的研究；浙江大學(xué)對電磁閥驅(qū)動式氣門機構(gòu)進(jìn)行了模型仿

29、真研究。但與國外相比，可變氣門技術(shù)只是局限于試驗室研究，還沒有形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)、可以廣泛應(yīng)用于車用發(fā)動機的可變氣門機構(gòu)。</p><p>　　1.2.3 BMW發(fā)動機可變氣門技術(shù)的發(fā)展過程</p><p>　　目前，大多數(shù)發(fā)動機還停留在可變氣門正時的階段。這項技術(shù)在10年前就已被采用，并不是什么新技術(shù)。這項技術(shù)在歐系車上稱為“VVT”。 寶馬在很早以前就發(fā)明了可連續(xù)改變進(jìn)氣和排氣正時的

30、雙VANOS系統(tǒng)?，F(xiàn)在就來談下BWM發(fā)動機可變氣門技術(shù)的發(fā)展過程。</p><p>　　第一代：第一代調(diào)節(jié)系統(tǒng)的凸輪軸只能保持在兩個相位(工況)上，稱為兩點式調(diào)節(jié)裝置（圖1.4）。第一代VANOS的機械結(jié)構(gòu),它是由調(diào)節(jié)柱塞、鏈輪輪毅和凸輪軸上的齒組成, 使凸輪軸相對于曲軸轉(zhuǎn)過一個角度的調(diào)節(jié),柱塞內(nèi)外表面上的齒都是斜齒, 而且傾斜方向相反。所以, 在調(diào)節(jié)柱塞行程相同的情況下, 凸輪軸的轉(zhuǎn)角可以更大一些。第一代VAN

31、OS系統(tǒng)最早用在寶馬公司排量為2.0L和2.5L的四氣門直列六缸汽油機上，對充量交換過程進(jìn)行了深入細(xì)致的試驗研究之后, 確定了這兩種排量的發(fā)動機都采用25º曲軸轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)范圍。為了保持最大功率, 進(jìn)氣凸輪的開啟持續(xù)時間選為228º曲軸轉(zhuǎn)角[11]。</p><p>　　第二代：第一代兩點式調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)只能將凸輪軸調(diào)節(jié)到兩個終極位置。如果要使凸輪軸穩(wěn)定地保持在中間位置上，也就是要實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，那

32、么就要從第一代系統(tǒng)的調(diào)節(jié)柱塞的兩端對調(diào)節(jié)柱塞施加機油壓力，并利用液壓比例閥改變調(diào)節(jié)柱塞兩端的機油壓力差，連續(xù)地控制調(diào)節(jié)柱塞的位置。這就成了第二代凸輪軸調(diào)節(jié)裝置（圖1.5）,能夠使發(fā)動機性能獲得更大的改善。 第二代VANOS系統(tǒng)早年用于寶馬公司3系列的2.0L、2.5L和2.8L排量的直列6缸汽油機。該機的進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸都采用了VANOS系統(tǒng),所以稱為雙VANOS系統(tǒng)。雙VANOS系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu), 由液壓調(diào)節(jié)單元和調(diào)節(jié)傳動部分

33、組成。調(diào)節(jié)范圍在進(jìn)氣側(cè)為40 º曲軸轉(zhuǎn)角, 在排氣側(cè)為20º曲軸轉(zhuǎn)角[11]。</p><p>　　第三代：2000 年后出現(xiàn)的第三代VANOS系統(tǒng)跟第二代的最大區(qū)別在于調(diào)節(jié)裝置從斜齒軸改成葉片式，是由德國Hydraulik-Ring公司按照擺轉(zhuǎn)式原理設(shè)計的系統(tǒng)，稱為VaneCAM(葉片型凸輪軸正時調(diào)節(jié)裝置)（圖1.6），調(diào)節(jié)范圍在進(jìn)氣側(cè)為70 º曲軸轉(zhuǎn)角，在排氣側(cè)為50º

34、曲軸轉(zhuǎn)角。第三代VANOS系統(tǒng)其實是作為完全可變氣門升程和正時的Valvetronic機械式控制系統(tǒng)的組成部分而出現(xiàn)的，Valvetronic系統(tǒng)保持凸輪的線型不變,通過改變凸輪軸與氣門之間從動件的運動規(guī)律,可連續(xù)調(diào)節(jié)氣門的最大升程。利用Valvetronic系統(tǒng), 可實現(xiàn)汽油機無節(jié)氣門的負(fù)荷調(diào)節(jié), 降低了小節(jié)氣門開度下的泵氣損失，大幅度地提高了汽油機的燃油經(jīng)濟(jì)性。包括Valvetronic機構(gòu)和雙VANOS機構(gòu)在內(nèi)的寶馬全可變氣門控制

35、系統(tǒng)最早應(yīng)用在3系列的N42發(fā)動機上，并在新一代N系列發(fā)動機上得到了廣泛的應(yīng)用[11]。</p><p>　　圖1.4 第一代Vanos的機械結(jié)構(gòu) 圖1.5 第二代Vanos的機械結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖1.6 采用葉片式調(diào)節(jié)機構(gòu)的第三代Vanos的機械結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.3本論文的研究目的和工作內(nèi)容&l

36、t;/p><p>　　本論文針對采用現(xiàn)代轎車用汽油機最新技術(shù)-完全可變氣門驅(qū)動機構(gòu)VVA的寶馬新款系列發(fā)動機進(jìn)行結(jié)構(gòu)、原理方面的技術(shù)分析，從而給出寶馬新款系列發(fā)動機新技術(shù)特點的綜合分析報告。主要研究內(nèi)容包括：</p><p>　　BWM發(fā)動機現(xiàn)代完全可變氣門技術(shù)，包括連續(xù)可變氣門升程的Vlalvetronic雙凸輪軸機構(gòu)和在一定角度范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)配氣相位的雙VANOS葉片型凸輪軸正時調(diào)節(jié)裝置

37、。</p><p>　　高、中、低三段發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍的可變進(jìn)氣歧管長度和幾何截面控制的DISA可變進(jìn)氣系統(tǒng)。 </p><p>　　缸內(nèi)高壓汽油直接噴射技術(shù)。寶馬第一代的缸內(nèi)高壓汽油直接噴射技術(shù)最早在 N73發(fā)動機上實現(xiàn)，但汽油是在缸內(nèi)進(jìn)氣過程中直接噴射的，因此實現(xiàn)的是均勻混合氣燃燒方式。由于燃油在進(jìn)氣過程中噴射霧化要吸收空氣的氣化潛熱，因此降低了缸內(nèi)空氣溫度，增加了缸內(nèi)進(jìn)氣密度，大幅度增

38、大了發(fā)動機輸出功率。寶馬最新的第二代缸內(nèi)高壓汽油直接噴射技術(shù)是指可在中小負(fù)荷工況下實現(xiàn)分層稀薄混合氣燃燒控制而大負(fù)荷工況仍使用均勻混合氣燃燒控制的燃油分層直接噴射技術(shù)，由于采用了壓電式噴油嘴，可以實現(xiàn)分段噴射。</p><p>　　汽油機最新的排氣后處理技術(shù)—氮氧化物存儲式催化轉(zhuǎn)化器，這是分層稀薄混合氣燃燒控制模式必須采用的排氣后處理裝置，對燃油中硫的成分敏感。正因為如此，寶馬發(fā)動機基本上采用均勻混合氣燃燒方式的

39、缸內(nèi)高壓汽油直接噴射技術(shù)，因為可以采用傳統(tǒng)技術(shù)成熟、對燃油中硫成分不敏感的三元催化轉(zhuǎn)換裝置。</p><p>　　可控制流量的潤滑系統(tǒng)。為了保證VANOS凸輪軸相位調(diào)節(jié)器的準(zhǔn)確運行，機油泵的機油輸送必須比它的原型發(fā)動機大一些。如果采用如同迄今為止常用的在大多數(shù)工況下并非必要的機油并且放任自流地運行而不加控制的話將會使機油泵的驅(qū)動功率提高，機油溫度升高而且機油中會產(chǎn)生許多泡沫。新開發(fā)的體積流量可變的搖擺滑閥式機油泵

40、可以根據(jù)發(fā)動機機油壓力改變滑閥的偏心度, 進(jìn)而改變輸送腔容積，最終改變實際的機油吸入量。此外寶馬高轉(zhuǎn)速的發(fā)動機要求VANOS調(diào)節(jié)裝置高的響應(yīng)速度，原來由潤滑系統(tǒng)機油泵提供壓力推動的系統(tǒng)在響應(yīng)速度方面就顯得捉襟見肘了。因此, 要求將液壓系統(tǒng)的油壓從原先的發(fā)動機機油壓力提高到115bar，要求配備高壓機油泵。</p><p>　　帶電動冷卻液泵的冷卻系統(tǒng)，使冷卻液輸送量與發(fā)動機轉(zhuǎn)速脫離了關(guān)系，實現(xiàn)冷卻液流量按需調(diào)節(jié)，

41、即使在高負(fù)荷低轉(zhuǎn)速時也能得到很高的冷卻功率。</p><p>　　寶馬新型直列式6缸汽油機采用了全世界首創(chuàng)的鎂鋁合金組合曲軸箱，大幅度地降低了發(fā)動機重量，還包括其它新材料、新工藝的應(yīng)用。</p><p>　　總之，通過本論文的研究對這些技術(shù)的結(jié)構(gòu)和工作原理充分的了解，進(jìn)而了解未來發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展趨勢，了解發(fā)動機技術(shù)的研究方向。</p><p>　　第二章 對可變氣門

42、寶馬發(fā)動機新技術(shù)分析</p><p>　　作為全球品牌轎車生產(chǎn)廠家BMW 公司,在新一代N系列發(fā)動機中,安裝了全變量氣門控制系統(tǒng),使汽車油耗可以降低10%,功率增加20% ,廢氣排放性能得到極大改善。寶馬N系列發(fā)動機免除傳統(tǒng)的節(jié)氣門的功能,實現(xiàn)氣門特性的參數(shù)全部可以變化。電子控制機械式全可變進(jìn)氣門升程控制機構(gòu)Valvetronic加上靈活的雙可變凸輪軸控制機構(gòu)D - VANOS,便構(gòu)成了全可變電子氣門控制系統(tǒng)。V

43、alvetronic機構(gòu)通過無級地調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的升程,同時配合D - VANOS機構(gòu),連續(xù)地改變進(jìn)、排氣門的正時與持續(xù)期,可使進(jìn)、排氣門在最有利的重疊角范圍內(nèi)工作,使氣缸的充氣量保持在最佳狀態(tài)。這樣就可以不通過節(jié)氣門進(jìn)行量的調(diào)節(jié),實現(xiàn)發(fā)動機的無節(jié)氣負(fù)荷控制。如此可減少泵氣損失,達(dá)到節(jié)能目的。</p><p>　　2.1全可變氣門升程機構(gòu) Valvetronic II的工作原理</p><p>

44、;　　可變氣門升程控制機構(gòu)保持凸輪的線型不變,通過改變凸輪軸與氣門之間從動件的運動規(guī)律,實現(xiàn)氣門升程的改變。按照從動件的運動類型可以分為液壓式和機械式。BMW 發(fā)動機機械式全可變氣門升程機構(gòu)Valvetronic的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示,該機構(gòu)在進(jìn)氣凸輪軸和搖臂之間增加了中間搖桿,并且在缸蓋上增加了一根偏心軸,在偏心軸上有與中間搖桿對應(yīng)數(shù)目的偏心凸輪。中間搖桿通過其頂部的滾輪依靠在偏心凸輪上,其中部通過滾輪支撐在進(jìn)氣凸輪上,其足部的弧線工作

45、區(qū)域與搖臂的滾輪接觸(通過滾輪接觸,可以減少摩擦) 。止動彈簧一端固定在缸蓋上,另一端則固定在中間搖桿的足部,使得中間搖桿始終與偏心凸輪和進(jìn)氣凸輪接觸,因此中間搖桿的運動由偏心凸輪和進(jìn)氣凸輪共同控制。氣門液壓挺柱將中間搖桿足部的弧線區(qū)域與搖臂滾輪的接觸保持在零間隙。在偏心軸中部裝有扇形齒輪,該齒輪與伺服馬達(dá)的齒桿組成一對蝸桿蝸輪機構(gòu)。伺服馬達(dá)是步進(jìn)電機,通過驅(qū)動扇形齒輪,使偏心軸可在0 - 170 °CA范圍內(nèi)連續(xù)地轉(zhuǎn)動[5]

46、。</p><p>　　伺服電機2、蝸桿軸3、回味彈簧4、槽板5、進(jìn)氣凸輪軸6、調(diào)節(jié)板7、進(jìn)氣HVA8、進(jìn)氣門</p><p>　　9、排氣門10、排氣滾子式搖臂11、排氣HVA12、進(jìn)氣滾子式氣門搖臂</p><p>　　13、中間推桿14、偏心軸15、渦輪16、排氣凸輪軸</p><p>　　圖2.1Valvetronic機構(gòu)</p

47、><p>　　當(dāng)偏心軸不動時,中間搖桿的頂部滾輪支撐在偏心凸輪上,中部滾輪在進(jìn)氣凸輪的驅(qū)動下,使得中間搖桿圍繞某個中心旋轉(zhuǎn),則中間搖桿足部的弧線區(qū)域的某一部分驅(qū)動隨動搖臂的滾輪,完成進(jìn)氣門的開啟與關(guān)閉。假如當(dāng)進(jìn)氣凸輪軸固定不動時,中間搖臂支撐在進(jìn)氣凸輪上,偏心軸旋轉(zhuǎn)一定的角度,則中間搖桿的足部跟搖臂的滾輪接觸弧線工作區(qū)域發(fā)生變化。偏心軸旋轉(zhuǎn)的角度不同,則中間搖桿的旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生變化,導(dǎo)致工作區(qū)域不同,氣門的升程發(fā)生改變

48、,如圖3所示。如果偏心軸旋轉(zhuǎn)角度越大,則中間搖桿旋轉(zhuǎn)的幅度越大,進(jìn)氣門的升程也越大。當(dāng)偏心軸旋轉(zhuǎn)到初始位置0 °CA時,進(jìn)氣凸輪轉(zhuǎn)動到凸頂跟中間搖桿接觸時,此時氣門升程達(dá)到最小為0. 20 mm。當(dāng)偏心軸旋轉(zhuǎn)到極端位置170 °CA時,進(jìn)氣凸輪轉(zhuǎn)動到凸頂跟中間搖桿接觸,此時氣門升程達(dá)到最大為9. 90 mm[6]。（圖2.2）。</p><p>　　因此,步進(jìn)電機根據(jù)DME的信號,調(diào)節(jié)偏心軸的

49、旋轉(zhuǎn)角度,改變中間搖臂的旋轉(zhuǎn)幅度,改變足部的弧線工作區(qū)域,進(jìn)而改變進(jìn)氣門的升程,使其升程可在0～9. 9 mm之間連續(xù)變化。利用這樣的傳動機構(gòu),氣門升程可以在300 ms以內(nèi)從怠速調(diào)節(jié)到全負(fù)荷。怠速時, 八個進(jìn)氣門的氣門升程至多相差±5%,這就是說,在安裝狀態(tài)時氣門傳動機構(gòu)的零部件所有公差的總和不得超過0. 02 mm。這種精度在今天的發(fā)動機制造行業(yè)中是不多見的。</p><p>　　圖2.2可變氣門升

50、程和定時[6]</p><p>　　2.2可變氣門正時控制機構(gòu)VANOS的工作原理</p><p>　　VANOS在德文中的意思是“可變凸輪軸控制”,寶馬公司早期的VANOS機構(gòu)采用的是螺旋齒套式凸輪軸相位調(diào)節(jié)裝置,現(xiàn)在則采用是按照擺轉(zhuǎn)式原理設(shè)計的葉片式凸輪軸相位無級調(diào)節(jié)裝置,如圖2.3所示。轉(zhuǎn)子通過螺栓與凸輪軸固定在一起,殼體通過鏈條與曲軸相連。停機時,定位銷以無壓力的方式嵌入凹口鎖止槽

51、中,保證每次啟動時凸輪軸隨殼體一起轉(zhuǎn)動,以便凸輪軸有確定的初始相位。調(diào)節(jié)相位時,潤滑油首先進(jìn)入凹口槽中,將定位銷壓回殼體并釋放轉(zhuǎn)子。機油腔內(nèi)充斥著由發(fā)動機潤滑系統(tǒng)提供壓力的機油,轉(zhuǎn)子上的葉片將機油腔分為氣門正時提前室和滯后室。通過改變凸輪軸機油控制閥閥芯位置,控制供油和瀉油的方向,便可以改變轉(zhuǎn)子葉片兩個側(cè)面上的機油壓力,使凸輪軸相對于曲軸發(fā)生轉(zhuǎn)動,則可在一定的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)連續(xù)地調(diào)節(jié)凸輪軸的相位。凸輪軸機油控制閥是一個三位四通電磁閥,所

52、謂三位,就是閥芯有三個位置(如圖2.4所示) :左右兩個位置分別對應(yīng)兩個相反的機油流動方向,通過油道與調(diào)節(jié)裝置的轉(zhuǎn)子葉片兩側(cè)相連;當(dāng)閥芯在中間位置時,機油油路被封閉,則氣門正時處于保持的位置[11]。</p><p>　　圖2.3　VANOS控制器結(jié)構(gòu)[11]</p><p>　　圖2.4凸輪軸正時控制閥[11]</p><p>　　DOUBLE - VANOS是雙

53、可變凸輪軸控制機構(gòu),一個VANOS控制器可以在相對曲軸轉(zhuǎn)角0 ～70°CA范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸的相位;另一個VANOS控制器則可以在相對曲軸轉(zhuǎn)角0～50 °CA范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)排氣凸輪軸的相位。VANOS進(jìn)氣凸輪調(diào)整裝置是可變電子氣門系統(tǒng)的一個重要機構(gòu),VANOS機構(gòu)決定著進(jìn)氣門的開啟和關(guān)閉時間,并和可調(diào)氣門升程機構(gòu)一起控制進(jìn)氣量。另一方面, VANOS控制器還可以通過控制排氣門的相位,從而對汽車的廢氣排放和扭矩施

54、加重要的影響。譬如,在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速的時候,較早地關(guān)閉排氣門意味著較多的剩余氣體殘留在氣缸中,這些剩余氣體和新吸入的可燃混合氣完全混合,增加了缸內(nèi)氣體充量的比熱容,降低了缸內(nèi)最高燃?xì)鉁囟?，從而產(chǎn)生很低的NOx廢氣排放。如果駕駛者從低速開始加速且需要最大的扭矩, VANOS控制器就會延遲排氣門的關(guān)閉時間,剩余廢氣就會完全排出,由于發(fā)動機吸入的是新鮮的油氣混合物,從而提高發(fā)動機的動力性。葉片式凸輪軸相位無級調(diào)節(jié)裝置是目前國內(nèi)外</p&g

55、t;<p>　　車用發(fā)動機應(yīng)用最廣泛的可變氣門機構(gòu),例如Toyota的VVT - i, Honda的i - VTEC, Ford的VCT, Delphi的VCP等,只是葉片的結(jié)構(gòu)與數(shù)量發(fā)生改變。</p><p>　　2.3 全可變氣門機構(gòu)電子控制系統(tǒng)</p><p>　　.發(fā)動機電子數(shù)字管理系統(tǒng)DME,根據(jù)加速踏板位置傳感器和曲軸位置傳感器的輸入信號,首先計算出進(jìn)、排氣門的基

56、本正時量和進(jìn)氣門的升程量;然后根據(jù)冷卻液溫度、空氣流量以及進(jìn)氣溫度等信號,對基本量進(jìn)行修正;最后再按凸輪軸位置傳感器和偏心軸位置傳感器的信號進(jìn)行反饋修正,確定最佳的正時量和升程量。由D - VANOS機構(gòu)執(zhí)行進(jìn)、排氣門正時的調(diào)節(jié),而Valvetronic機構(gòu)完成進(jìn)氣門升程的調(diào)節(jié)。值得注意的是,Valvetronic機構(gòu)在改變進(jìn)氣門升程的同時,也改變了進(jìn)氣門的正時和持續(xù)期,必須由VANOS機構(gòu)調(diào)節(jié)凸輪軸的相位。因此,氣門的全可變是由Val

57、vetronic調(diào)節(jié)進(jìn)氣門升程和D - VANOS調(diào)節(jié)凸輪軸相位相互配合的結(jié)果。怠速時,進(jìn)氣門的升程極小,正時的改變減少氣門的重疊角,降低缸內(nèi)殘余廢氣量,使燃燒更加穩(wěn)定,轉(zhuǎn)速更低,從而減少HC的排放,燃油經(jīng)濟(jì)性改善達(dá)到30%。中等負(fù)荷和中等轉(zhuǎn)速時,增大氣門的重疊角,可提高內(nèi)部排氣再循環(huán)的EGR 率,從而減少NOx 的排放。全負(fù)荷工況時,氣門升程達(dá)到最大,在低速全負(fù)荷時,提前關(guān)閉進(jìn)氣門,將會減少了節(jié)流損失,提高了燃油經(jīng)濟(jì)性</p&g

58、t;<p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　a. 可變氣門技術(shù)有多種實現(xiàn)途徑，各種途徑均可不同程度地改變氣門的運行參數(shù)，從而不同程度地改善汽油機燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性，降低排放。     b. 國外已有一系列比較實用的可變氣門機構(gòu)，目前應(yīng)用最廣泛的是葉片式可變凸輪相位機構(gòu)。與基于凸輪軸的可變氣門機構(gòu)相比，

59、無凸輪軸的可變氣門機構(gòu)能更加靈活地控制每個氣門的運動規(guī)律，控制的自由度較大，是理想的控制途徑，但其控制較復(fù)雜，目前還處于研究階段，也是國外在可變氣門技術(shù)領(lǐng)域研究的一種趨勢。     c. 與國外相比，國內(nèi)的可變氣門技術(shù)還不夠成熟且應(yīng)用也不廣泛，因此有必要加強開展這方面的研究工作。首先，開發(fā)能在車用發(fā)動機上簡單實用的可變氣門機構(gòu)(如葉片式可變凸輪軸相位機構(gòu))，完善控制技術(shù)，優(yōu)化控制策略，縮小與國外

60、先進(jìn)發(fā)動機技術(shù)的差距；然后，進(jìn)一步提高氣門控制的自由度和靈活性，實現(xiàn)發(fā)動機全工況的最優(yōu)控制。</p><p>　　第三章 寶馬發(fā)動機其它新技術(shù)</p><p>　　除了完全可變氣門技術(shù)，BWM新款發(fā)動機采用了很多的發(fā)動機新技術(shù)，現(xiàn)在分別從進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和寶馬的機械結(jié)構(gòu)四部分分別來討論BWM發(fā)動機的新技術(shù).</p><p><

61、b>　　3.1 進(jìn)氣系統(tǒng)</b></p><p>　　BWM的N系列發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)除了采用當(dāng)今比較先進(jìn)的完全可變氣門技術(shù)，還有DISA可變進(jìn)氣系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.1 DISA可變進(jìn)氣系統(tǒng)</p><p>　　若要提高發(fā)動機動力性能只有提高充氣效率，提高充氣效率的途徑除了采用增壓之外，可以采用適當(dāng)?shù)呐錃庀辔徊⒛茈S發(fā)動機轉(zhuǎn)速不同而變化，

62、也可以利用進(jìn)氣的慣性及諧振效應(yīng)；這些都是提高充氣效率的最佳方式。進(jìn)氣慣性及諧振效應(yīng)是隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管長度及管徑大小的變化而變化。在不同轉(zhuǎn)速下，進(jìn)氣管長度應(yīng)有所不同，才能獲得良好的進(jìn)氣慣性效應(yīng)。因此，只有結(jié)合可變配氣相位控制，可變進(jìn)氣系統(tǒng)才能適應(yīng)不同工況的要求，比較全面的提高發(fā)動機性能。BWM則采用3級可變進(jìn)氣裝置[9]。</p><p>　　下圖3.1.1就是進(jìn)氣裝置（DISA）</p>&l

63、t;p>　　1、進(jìn)氣集氣管2、振蕩管3、諧振管4、溢流管</p><p>　　圖3.1.1 進(jìn)氣裝置</p><p>　　3.1.1.2 進(jìn)氣裝置/DISA 由下列主要部件構(gòu)成：</p><p><b>　　1 諧振管</b></p><p><b>　　2 溢流管</b></p>

64、<p><b>　　3 振蕩管</b></p><p>　　4 DISA 執(zhí)行機構(gòu) 1</p><p>　　5 DISA 執(zhí)行機構(gòu) 2</p><p>　　3.1.1.3 DISA 執(zhí)行機構(gòu)</p><p>　　DISA 風(fēng)門與驅(qū)動裝置一起構(gòu)成一個單元。DISA 風(fēng)門由一個電機和一個齒輪機構(gòu)驅(qū)動。DISA

65、執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)集成了電子控制裝置。DISA執(zhí)行機構(gòu)由 DME MSV70 通過脈沖寬度調(diào)制信號控制。該機構(gòu)只有兩個調(diào)節(jié)位置：DISA 風(fēng)門可關(guān)閉或開啟，就是說啟用時電機將DISA 風(fēng)門移動至相應(yīng)限位位置處。</p><p>　　1、DISA執(zhí)行機構(gòu)1 2、節(jié)氣門 1、DISA執(zhí)行機構(gòu)2</p><p>　　圖3.1.2 DISA 執(zhí)行機構(gòu)、DISA 進(jìn)

66、氣模塊、DISA 進(jìn)氣模塊</p><p>　　3.1.1.4 DISA諧振增壓功能描述</p><p>　　發(fā)動機內(nèi)產(chǎn)生的扭矩在很大程度上取決于進(jìn)氣行程中新鮮空氣進(jìn)氣質(zhì)量。各氣缸的進(jìn)氣行程，即氣門開啟時的活塞下行行程使進(jìn)氣質(zhì)量產(chǎn)生振蕩。進(jìn)氣氣缸的移動空氣質(zhì)量與該氣缸關(guān)閉的進(jìn)氣門相遇時，上述振蕩就會與壓力峰值產(chǎn)生的振蕩相疊加。這兩種振蕩疊加時就會產(chǎn)生所謂的諧振或共振。諧振可以使原始振蕩放大

67、或衰減。進(jìn)氣行程開始時氣缸上進(jìn)氣門前出現(xiàn)的是壓力峰值還是壓力低谷，在很大程度上取決于疊加振蕩在進(jìn)氣區(qū)域內(nèi)的行程和發(fā)動機轉(zhuǎn)速即氣流流速。在較大發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)希望得到較高的扭矩導(dǎo)致內(nèi)燃機進(jìn)氣導(dǎo)管的種類不斷增多。因此，進(jìn)氣裝置的幾何形狀和控制對氣缸換氣的質(zhì)量影響很大。一根長度固定的進(jìn)氣管只能在特定發(fā)動機轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生最佳氣缸進(jìn)氣效果。</p><p>　　為此，N54 裝有一個帶 DISA 風(fēng)門的二級可變進(jìn)氣裝置（DIS

68、A）。該 DISA 風(fēng)門由一個電磁閥和一個前置真空蓄能器控制。在特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高扭矩是有條件的。因為當(dāng) N52 達(dá)到最大轉(zhuǎn)速 7000 rpm 時，以前所用的二級 DISA 就會在中等轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生一個扭矩低谷。為了能夠在中等發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)也產(chǎn)生較高扭矩，N52 裝有一個三級DISA。</p><p>　　下圖列出了這種三級裝置的效果。通過DISA的不同轉(zhuǎn)換檔位可在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都實現(xiàn)較高的扭矩。</p

69、><p>　　圖3.1.3 DISA 檔位 1-3</p><p>　　上述原理通過帶有兩個 DISA 執(zhí)行機構(gòu)的一個進(jìn)氣管轉(zhuǎn)換裝置和進(jìn)氣范圍內(nèi)的一個溢流管實現(xiàn)。與以前通過真空控制的系統(tǒng)不同，現(xiàn)在這兩個DISA 執(zhí)行機構(gòu)分別由相應(yīng)的電機控制。電機和DISA 執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成了一個單元。</p><p>　　兩個 DISA 執(zhí)行機構(gòu)的尺寸不同。DISA 執(zhí)行機構(gòu) 2 安裝

70、在溢流管內(nèi)，DISA 執(zhí)行機構(gòu) 1安裝在振蕩管前的進(jìn)氣集氣管內(nèi)。</p><p>　　第 1 檔– 怠速/轉(zhuǎn)速范圍較低</p><p>　　怠速運轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速范圍較低時，DISA 執(zhí)行機構(gòu)1 和 2 處于關(guān)閉狀態(tài)。進(jìn)氣經(jīng)過節(jié)氣門進(jìn)入諧振管。在諧振管內(nèi)分配進(jìn)氣量并通過集氣管和振蕩管送至各個氣缸內(nèi)。這樣每三個氣缸都可獲得等量進(jìn)氣質(zhì)量。</p><p>　　圖3.1.4 第

71、1 檔諧振增壓功能</p><p>　　第 2 檔– 中等轉(zhuǎn)速范圍</p><p>　　處于中等轉(zhuǎn)速范圍時，DISA 執(zhí)行機構(gòu) 2 打開。在本示例中，假設(shè)第一個氣缸的進(jìn)氣門剛剛關(guān)閉。氣體的移動在關(guān)閉的進(jìn)氣門上產(chǎn)生一個壓力峰值。該壓力峰值通過振蕩管和集氣管送至點火順序中的下一個氣缸處。從而改善下一個準(zhǔn)備進(jìn)氣氣缸的新鮮空氣進(jìn)氣質(zhì)量。</p><p>　　圖3.1.5

72、第 2 檔諧振增壓功能</p><p>　　第 3 檔– 轉(zhuǎn)速范圍較高</p><p>　　轉(zhuǎn)速范圍較高時，兩個DISA 執(zhí)行機構(gòu)都處于開啟狀態(tài)。此時也假設(shè)第一個氣缸的進(jìn)氣門剛剛關(guān)閉。關(guān)閉的進(jìn)氣門前也產(chǎn)生了一個壓力峰值。進(jìn)氣量通過振蕩管、溢流管和集氣管進(jìn)行輸送。</p><p>　　圖3.1.6 第 3 檔諧振增壓功能</p><p>　

73、　3.1.2 雙渦輪增壓系統(tǒng)</p><p>　　寶馬N54發(fā)動機上的雙渦輪增壓系統(tǒng)如圖3.1.7所示。寶馬工程師通過這款新型發(fā)動機成功彌補了早期渦輪增壓發(fā)動機結(jié)構(gòu)上的不足。因此，寶馬6 缸渦輪增壓發(fā)動機也不具有目前渦輪增壓發(fā)動機典型的負(fù)面特性。這種新型發(fā)動機既不會延遲提供推動力，也不像傳統(tǒng)渦輪增壓動力總成那樣油耗較高。特別是其雙渦輪增壓方案可顯著提高功率利用率。該發(fā)動機不再采用一個大增壓器，而是每3 個汽缸驅(qū)動

74、1 個小增壓器。這種小尺寸增壓器的主要優(yōu)點是其轉(zhuǎn)動慣量較小。即使駕駛員通過加速踏板施加最輕微的作用力，也會立即產(chǎn)生壓力。因此不會再感覺到以前渦輪增壓發(fā)動機典型的渦輪效應(yīng)滯后現(xiàn)象——通過增壓器獲得輸出功率需要一定時間。駕駛員可以體驗到一種“盡在掌握”的動力感受，輕松實現(xiàn)瞬間提速[12]。</p><p>　　圖3.1.7 雙渦輪增壓系統(tǒng)</p><p><b>　　廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

75、</b></p><p>　　(1)廢氣渦輪增壓器</p><p>　　廢氣渦輪增壓器，如圖3.1.8所示。</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　廢氣渦輪增壓器通過發(fā)動機廢氣驅(qū)動。就是說帶有壓力的廢氣通過廢氣渦輪增壓器的渦輪，并以這種方式為同一個軸上的壓縮機提供驅(qū)動力。在此事先

76、壓縮進(jìn)氣，從而提高發(fā)動機燃燒室的進(jìn)氣量。這樣可提高噴射和燃燒的燃油量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩。渦輪和壓縮機的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)200000r/min。廢氣入口溫度最高可達(dá)1050℃。由于溫度很高，因此N54 動機的廢氣渦輪增壓器不僅與發(fā)動機機油系統(tǒng)相連，而且還集成在發(fā)動機的冷卻液循環(huán)回路內(nèi)。N54 發(fā)動機裝有電動冷卻液泵時，還可以在關(guān)閉發(fā)動機后排出廢氣渦輪增壓器內(nèi)的余熱，從而防止軸承殼體內(nèi)的潤滑油過熱。利用冷卻液泵的繼續(xù)運行功能可排出廢氣

77、渦輪增壓器內(nèi)的積熱，從而防止軸頸處機油焦化,這是一項重要的部件保護(hù)功能。</p><p>　　A.壓縮機 B.冷卻/ 潤滑裝置 C.渦輪</p><p>　　圖3.1.8廢氣渦輪增壓器[13]</p><p>　　(2)雙渦輪增壓系統(tǒng)</p><p>　　渦輪增壓器的響應(yīng)速度對于N54發(fā)動機來說最為重要。不允許對駕駛員的要求（即加速踏板位置）

78、做出延遲反應(yīng)。即不能讓駕駛員感覺到所謂的“渦輪效應(yīng)滯后”。在N54發(fā)動機上用兩個相互并聯(lián)的小型渦輪增壓器解決了這個問題。汽缸1、2和3（汽缸列1）驅(qū)動廢氣渦輪增壓器5，汽缸4、5和6（汽缸列2）驅(qū)動另一個廢氣渦輪增壓器2。小型廢氣渦輪增壓器的優(yōu)點在于在渦輪增壓器加速過程中由于渦輪轉(zhuǎn)動慣量較小因此加速質(zhì)量較小，因而壓縮機可以更快達(dá)到較高增壓壓力，如圖3.1.9</p><p>　　1.汽缸列2 廢氣旁通執(zhí)行機構(gòu) 2

79、.汽缸列2 廢氣渦輪增壓器 3.汽缸列2 排氣歧管 4.汽缸列1 排氣歧管</p><p>　　5.汽缸列1 廢氣渦輪增壓器 6.冷卻液回流管路 7.冷卻液供給管路 8.汽缸列1 平板式寬帶氧傳感器</p><p>　　9.汽缸列2平板式寬帶氧傳感器 10.廢氣旁通操控桿 11.汽缸列1催化轉(zhuǎn)換器 12.汽缸列2催化轉(zhuǎn)換器</p><p>　　圖3.1.9廢氣渦輪增

80、壓器部件[13]</p><p><b>　　3.2燃油系統(tǒng)</b></p><p>　　寶馬第一代的缸內(nèi)高壓汽油直接噴射技術(shù)最早在 N73發(fā)動機上實現(xiàn)，但汽油是在缸內(nèi)進(jìn)氣過程中直接噴射的，因此實現(xiàn)的是均勻混合氣燃燒方式。由于燃油在進(jìn)氣過程中噴射霧化要吸收空氣的氣化潛熱，因此降低了缸內(nèi)空氣溫度，增加了缸內(nèi)進(jìn)氣密度，大幅度增大了發(fā)動機輸出功率。寶馬最新的第二代缸內(nèi)高壓汽

81、油直接噴射技術(shù)是指可在中小負(fù)荷工況下實現(xiàn)分層稀薄混合氣燃燒控制而大負(fù)荷工況仍使用均勻混合氣燃燒控制的燃油分層直接噴射技術(shù)，由于采用了壓電式噴油嘴，可以實現(xiàn)分段噴射。這個技術(shù)在新型的四缸和六缸機上得到充分應(yīng)用，例如N54發(fā)動機</p><p>　　3.2.1 寶馬N54發(fā)動機的燃油系統(tǒng)</p><p>　　新的燃油系統(tǒng)示于圖3.2.1它由一個壓力為5bar的低壓部份和一個高壓部分組成。高壓泵

82、通過一個燃油量控制閥控制,它只將每次噴油實際需要的燃油量加壓到所需要的直到200bar的噴油壓力。高壓泵與共軌管相連通, 共軌管上裝有壓力傳感器。各根高壓油管從共軌管出來, 通往各個噴油器[13]。</p><p>　　圖3.2.1 高壓噴油系統(tǒng)的零部件</p><p>　　已經(jīng)在雙渦輪增壓六缸發(fā)動機中得到了驗證的壓電式噴油器（圖3.2.2）有一個由壓電組件控制的朝外開啟的針閥。針閥開啟

83、時, 形成一個環(huán)形的開口, 通過這個開口形成一個中間空心的圓錐形噴油油束, 油束的邊緣地區(qū)具有明顯的回旋渦流。噴油器殼體和壓電堆的熱膨脹系數(shù)是不同的, 所以采用熱補償器對此進(jìn)行補償, 這個熱補償器確保針閥升程在運行過程中出現(xiàn)的所有噴油器溫度下都保持恒定。壓電式噴油器使得針閥能夠極其迅速地開啟和關(guān)閉, 從而為實現(xiàn)相互之間間隔極其短暫的一連串噴油脈沖創(chuàng)造了條件。而且還能實現(xiàn)較為短小的針閥升程。對于分層燃燒方法來說這一措施可以使高度機動靈活的

84、噴油策略變成現(xiàn)實。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖3.2.2 壓電式噴油器的剖面[12]</p><p><b>　　3.2.2燃燒室</b></p><p>　　壓電式噴油器安裝在氣缸蓋中央, 略微有一點朝進(jìn)氣側(cè)方向傾斜, 見圖3.2.3。火花塞位于緊挨著噴油器的

85、地方, 但是略微靠近排氣側(cè)?；钊敳堪伎釉O(shè)計成在分層運行時能夠完全包住噴入的燃油, 并且可靠地阻止活塞頂部被汽油所潤濕。因此, 與第一代汽油直噴的壁面引導(dǎo)和氣流引導(dǎo)燃燒方法相反,噴霧引導(dǎo)燃燒方法為明顯地降低HC排放創(chuàng)造了條件。由于噴霧引導(dǎo)燃燒方法并不依賴于其回轉(zhuǎn)軸線平行于曲軸中心線的強烈的翻滾渦流, 所以進(jìn)氣道可以設(shè)計成最大限度地增加充量, 以改善全負(fù)荷工況的性能。</p><p>　　圖3.2.3 N54燃燒時

86、剖面[13]</p><p><b>　　3.2.3燃燒方法</b></p><p><b>　　熱力學(xué)屬性</b></p><p>　　在較高的空氣過剩情況下實行分層運行, 這是汽油機中減少部分負(fù)荷油耗的最有效的單項措施。由于是以變質(zhì)調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)負(fù)荷的, 這臺發(fā)動機在部分負(fù)荷下基本上采取無節(jié)氣運行。所以充量交換損失能夠

87、降低到非常低的程度, 見圖3.2.4。效率方面的其它優(yōu)點可以通過高壓過程中空氣過量的運行獲得。理想發(fā)動機的理想過程達(dá)到了明顯地高于理論當(dāng)量燃燒的效率, 因為由于峰值溫度較低的緣故,而且未燃燃油對物性常數(shù)的影響也相應(yīng)地減小, 導(dǎo)致工作氣體的比熱減小, 因而絕熱指數(shù)得到了提高。至于理想過程中效率方面的這些優(yōu)點即使在實際的高壓過程中究竟能夠在多大程度上得到實現(xiàn),完全取決于燃燒進(jìn)行的程度（也就是CO和HC排放）, 以及在熱力學(xué)上對燃燒重心位置所

88、進(jìn)行的最大可能的優(yōu)化達(dá)到了怎樣的程度。</p><p>　　第一代壁面引導(dǎo)的汽油直噴燃燒方法由于燃油不可避免地會潤濕活塞表面, 這就決定了它的HC排放特別嚴(yán)重, 所以理論上在高壓過程中的節(jié)油潛力有一部分不能得到充分的利用。噴霧引導(dǎo)的燃燒方法極大地降低了HC排放, 見圖3.2.5。</p><p>　　圖3.2.5 在2000r/min的工況點HC排放</p><p>

89、;　　圖3.2.4 在2000r/min的工況點充量交換損失和其他損失</p><p>　　油束屬性和混合氣生成</p><p>　　其實早在最早的壁面引導(dǎo)系統(tǒng)投入批量生產(chǎn)之前, 就已經(jīng)對噴霧引導(dǎo)燃燒方法實際可行性進(jìn)行過研究。然而當(dāng)時事情沒有成功的原因正是因為沒有可供利用的噴油技術(shù)。事實上, 當(dāng)時無法滿足對油束屬性提出的基本要求, 而這些油束屬性對于在油束邊緣的點火地點形成可點燃混合氣的可

90、重現(xiàn)性來說是必不可少的。這些屬性包括油束錐對于高的背壓和高的氣體溫度的不敏感性、油束的穩(wěn)定性和可重現(xiàn)性。</p><p>　　只有利用朝外開啟的壓電式噴油器才能為滿足上述對油束屬性的要求打下基礎(chǔ)。在與合作伙伴西門子· 威迪歐共同完成的開發(fā)活動中, 寶馬成功地搞清楚了會影響所要求的油束屬性的各種因素, 并且確定了適合于這種燃燒方法的噴油器噴射特性。這項工作的基礎(chǔ)是, 共同對噴油器的油束流動和燃燒室內(nèi)部氣流

91、進(jìn)行了CAE仿真, 在可視化發(fā)動機上運用可視化試驗方法例如(MILE、LIF、高速可視化技術(shù)等) 在噴油腔內(nèi)部進(jìn)行了研究, 還動用了經(jīng)典的試驗臺技術(shù)、示功圖技術(shù)以及特殊的測試技術(shù)如快速FID或點火火花輻射光譜技術(shù)等。</p><p>　　在高壓、高溫腔內(nèi)對油束進(jìn)行了拍攝, 見圖3.2.5。該圖表明, 油束的錐角幾乎保持不變。只是油束穿透深度由于空氣密度不同而有所改變。油束的下視圖顯示出一種促成了油束穩(wěn)定性的結(jié)狀結(jié)

92、構(gòu), 油束的這種結(jié)構(gòu)是通過噴油器內(nèi)部幾何形狀的設(shè)計而形成的。</p><p>　　在噴油腔內(nèi)拍攝的照片與在沒有發(fā)動機附加的充量運動的靜止空氣中噴油時拍攝的照片一致。圖3.2.6還附帶地示出子一張從一臺可視化發(fā)動機中拍攝的錄像資料中裁剪下來的照片。即使在不同轉(zhuǎn)速的發(fā)動機邊界條件下, 油束從一個循環(huán)到下一個循環(huán)的穩(wěn)定性也得到了證實。在這里所示的多次噴油的實例中, 還拍攝下了相互之間時間間隔非常短暫的各個噴油脈沖。第一

93、次噴油的時候已經(jīng)在火花塞部位留下了可點燃的混合氣, 第二次噴油解決了油束穩(wěn)定性的問題。非常迅速的多次噴油的時間歷程只有利用壓電控制才有可能實現(xiàn),這種多次噴射為燃燒方法的開發(fā)者開創(chuàng)了最大程度的噴油策略自由度, 這尤其是為擴(kuò)大分層燃燒運行工況的范圍發(fā)揮了積極的影響。</p><p>　　圖3.2.6發(fā)動機高壓、高溫腔內(nèi)的油束照片[13]</p><p><b>　　3.3排氣系統(tǒng)&l

94、t;/b></p><p>　　一般寶馬的廢氣后處理裝置都是三元催化轉(zhuǎn)換裝置，但分層稀薄混合氣燃燒控制模式必須采用特殊的排氣后處理裝置。因為傳統(tǒng)的閉環(huán)三元催化轉(zhuǎn)換器只有在理論空燃比附近對NOx、CO和HC的氧化-還原轉(zhuǎn)換效率最高，而在分層充氣模式和均質(zhì)稀薄充氣模式中，混合氣濃度很稀，不適用于三元催化轉(zhuǎn)換器。分層稀薄混合氣燃燒控制模式必須采用氮氧化物存儲式催化轉(zhuǎn)換器，才能符合EU4排放標(biāo)準(zhǔn)。</p>

95、;<p>　　3.3.1 BWM采用的NOx存儲式催化轉(zhuǎn)換裝置</p><p><b>　　圖3.3.1</b></p><p>　　NOx存儲式催化轉(zhuǎn)換裝特點：</p><p>　　與普通的三元催化凈化器結(jié)構(gòu)相當(dāng)</p><p>　　但混入了氧化鋇，在250℃～500℃可將氮氧化物轉(zhuǎn)化成硝酸鹽儲存起來&l

96、t;/p><p>　　普通的三元催化凈化器在分層混合氣氣模式時只能將很少一部分的氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮氣和氧氣</p><p>　　如果儲存空間都占滿了，發(fā)動機控制單元會識別出這種情況，并會切換到還原模式</p><p><b>　　NOx-傳感器：</b></p><p><b>　　圖3.3.2</b>&

97、lt;/p><p>　　- 廢氣中NOx-含量表示還有多少未使用的儲存能力</p><p>　　- 在第一個泵單元中，氧成分被調(diào)成恒定值（14.7Kg空氣：1Kg燃油）</p><p>　　- λ值時通過電流來量取</p><p>　　- 氣流經(jīng)擴(kuò)散網(wǎng)到達(dá)O2測量單元，該單位通過還原電極將氮氧化物分解成氧氣和氮氣</p><p

98、>　　- 通過氧泵-電流可確定NOx的濃度</p><p>　　NOx-傳感器控制單元：</p><p>　　- 該控制單元位于車底板外部，在NOx-傳感器附近（圖3.3.3）</p><p>　　- 它對傳感器信號進(jìn)行預(yù)加工，然后將該信號經(jīng)自己的CAN總線傳至發(fā)動機單元</p><p>　　- 發(fā)動機控制單元通過這個信息來識別所儲存的

99、氮氧化物的飽和程度</p><p>　　圖3.3.3 - 執(zhí)行還原過程</p><p><b>　　NOx-儲存：</b></p><p><b>　　圖3.3.4</b></p><p>　　- 附在白金涂層上的氮氧化物被氧化成二氧化碳</p><p

100、>　　- 二氧化氮與氧化鋇反應(yīng)生成硝酸鋇 （見圖3.3.4）</p><p><b>　　NOx-還原：</b></p><p><b>　　圖3.3.5</b></p><p>　　- 只有用CO才能將碳酸鋇還原成氧化鋇</p><p>　　- 于是釋放出二氧化碳和氮氧化物</p>

101、;<p>　　- 通過白金和銠，氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮氣，一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮（見圖3.3.5）</p><p><b>　　氮氧化物還原過程：</b></p><p><b>　　圖3.3.6</b></p><p>　　- 發(fā)動機控制單元通過傳感器識別出催化凈化器是否不能儲存氮氧化物了</p>

102、<p>　　- 執(zhí)行還原模式（每60-90秒）</p><p>　　- 于是就從分層混合氣模式切換到均質(zhì)模式</p><p>　　- 在均質(zhì)模式中，廢氣的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸汲煞志驮龆嗔?lt;/p><p>　　- 在儲存式凈化器中，碳?xì)浠衔锖鸵谎趸寂c氧結(jié)合生成氮氧化物，氮氧化物再生成氮氣和氧氣 （見圖3.3.6）</p><p>

103、<b>　　3.4 潤滑系統(tǒng)</b></p><p>　　3.4.1 體積流量調(diào)節(jié)式機油泵</p><p>　　潤滑系統(tǒng)，特別是機油泵要滿足針對整個發(fā)動機系統(tǒng)提出的要求[12]：</p><p><b>　　1、 提高效率</b></p><p><b>　　2、 減輕重量</b&g

104、t;</p><p><b>　　3、 優(yōu)化耗油量</b></p><p><b>　　4、減少排放量</b></p><p>　　尤其是機油泵消耗了用于附屬總成的大部分發(fā)動機功率。這種節(jié)能潛力為優(yōu)化泵系統(tǒng)建立了基礎(chǔ)。</p><p><b>　　機油的任務(wù)是：</b><

105、/p><p>　　1、潤滑發(fā)動機內(nèi)的摩擦面</p><p>　　2、 冷卻高負(fù)荷部件</p><p><b>　　3、 帶走磨損顆粒</b></p><p>　　4、執(zhí)行液壓控制介質(zhì)的功能</p><p><b>　　5、 防腐蝕</b></p><p>

106、　　VANOS 調(diào)節(jié)凸輪軸角度時需要大量機油。但當(dāng)VANOS 保持住凸輪軸角度后便不再需要機油。因此機油需求量取決于調(diào)節(jié)過程的情況。傳統(tǒng)機油泵可產(chǎn)生發(fā)動機內(nèi)最大機油流量所需的機油壓力。在很多運行狀態(tài)下，這會造成機油泵的無用能量消耗和機油過量損耗。VALVETRONIC II 和熱怠速運行（即發(fā)動機運行時發(fā)動機油溫度較高且轉(zhuǎn)速較低時）需要一種經(jīng)過優(yōu)化的新型泵系統(tǒng)。怠速運行和氣門行程較小時雙 VANOS 的調(diào)節(jié)需求最高。在這些運行條件下，針

107、對開始開啟氣門（準(zhǔn)確的發(fā)動機控制）的調(diào)節(jié)需求也最高。</p><p>　　因此對于機油泵來說，必須在轉(zhuǎn)速相對較低時向VANOS 單元輸送流量較大的機油。相對于 N52 上使用的機油泵，傳統(tǒng)機油泵的尺寸需要達(dá)到前者的三倍才能滿足上述要求。相應(yīng)地也會消耗更多的驅(qū)動能量。N52 裝有一個體積流量調(diào)節(jié)式機油泵。</p><p>　　3.4.2 體積流量調(diào)節(jié)式機油泵原理</p><

108、;p>　　這種類型的機油泵根據(jù)相應(yīng)的發(fā)動機運行區(qū)域輸送所需要的機油量。負(fù)荷較小時不會輸送過量機油。這就減小了發(fā)動機耗油量和機油損耗。機油泵采用了滑閥式葉片泵。在供給模式下，泵軸在殼體中處于偏心位置處，葉片在旋轉(zhuǎn)過程中呈放射狀移動。因此，葉片構(gòu)成了體積不同的腔。體積增大時吸入機油，體積減小時將機油排入機油通道內(nèi)。（見圖3.4.1）</p><p>　　圖3.4.1 機油泵</p><p&g