N54 发动机

N54 发动机

新世代 6 缸汽油发动机 (NG6) 仍在进一步发展中。
通过带直接喷射系统的新型增压 6 缸汽油发动机 N54，BMW 开始重新跨入涡轮技术。

在新型涡轮发动机上，使用第二代直接喷射系统 (DI2)。直接喷射系统 (HPI：High Precision Injection，高精度喷射) 在测量喷射量和喷射持续时间时 (多次喷射，根据负荷和转速的不同最多 3 次) 以及在燃烧室内分配混合气时提供额外的自由度。因此能够对功率、发动机扭矩、油耗和有害物质的排放施加正面影响。
由混合气冷却和直接喷射的燃油决定，压缩相对于带进气管喷射装置的涡轮发动机有所提高。这可提高效率。
通过使用直接喷射系统，可在整个燃烧室内实现均匀的混合气形成。均匀的混合气形成意味着，可象进气管喷射装置一样按化学计算 (空气过量系数 = 1) 调节空燃比。
(按化学计算表示 14.8 千克空气与 1 千克燃油混合的空燃比。)形成均匀的混合气后，可以使用常规排气再处理系统。

特别是双涡轮方案，可以在瞬间明显扩大功率。用两个小废气涡轮增压器而非一个大废气涡轮增压器分别为三个气缸提供压缩空气。小尺寸废气涡轮增压器的主要优点是其惯性力矩小。即使在加速踏板模块上施加最小的踩踏力，也会引起建压响应。
同样，使用可变配气相位 (双 VANOS) 能够获得最佳负荷变化，在较低转速时可产生较高发动机扭矩并提供不受限制的弹性。

部件简短描述

将描述 N54 发动机的下列部件：

• 数字式发动机电子伺控系统
  
• EKP 控制单元和电动燃油泵
  
• 燃油高压泵
  
• 油轨与油轨压力传感器
  
• 喷油嘴 (高压喷射阀)
  
• 进气压力传感器
  
• 废气涡轮增压器
  
• 受体积流量控制的油泵
  
• 电动冷却液泵
  
• 进气凸轮轴和排气凸轮轴的可调式凸轮轴控制装置 "双 VANOS"
  
• 机油状态传感器
  
• 铝制曲轴箱
  
  

DME：数字式发动机电子伺控系统

在 DME 控制单元 (MSD80) 的线路板上有 3 个传感器：

• 温度传感器
  
• 环境压力传感器
  
• 电压传感器
  

温度传感器用于 DME 控制单元内部件的温度计算。
在计算混合气成分时需要环境压力传感器。环境压力随海拔高度的上升而下降。
电压传感器监控通过总线端 Kl. 87 的供电。

EKP 控制单元和电动燃油泵

DME 控制单元确定发动机的燃油需要量。所需燃油量被作为信息通过 PT-CAN 发送至 EKP 控制单元。EKP 控制单元将该信息转换成一个输出电压。通过该输出电压调节电动燃油泵的转速。因此达到高压泵的按需供应。

电动燃油泵是一个燃油箱内泵。
电动燃油泵自总线端 Kl. 15 接通起被接通。

燃油高压泵

燃油高压泵对燃油进行压缩 (范围从 50 至 200 bar) 并将其输送到油轨。

燃油高压泵用螺栓拧在真空泵后端上。燃油高压泵的驱动轴与真空泵的驱动轴相连。

量控阀控制油轨中的燃油压力。DME 控制单元通过一个按脉冲宽度调制的信号 (PWM 信号) 控制量控阀。根据此 PWM 信号释放一个不同大小的节气门横截面，并为相应的发动机负荷状态设置必要的燃油输送量。此外还能够降低油轨中的压力。
当诊断发现系统有故障 (例如高压传感器失灵) 时，把量控阀断电。燃油然后通过所谓的旁通阀到达油轨。

量控阀是高压泵的一个部件，并且可在维修时拆卸。

油轨与油轨压力传感器

压缩燃油在油轨中暂时存储，并被分配到喷油嘴。

油轨压力传感器测量油轨中的当前燃油压力。

燃油压力通过高压接头到达带传感器元件的膜片。膜片的变形可通过传感器元件转换成一个电信号。分析电路处理该信号，并向 DME 转发一个模拟电压信号。该电压信号随燃油压力的升高而线性提高。

油轨压力传感器的信号是 DME 的一个重要输入信号，用于控制量控阀 (高压泵的部件)。
当油轨压力传感器失效时，DME 在紧急运行状态下控制量控阀。

喷油嘴 (高压喷射阀)

喷油嘴把高压燃油喷射到燃烧室中。喷油嘴向外打开喷嘴针阀的尖部，此时形成一个仅几微米大的环状间隙。此环状间隙决定直接喷射系统的射流形状，并保证其均匀地呈锥形扩散。

压电控制相对于通过电磁线圈的控制具有下列优点：

• 转换时间和静止时间短，能够改善多次喷射能力。
  

因此在有害物质的排放以及耗油量方面产生显著改善。

一个压电元件就是一个电动机械式转换器。此压电元件是一个把电能直接转换成机械能 (力 / 位移) 的陶瓷元件。在上面施加电压时，压电元件膨胀。因此产生喷嘴针阀行程。
为了实现较大行程，一个压电元件可以采用多层结构。

进气压力传感器

进气压力传感器测量进气系统内的真空。进气管真空用作负荷信号的替代参数。进气压力传感器安装在节气门后面。

废气涡轮增压器

发动机装备了 2 个废气涡轮增压器 (一个废气涡轮增压器在气缸 1 至 3 的排气歧管上，另一个废气涡轮增压器在气缸 4 至 6 的排气歧管上)。这些涡轮机允许特别高的废气温度 (1050 °C 技术)，特别是在高负荷时会带来明显的油耗降低。
废气涡轮增压器的增压压力由 DME 通过各一个旁通阀 (减压阀) 调节。一部分废气通过旁通阀经过涡轮机。
旁通阀由 DME 通过电气动压力变换器控制，并能够可变调整。
为了对废气涡轮增压器进行冷却和润滑，在轴承壳体上有 2 个用于发动机冷却循环的接头和 2 个用于机油循环的接头。

受体积流量控制的油泵

发动机有一个受体积流量控制的油泵。该油泵可准确输送达到调节压力水平所需的机油量。该油泵由曲轴通过一根链条驱动。

电动冷却液泵

一个电动马达驱动此冷却液泵。通过一个电子控制装置控制电动马达的功率 (400 W)。这个电子控制装置通过串行数据接口与 DME (数字式发动机电子伺控系统) 连接。DME 根据负荷、工作范围和温度传感器的数据确定所需的冷却功率。DME 向电子控制装置发送用于调节冷却液泵的相应信号。
冷却液泵马达由冷却液环绕冲洗。因此马达和电子控制装置得到冷却。还用冷却液对电动冷却液泵的轴承进行润滑。

机油状态传感器

机油状态传感器测量下列参数：

• 机油温度
  
• 机油油位
  
• 机油品质
  

机油状态传感器把测量值发送至 DME。

进气凸轮轴和排气凸轮轴的可调式凸轮轴控制装置 "双 VANOS"

可调式凸轮轴控制装置用于提高下部和中部转速范围内的扭矩。
各有一个 VANOS 电磁阀控制一个进气侧和排气侧的 VANOS 调整装置。这些 VANOS 电磁阀由 DME 控制单元控制。
发动机配气相位可通过这两个可调式 VANOS 调整装置无级调整。
通过较大的气门重叠可在怠速下产生数量较少的剩余气体。通过在部分负荷区内进行内部废气再循环，可降低氮氧化物排放。

小心！不要混淆 VANOS 调整装置。

进气凸轮轴和排气凸轮轴的 VANOS 调整装置有不同的调整位移。因此，在 VANOS 调整装置被混淆时，可能由于气门归位而导致发动机损坏。
在 VANOS 调整装置正面刻有安装侧。

铝制曲轴箱

在发动机上使用分体式铝制曲轴箱。为了提高刚度，下部件设计成台板结构。

系统功能

将描述下列系统功能：

• 增压压力调节
  
• 发动机排气
  
• 发动机冷却
  
• 受体积流量控制的供油
  
• 燃油按需输送
  
• 系统保护
  
  

增压压力调节

废气涡轮增压器的增压压力由 DME 通过各一个旁通阀 (减压阀) 调节。这些旁通阀由 DME 通过电气动压力变换器控制 (按特性线控制)。

除了旁通阀外，还安装了 2 个推力换气阀。要是没有推力换气阀，废气涡轮增压器就必须克服关闭的节气门的背压而工作。
当节气门关闭时，推力换气阀由于进气管中的真空升高而打开。在打开状态下，推力换气阀分别将压缩机进气侧与压缩机排气侧连接。这样可防止背压过高。

发动机排气

发动机排气受压力控制。根据进气管真空和增压压力，可通过 6 头分配板向进气道内排气或向废气涡轮增压器 (气缸 4 至 6) 前的纯空气管道内排气。分配板已集成到气缸盖罩中。

为发动机排气安装了 2 个阀门。

• 带限压装置的止回阀
  带限压装置的止回阀根据施加的进气管真空调节流量，并控制窜缸混合气引入进气道。
  自一个规定的增压压力起，带限压装置的止回阀关闭。
  
• 通往纯空气管道的止回阀
  2 根纯空气管道安装在进气消音器后面。每根纯空气管道将空气滤清器与一个废气涡轮增压器连接。在纯空气管道中将在空气滤清器中清洁过的空气输送到压缩机。
  自一个规定的增压压力起，止回阀由于纯空气管道中存在的真空而开启。窜缸混合气被排入连接废气涡轮增压器 (气缸 4 至 6) 的纯空气管道中。
  排气接头在连接纯空气管道的接头上有一个按 PTC 原理 (正温度系数) 工作的发动机排气加热装置。通过总线端 Kl. 87 控制此发动机排气加热装置。
  
  

发动机冷却

常规冷却系统的能力可用于带电动冷却液泵的冷却系统。可通过热量管理确定目前的冷却需求并相应地调节冷却系统。

热量管理可影响下列部件：

• 电动冷却液泵
  
• 特性线节温器
  
• 数字式发动机电子伺控系统 (DME)
  

可通过一个可自由改变的冷却液体积流量匹配系统的冷却功率。

热量管理确定目前的冷却需求并相应地调节冷却系统。有时甚至可将冷却液泵完全断开，例如在暖机阶段为了更快地加热冷却液。
在发动机停机并且很热时，冷却液泵在停车时也工作。因此可与转速无关地请求冷却功率。

热量管理现在允许除特性线节温器外，用不同特性曲线作为控制冷却液泵的基础。因此发动机控制单元可将发动机温度与驾驶风格相匹配。

发动机控制单元 (MSD80) 调节下列温度范围：

• 108 °C = 经济运行
  
• 104 °C = 正常运行
  
• 95 °C = 高功率运行
  
• 90 °C = 高功率运行并通过特性线节温器进行调节
  

• 
  当发动机控制单元根据驾驶风格识别到经济工作范围 "经济" 时，DME 调节到一个较高温度 (108 °C)。
  在这个温度范围内能够以相对低的燃油需要量驱动发动机。发动机内部摩擦在较高温度时降低。温度提高有助于低负荷区内耗油量较低。
  在运行模式 "高功率并通过特性线节温器进行调节" 中，驾驶员希望利用发动机的最佳功率扩展。为此，气缸盖中的温度被降低到 90 °C。这个降低产生更好的进气程度，从而引起发动机扭矩升高。发动机控制单元现在与相应的行驶状况相匹配，调节一个规定的工作范围。因此就能够通过冷却系统对油耗和功率施加影响。
  

发动机油节温器

发动机油节温器位于机油滤清器上。

发动机油节温器根据温度打开或关闭。然而它从来不完全关闭，而是有一个通往发动机油冷却器的最小流量。
在机油温度不超过 110 °C 时，发动机油节温器关闭。
输送的发动机机油通过小循环中的发动机油节温器输送到回流管路中。因此保持了发动机的快速暖机过程。
自机油温度达到 110 °C 起，发动机油节温器打开，并且小循环中的开口减小。因此在通往发动机油冷却器的管路中机油流量提高。自约 125 °C 起节温器完全打开。

受体积流量控制的供油

受体积流量控制的油泵 (摆动滑阀叶片泵) 可准确输送达到调节压力级所需的机油量。

建立的机油压力克服压力弹簧的弹力，通过控制管路作用于一个带斜接触面 (摆动支承) 的控制柱塞上。
如果发动机的机油需求增大，则润滑系统内的压力下降并且控制柱塞上的压力也下降。油泵提高输送体积并重新建立以前的压力比。当发动机的机油需求降低时，油泵根据控制柱塞的位置调节较少的输送体积。

机油状态传感器向 DME 控制单元报告机油温度和机油油位。在计算机油油位时，DME 控制单元计算发动机油的加热和冷却持续时间。油压开关提供机油压力信号。DME 控制单元通过 PT-CAN 控制组合仪表中的报警灯和指示灯 (红色：机油压力低；黄色：机油油位低)

燃油按需输送

根据燃油泵和高压泵之间存在的系统压力，燃油低压传感器向发动机控制单元 (DME 控制单元) 输出一个电压信号。
此系统压力 (燃油低压) 可借助高压泵前的燃油低压传感器确定。

在 DME 控制单元内不断比较标准压力与实际压力。在实际压力偏离标准压力时，DME 控制单元提高或降低电动燃油泵的电压，此电压作为信息通过 PT-CAN 发送至 EKP 控制单元。EKP 控制单元把此信息转换成一个用于电动燃油泵的输出电压。因此可以为发动机 (或高压泵) 调节所需的供油压力。

在信号失效时 (燃油低压传感器)，在总线端 Kl. 15 接通时电动燃油泵预控制运行。
当 CAN 总线失效时，通过 EKP 控制单元用施加的车载网络电压驱动电动燃油泵。

高压泵把燃油压力增加到 50 至 200 bar。压缩燃油通过高压管路到达油轨。压缩燃油在油轨中暂时存储，并被分配到喷油嘴。
油轨压力传感器测量油轨中的当前燃油压力。当高压泵中的量控阀打开时，过多输送的燃油重新被供给高压泵进口。
在高压泵失灵时，能够在受到限制的模式下运行。

系统保护

如果在发动机运转时冷却液温度或发动机油温度过高，会影响车辆中的某些功能，要为发动机冷却提供更多的能量。

措施可分为 2 种操作模式：

• 部件保护
  
• 紧急情况
  
  

• 部件保护
  冷却液温度在 117 °C 到 124 °C 之间
  机油温度在 150 °C 到 157 °C 之间
  措施：例如降低空调功率 (至 100 %) 和发动机功率
  
  
• 紧急情况
  冷却液温度在 125 °C 到 129 °C 之间
  机油温度在 158 °C 到 163 °C 之间
  措施：例如降低发动机功率 (至约 90 %)
  
  

售后服务提示

一般说明

警告！燃油系统的操作只可在发动机处于冷态时进行。

当冷却液温度高于 40 °C 时，在松开喷油嘴时燃油可能高速排出。

保留印刷错误、内容疏忽和技术更改的可能性。