BMW發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓器系統(tǒng)(1)

1、技術(shù)培訓(xùn) 產(chǎn)品信息廢氣渦輪增壓器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理BMW經(jīng)銷商內(nèi)訓(xùn)產(chǎn)品信息廢氣渦輪增壓器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓器系統(tǒng)² 渦輪增壓器² 增壓壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)² 循環(huán)空氣減壓系統(tǒng)² 增壓空氣冷卻系統(tǒng)N54發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)N55發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)N63發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)N74發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)概述廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 渦輪增壓發(fā)動機(jī)是依靠渦輪增壓器來提高進(jìn)氣密度和增大發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的一種發(fā)動機(jī)，渦輪增壓器實際上就是一個空氣壓縮機(jī)。它是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣作為動力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪(位于排氣道內(nèi))，渦輪又帶動同軸的葉輪位于進(jìn)氣道內(nèi)，葉輪就壓縮由空氣濾

2、清器管道送來的新鮮空氣，經(jīng)過中冷器降低進(jìn)氣溫度，從而提高進(jìn)氣密度再送入氣缸。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速加快廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步加快，空氣壓縮程度就得以加大，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量就相應(yīng)地得到增加，就可以增加發(fā)動機(jī)的輸出功率了。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)組成n 渦輪增壓器n 增壓壓力調(diào)節(jié)裝置n 循環(huán)空氣減壓控制n 增壓空氣冷卻系統(tǒng)渦輪增壓器渦輪增壓器是由渦輪室和增壓器組成的機(jī)器。n 渦輪室進(jìn)氣口與排氣歧管相連，排氣口接在排氣管上；n 增壓器進(jìn)氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在進(jìn)氣歧管上；n 渦輪與葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內(nèi)，兩者同軸工作原理：渦輪增壓器是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣作為動力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪(位于排氣道內(nèi)

3、)，渦輪又帶動同軸的葉輪位于進(jìn)氣道內(nèi)，葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣再送入氣缸。渦輪增壓器的潤滑：由于渦輪增壓器連接在排氣側(cè)，所以溫度相對較高，渦輪軸采用全浮式軸承結(jié)構(gòu)，所以渦輪軸的潤滑完全由發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)提供潤滑。渦輪增壓器的冷卻：u 渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速最高可達(dá)200000rpm，廢氣入口溫度最高可達(dá)1050，致使渦輪增壓器的溫度很高，所以渦輪增壓器的冷卻是靠發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。u 當(dāng)發(fā)動機(jī)熄火后，由于渦輪增壓器的溫度還很高，此時停止冷卻會導(dǎo)致軸承殼內(nèi)的潤滑油過熱，形成結(jié)焦，久而久之導(dǎo)致渦輪增壓器軸承處消耗機(jī)油，所以在發(fā)動機(jī)停轉(zhuǎn)后水泵會繼續(xù)控制冷卻液進(jìn)行一段時間冷卻。增壓壓力調(diào)

4、節(jié)裝置廢氣渦輪增壓器的增壓壓力與到達(dá)廢氣渦輪增壓器渦輪處的廢氣氣流有直接關(guān)系。無論是廢氣氣流的速度還是質(zhì)量都直接取決于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)負(fù)荷。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過廢氣旁通閥調(diào)節(jié)增壓壓力。廢氣旁通閥由真空執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過電子氣動壓力轉(zhuǎn)換器（EPDW）來控制。持續(xù)運行的發(fā)動機(jī)真空泵產(chǎn)生真空并將其存儲在一個蓄壓器內(nèi)。這樣可以確保這些用電器不會對制動助力功能產(chǎn)生不利影響。通過廢氣旁通閥可將全部或部分廢氣氣流輸送至渦輪處。達(dá)到所需增壓壓力時，廢氣旁通閥開始打開，部分廢氣氣流通過旁通通道排出。這樣可防止通過渦輪繼續(xù)提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。通過這種控制方法可處理各種運行狀況。處于怠速階段

5、時，兩個渦輪增壓器的廢氣旁通閥均關(guān)閉。其結(jié)果是，全部廢氣氣流在這些低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速階段都用于壓縮機(jī)加速。需要提高發(fā)動機(jī)功率時，壓縮機(jī)可立即提供所需增壓壓力（不會感覺到延時）。在滿負(fù)荷情況下，達(dá)到最大允許扭矩時通過部分開啟廢氣旁通閥保持一個較高的恒定增壓壓力值。壓縮機(jī)始終根據(jù)運行情況保持相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通過開啟廢氣旁通閥可降低渦輪的驅(qū)動能量，因此不會進(jìn)一步提高增壓壓力，不會增加耗油量。在滿負(fù)荷運行模式下，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)的最高表壓力為 0.8 bar。增壓壓力調(diào)節(jié)原理圖循環(huán)空氣減壓控制循環(huán)空氣減壓閥用于降低節(jié)氣門快速關(guān)閉時不希望出現(xiàn)的增壓壓力峰值。因此這些閥門對降低發(fā)動機(jī)噪音起到了重要作用并且有助于保護(hù)渦

6、輪增壓器部件。如果發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時關(guān)閉節(jié)氣門，進(jìn)氣管內(nèi)就會產(chǎn)生真空壓力。由于至進(jìn)氣管的通道已阻斷，因此會在壓縮機(jī)后形成無法消除的較大背壓。這會造成增壓器“泵氣”。這意味著l 出現(xiàn)明顯感覺到的干擾性泵噪音，l 出現(xiàn)這種泵噪音的同時，廢氣渦輪增壓器還承受可造成部件損壞的負(fù)荷，因為高頻壓力波向廢氣渦輪增壓器軸承施加軸向方向的負(fù)荷。真空控制式循環(huán)空氣減壓閥循環(huán)空氣減壓閥是機(jī)械操縱式彈簧膜片閥；在此按如下方式通過進(jìn)氣管壓力控制這些閥門：如果節(jié)氣門前后存在壓力差，進(jìn)氣管壓力就會使循環(huán)空氣減壓閥打開，并將增壓壓力轉(zhuǎn)至壓縮機(jī)的進(jìn)氣側(cè)。壓力差一旦超過0.3 bar，循環(huán)空氣減壓閥就會開啟。這個過程可防止出現(xiàn)造成

7、部件損壞的干擾性泵動作用。即使發(fā)動機(jī)以接近怠速轉(zhuǎn)速運行（P增壓/ P進(jìn)氣壓力差 = 0.3 bar），循環(huán)空氣減壓閥也會根據(jù)系統(tǒng)要求開啟。但不會對增壓系統(tǒng)進(jìn)一步產(chǎn)生影響。廢氣渦輪增壓器在這些低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)承受全部廢氣氣流的壓力，并在接近怠速轉(zhuǎn)速運行時便對進(jìn)氣預(yù)先施加一定壓力。如果此時節(jié)氣門開啟，就會迅速為發(fā)動機(jī)提供所需要的全部增壓壓力。真空控制式廢氣旁通閥的一個主要優(yōu)點是，在中等負(fù)荷范圍時這些閥門可以部分開啟，以免進(jìn)氣預(yù)先加壓過度而增大耗油量。負(fù)荷較高時，這些閥門根據(jù)所需增壓壓力開啟到相應(yīng)的控制位置。電動控制式循環(huán)空氣減壓閥電動控制循環(huán)空氣減壓閥與真空控制式循環(huán)空氣減壓閥不同，安裝在渦輪增壓器增

8、壓側(cè)，由發(fā)動機(jī)控制單元直接控制。節(jié)氣門關(guān)閉時，系統(tǒng)將增壓壓力（節(jié)氣門前）及其提高值與存儲的規(guī)定值進(jìn)行比較。如果實際值超出規(guī)定值達(dá)到一定程度，循環(huán)空氣減壓閥就會打開。從而使增壓壓力轉(zhuǎn)至壓縮機(jī)的進(jìn)氣側(cè)。這樣可防止出現(xiàn)造成部件損壞的干擾性泵動作用。如下圖所示： 增壓空氣冷卻系統(tǒng)發(fā)動機(jī)的增壓空氣冷卻系統(tǒng)用于提高功率和降低耗油量。廢氣渦輪增壓器內(nèi)因其部件溫度和壓縮作用而受熱的增壓空氣，在增壓空氣冷卻器內(nèi)最多可降低80 °C。這樣可提高增壓空氣的密度，從而達(dá)到更好的燃燒室充氣效果。由此可降低所需要的增壓壓力。此外還能降低爆震危險并提高發(fā)動機(jī)效率。下圖為風(fēng)冷式增壓空氣冷卻系統(tǒng)：下圖為水冷式增壓空氣

9、冷卻系統(tǒng)： N54發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓器系統(tǒng)N54發(fā)動機(jī)是第一款采用雙渦輪增壓器、高精度噴射裝置和全鋁合金曲軸箱的6 缸直列發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)具有渦輪增壓發(fā)動機(jī)以前無法達(dá)到的響應(yīng)速度以及延伸至高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的高輸出動力。此外，這款新型渦輪增壓發(fā)動機(jī)還具有BMW6 缸直列發(fā)動機(jī)特有的運行平穩(wěn)性。發(fā)動機(jī)功率的顯著提高要歸功于 BMW 的高精度噴射裝置。第二代汽油直接噴射裝置為確保雙渦輪發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性做出了很大貢獻(xiàn)。在渦輪增壓發(fā)動機(jī)發(fā)明 100 年后，BMW 工程師以這種組合方式在渦輪增壓發(fā)動機(jī)的歷史上書寫了全新的光輝篇章。由于 N54 發(fā)動機(jī)是渦輪增壓發(fā)動機(jī)，因此進(jìn)氣導(dǎo)管非常重要。利用排出廢氣的能量事先

10、壓縮吸入的新鮮空氣，從而使更多的空氣進(jìn)入燃燒室內(nèi)。只有在系統(tǒng)無泄漏的情況下該系統(tǒng)才能正常工作。廢氣渦輪增壓器進(jìn)行進(jìn)氣導(dǎo)管方面的安裝工作時，必須確保部件的安裝位置準(zhǔn)確無誤且管路連接接口密封嚴(yán)密。在某些情況下，系統(tǒng)泄漏會導(dǎo)致增壓壓力不正確。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)會識別出這種情況且發(fā)動機(jī)將處于應(yīng)急運行模式（停用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置）。在這種情況下會感覺到發(fā)動機(jī)功率不足。.新鮮空氣經(jīng)過空氣濾清器（10）和增壓空氣進(jìn)氣管路（6 + 18）由廢氣渦輪增壓器（23 + 24）的壓縮機(jī)吸入并壓縮。由于廢氣渦輪增壓器的運行溫度很高，因此將其與冷卻液循環(huán)回路和發(fā)動機(jī)油循環(huán)回路連接在一起。增壓空氣在廢氣渦輪增壓器內(nèi)壓縮時產(chǎn)生很

11、高的溫度，因此需要通過一個增壓空氣冷卻器（16）對其再次冷卻。經(jīng)過壓縮和冷卻的增壓空氣從增壓空氣冷卻器處通過節(jié)氣門（12）進(jìn)入進(jìn)氣管。為了確保新鮮空氣進(jìn)氣量始終與相應(yīng)的發(fā)動機(jī)運行條件相符，該系統(tǒng)裝有一些傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在下文中將介紹如何協(xié)調(diào)這些復(fù)雜關(guān)系。工作原理廢氣渦輪增壓器通過發(fā)動機(jī)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(jī)提供驅(qū)動力。在此事先壓縮進(jìn)氣，從而提高發(fā)動機(jī)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(jī)的功率和扭矩。渦輪和壓縮機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)200,000 rpm。廢氣入口溫度最高可達(dá)1050 °C。由于溫度很

12、高，因此N54 發(fā)動機(jī)的廢氣渦輪增壓器不僅與發(fā)動機(jī)油系統(tǒng)相連，而且還集成在發(fā)動機(jī)的冷卻液循環(huán)回路內(nèi)。N54 發(fā)動機(jī)裝有電動冷卻液泵時，還可以在關(guān)閉發(fā)動機(jī)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渦輪增壓器內(nèi)的積熱，從而防止軸頸處機(jī)油焦化。這是一項重要的部件保護(hù)功能。雙渦輪增壓系統(tǒng)渦輪增壓器的響應(yīng)速度對于 N54 發(fā)動機(jī)來說最為重要。不允許對駕駛員的要求（即加速踏板位置）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(jī)上用兩個相互并聯(lián)的小型渦輪增壓器解決了這個問題。氣缸1、2 和 3（氣缸列 1）驅(qū)動廢氣渦輪增壓

13、器（5），氣缸 4、5 和 6（氣缸列 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(jī)可以更快達(dá)到較高增壓壓力。增壓壓力調(diào)節(jié)裝置廢氣渦輪增壓器的增壓壓力與到達(dá)廢氣渦輪增壓器渦輪處的廢氣氣流有直接關(guān)系。無論是廢氣氣流的速度還是質(zhì)量都直接取決于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)負(fù)荷。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過廢氣旁通閥調(diào)節(jié)增壓壓力。廢氣旁通閥由真空執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過電子氣動壓力轉(zhuǎn)換器（EPDW）來控制。持續(xù)運行的發(fā)動機(jī)真空泵產(chǎn)生真空并將其存儲在一個蓄壓器內(nèi)。這樣可以確保這些用電器不會對制動助力功能產(chǎn)生不利

14、影響。通過廢氣旁通閥可將全部或部分廢氣氣流輸送至渦輪處。達(dá)到所需增壓壓力時，廢氣旁通閥開始打開，部分廢氣氣流通過旁通通道排出。這樣可防止通過渦輪繼續(xù)提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。通過這種控制方法可處理各種運行狀況。處于怠速階段時，兩個渦輪增壓器的廢氣旁通閥均關(guān)閉。其結(jié)果是，全部廢氣氣流在這些低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速階段都用于壓縮機(jī)加速。需要提高發(fā)動機(jī)功率時，壓縮機(jī)可立即提供所需增壓壓力（不會感覺到延時）。在滿負(fù)荷情況下，達(dá)到最大允許扭矩時通過部分開啟廢氣旁通閥保持一個較高的恒定增壓壓力值。壓縮機(jī)始終根據(jù)運行情況保持相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通過開啟廢氣旁通閥可降低渦輪的驅(qū)動能量，因此不會進(jìn)一步提高增壓壓力，不會增加耗油量。在滿負(fù)荷運

15、行模式下，N54 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)的最高表壓力為 0.8 bar。循環(huán)空氣減壓控制N54 發(fā)動機(jī)的循環(huán)空氣減壓閥用于降低節(jié)氣門快速關(guān)閉時不希望出現(xiàn)的增壓壓力峰值。因此這些閥門對降低發(fā)動機(jī)噪音起到了重要作用并且有助于保護(hù)渦輪增壓器部件。如果發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時關(guān)閉節(jié)氣門，進(jìn)氣管內(nèi)就會產(chǎn)生真空壓力。由于至進(jìn)氣管的通道已阻斷，因此會在壓縮機(jī)后形成無法消除的較大背壓。這會造成增壓器“泵氣”。這意味著l 出現(xiàn)明顯感覺到的干擾性泵噪音，l 出現(xiàn)這種泵噪音的同時，廢氣渦輪增壓器還承受可造成部件損壞的負(fù)荷，因為高頻壓力波向廢氣渦輪增壓器軸承施加軸向方向的負(fù)荷。循環(huán)空氣減壓閥是機(jī)械操縱式彈簧膜片閥；在此按如下方式通過

16、進(jìn)氣管壓力控制這些閥門：如果節(jié)氣門前后存在壓力差，進(jìn)氣管壓力就會使循環(huán)空氣減壓閥打開，并將增壓壓力轉(zhuǎn)至壓縮機(jī)的進(jìn)氣側(cè)。壓力差一旦超過0.3 bar，循環(huán)空氣減壓閥就會開啟。這個過程可防止出現(xiàn)造成部件損壞的干擾性泵動作用。即使發(fā)動機(jī)以接近怠速轉(zhuǎn)速運行（P增壓/ P進(jìn)氣壓力差 = 0.3 bar），循環(huán)空氣減壓閥也會根據(jù)系統(tǒng)要求開啟。但不會對增壓系統(tǒng)進(jìn)一步產(chǎn)生影響。廢氣渦輪增壓器在這些低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)承受全部廢氣氣流的壓力，并在接近怠速轉(zhuǎn)速運行時便對進(jìn)氣預(yù)先施加一定壓力。如果此時節(jié)氣門開啟，就會迅速為發(fā)動機(jī)提供所需要的全部增壓壓力。真空控制式廢氣旁通閥的一個主要優(yōu)點是，在中等負(fù)荷范圍時這些閥門可以部分

17、開啟，以免進(jìn)氣預(yù)先加壓過度而增大耗油量。負(fù)荷較高時，這些閥門根據(jù)所需增壓壓力開啟到相應(yīng)的控制位置。增壓空氣冷卻N54 發(fā)動機(jī)的增壓空氣冷卻系統(tǒng)用于提高功率和降低耗油量。廢氣渦輪增壓器內(nèi)因其部件溫度和壓縮作用而受熱的增壓空氣，在增壓空氣冷卻器內(nèi)最多可降低80 °C。這樣可提高增壓空氣的密度，從而達(dá)到更好的燃燒室充氣效果。由此可降低所需要的增壓壓力。此外還能降低爆震危險并提高發(fā)動機(jī)效率。負(fù)荷控制N54 發(fā)動機(jī)的負(fù)荷控制通過節(jié)氣門和廢氣旁通閥實現(xiàn)。在此節(jié)氣門是主要執(zhí)行元件。通過控制廢氣旁通閥對增壓壓力進(jìn)行微調(diào)。滿負(fù)荷時節(jié)氣門完全打開，負(fù)荷由廢氣旁通閥進(jìn)行控制。在負(fù)荷控制圖中可以看到，在N5

18、4 發(fā)動機(jī)的所有運行狀況下，廢氣旁通閥都根據(jù)特性曲線參與負(fù)荷控制過程?？刂茀?shù)N54 發(fā)動機(jī)增壓壓力控制涉及到以下參數(shù)：l 進(jìn)氣溫度l 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速l 節(jié)氣門位置l 大氣壓力l 進(jìn)氣管壓力l 節(jié)氣門前的壓力（參考參數(shù)）。發(fā)動機(jī)控制單元根據(jù)這些參數(shù)控制電子氣動壓力轉(zhuǎn)換器（EPDW）。通過所達(dá)到的增壓壓力（測量節(jié)氣門前的壓力）可檢查該控制結(jié)果。隨后將達(dá)到的增壓壓力與特性曲線的規(guī)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，必要時可根據(jù)比較結(jié)果校正控制參數(shù)。因此系統(tǒng)在運行過程中對自身進(jìn)行控制和監(jiān)控。應(yīng)急運行模式如果運行過程中出現(xiàn)功能故障、不可信數(shù)值或與廢氣渦輪增壓調(diào)節(jié)相關(guān)的傳感器失靈，就會切斷廢氣旁通閥的控制，閥門完全打開。因此不

19、再進(jìn)行增壓。下面列出了 N54 發(fā)動機(jī)的一些部件或功能分組，如果這些部件或功能失靈、出現(xiàn)故障或數(shù)值不可信，就會停用增壓壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。出現(xiàn)這類故障時通過EML 指示燈提醒駕駛員注意。l 高壓燃油系統(tǒng)l 進(jìn)氣 VANOSl 排氣 VANOSl 曲軸傳感器l 凸輪軸傳感器l 增壓壓力傳感器l 爆震傳感器l 進(jìn)氣溫度傳感器。N55發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓器N55 發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓器進(jìn)行了一些優(yōu)化：l 由于采用新廢氣渦輪增壓器，因此使用全新未過濾空氣進(jìn)氣導(dǎo)管，其結(jié)構(gòu)更簡單l 循環(huán)空氣減壓系統(tǒng)集成在廢氣渦輪增壓器內(nèi)如插圖所示，因為僅使用一個廢氣渦輪增壓器，所以進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單。循環(huán)空氣減壓系統(tǒng)的基本功能相同

20、。與 N54 發(fā)動機(jī)不同的是，在此不以氣動方式操縱循環(huán)空氣減壓閥。在 N55發(fā)動機(jī)中循環(huán)空氣減壓閥是一個直接由 DME 控制的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。循環(huán)空氣減壓閥安裝在廢氣渦輪增壓器上可以明顯減少部件數(shù)量。通過循環(huán)空氣減壓閥可以短時使進(jìn)氣側(cè)與壓力側(cè)連通。與 N54 發(fā)動機(jī)一樣，這款發(fā)動機(jī)也可以降低節(jié)氣門快速關(guān)閉時可能出現(xiàn)的增壓壓力峰值。因此循環(huán)空氣減壓閥對降低發(fā)動機(jī)噪音起到了重要作用并且有助于保護(hù)廢氣渦輪增壓器部件。N55發(fā)動機(jī)采用TwinScroll 廢氣渦輪增壓器,因此排氣歧管采用無間隙六合二結(jié)構(gòu)。每三個排氣通道分別匯集為一個排氣通道，以便 TwinScroll 廢氣渦輪增壓器能夠以最佳方式流入氣

21、流。排氣歧管和廢氣渦輪增壓器彼此焊接在一起，因此是一個部件。N55 發(fā)動機(jī)，廢氣渦輪增壓器在發(fā)動機(jī)殼體上的連接索引說明1排氣歧管2真空罐3至增壓空氣冷卻器的接口4機(jī)油供給管路5循環(huán)空氣減壓閥6機(jī)油回流管路7冷卻液供給管路8冷卻液回流管路9廢氣旁通閥軸10至排氣裝置的接口45廢氣渦輪增壓器N55 使用一個 TwinScroll 廢氣渦輪增壓器替代兩個分開的小廢氣渦輪增壓器（N54 發(fā)動機(jī)中采用這種方式）。以下插圖以草圖形式給出了 TwinScroll 廢氣渦輪增壓器的工作原理。TwinScroll 廢氣渦輪增壓器索引說明A廢氣通道 1（氣缸 1 3） B廢氣通道 2（氣缸 4 6） C至催化轉(zhuǎn)換

22、器的接口D自進(jìn)氣消音器的入口E環(huán)形通道F至增壓空氣冷卻器的出口1廢氣旁通閥2廢氣旁通閥杠桿臂3廢氣旁通閥真空罐4循環(huán)空氣減壓閥索引說明6渦輪8冷卻通道10機(jī)油回流管路11冷卻液回流管路TwinScroll 廢氣渦輪增壓器索引說明A廢氣通道 1（氣缸 1 3） B廢氣通道 2（氣缸 4 6） C至催化轉(zhuǎn)換器的接口D自進(jìn)氣消音器的入口E環(huán)形通道F至增壓空氣冷卻器的出口1廢氣旁通閥2廢氣旁通閥杠桿臂索引說明3廢氣旁通閥真空罐4循環(huán)空氣減壓閥10機(jī)油回流管路11冷卻液回流管路TwinScroll 廢氣渦輪增壓器索引說明A廢氣通道 1（氣缸 1 3） B廢氣通道 2（氣缸 4 6） C至催化轉(zhuǎn)換器的接口

23、D自進(jìn)氣消音器的入口E環(huán)形通道F至增壓空氣冷卻器的出口1廢氣旁通閥2廢氣旁通閥杠桿臂3廢氣旁通閥真空罐4循環(huán)空氣減壓閥5旁通通道索引說明6渦輪7壓縮機(jī)輪8冷卻通道9渦輪軸TwinScroll 廢氣渦輪增壓器功能在極個別情況下廢氣渦輪受恒定廢氣壓力控制。轉(zhuǎn)速較低時廢氣以脈沖方式進(jìn)入廢氣渦輪。脈動造成廢氣渦輪的壓力比值短時較高。因為隨著壓力的增長效率也逐漸提高，所以脈動還使增壓壓力走向和發(fā)動機(jī)扭矩得以改善。這種情況在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時尤其明顯。但是為了在換氣過程中不影響各個氣缸，在此將諸如氣缸 1 3（氣缸列 1）和氣缸 4 6（氣缸列 2）分別匯集到一個排氣管。分開的廢氣氣流在廢氣渦輪增壓器內(nèi)以螺

24、旋形式通過兩個廢氣通道（1 + 2）引向廢氣渦輪。通過這種結(jié)構(gòu)可以最佳利用所出現(xiàn)的脈動產(chǎn)生增壓壓力?，F(xiàn)有的廢氣旁通閥則用于限制增壓壓力。增壓壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過廢氣渦輪增壓器上的廢氣旁通閥調(diào)節(jié)增壓壓力。在此使用電控氣動壓力轉(zhuǎn)換器以無級方式為廢氣旁通閥提供真空，轉(zhuǎn)換器根據(jù)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)信號和規(guī)定壓力信號執(zhí)行。循環(huán)空氣減壓閥通過法蘭固定在廢氣渦輪增壓器上。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)可以直接控制這個循環(huán)空氣減壓閥，因此可以使進(jìn)氣側(cè)與壓力側(cè)之間短路連接。通過循環(huán)空氣減壓閥可以消除節(jié)氣門快速關(guān)閉時可能出現(xiàn)的增壓壓力峰值。因此循環(huán)空氣減壓閥對發(fā)動機(jī)噪音影響很大且有助于保護(hù)廢氣渦輪增壓器部件。節(jié)氣門關(guān)閉時，會

25、產(chǎn)生從節(jié)氣門至廢氣渦輪增壓器的壓力波。這個壓力波作用在廢氣渦輪增壓器的渦輪葉片上，從而作用在葉片軸承上。通過循環(huán)空氣減壓閥可以顯著降低這個壓力波，因此可降低廢氣渦輪增壓器負(fù)荷。N63發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓器N63 發(fā)動機(jī)首創(chuàng)性地采用了將渦輪增壓器和靠近發(fā)動機(jī)的主催化轉(zhuǎn)換器集成在 V 型區(qū)域的優(yōu)化套件。為了確保優(yōu)化套件及重量能夠滿足更高的功率目標(biāo)，根據(jù)進(jìn)氣和排氣通道的換氣情況，廢氣渦輪增壓器和催化轉(zhuǎn)換器安裝在氣缸列之間的 V 型區(qū)域。這種結(jié)構(gòu)可通過縮短導(dǎo)管長度和增大橫截面積，使進(jìn)、排氣側(cè)的壓力損失降至最低。N63 發(fā)動機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)與 N54 發(fā)動機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理非常相似。通過兩個相對較小

26、且并聯(lián)的廢氣渦輪增壓器實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速下的快速響應(yīng)。通過廢氣旁通閥控制增壓壓力。此外還使用了循環(huán)空氣減壓閥。廢氣渦輪增壓器工作原理廢氣渦輪增壓器通過發(fā)動機(jī)廢氣驅(qū)動。即帶壓力的廢通氣過廢氣渦輪增壓器的渦輪并以此方式為同軸上的壓縮機(jī)提供驅(qū)動力。在此對進(jìn)氣進(jìn)行事先壓縮，從而提高發(fā)動機(jī)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(jī)的功率和扭矩。渦輪和壓縮機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 175,000 rpm。廢氣入口溫度最高可達(dá)950 °C。由于溫度很高，因此 N63 發(fā)動機(jī)的廢氣渦輪增壓器不僅與發(fā)動機(jī)油系統(tǒng)相連，而且還集成在發(fā)動機(jī)的冷卻液循環(huán)回路內(nèi)。利用 N63 發(fā)動機(jī)上的電動輔助冷卻液泵還可在

27、關(guān)閉發(fā)動機(jī)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。利用電動輔助冷卻液泵的繼續(xù)運行功能可排出廢氣渦輪增壓器內(nèi)的積熱，從而防止軸頸處機(jī)油焦化。這是一項重要的部件保護(hù)功能。􀁥雙渦輪增壓系統(tǒng)渦輪增壓器的響應(yīng)速度對于 N63 發(fā)動機(jī)來說非常重要。不允許對駕駛員的要求（即加速踏板位置）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”。N63 發(fā)動機(jī)利用兩個相對較小且并聯(lián)的渦輪增壓器解決了這個問題。每個氣缸列各驅(qū)動一個廢氣渦輪增壓器。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(jī)可以更快達(dá)到較高增壓壓力。增

28、壓壓力調(diào)節(jié)裝置廢氣渦輪增壓器的增壓壓力與到達(dá)廢氣渦輪增壓器渦輪處的廢氣氣流有直接關(guān)系。無論是廢氣氣流的速度還是質(zhì)量都直接取決于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)負(fù)荷。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過廢氣旁通閥調(diào)節(jié)增壓壓力。廢氣旁通閥由真空罐操縱，真空罐由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過電子氣動壓力轉(zhuǎn)換器（EPDW）來控制。持續(xù)運行的發(fā)動機(jī)真空泵產(chǎn)生真空并將其存儲在一個蓄壓器內(nèi)。這樣可以確保這些真空控制部件不會對制動助力功能產(chǎn)生不利影響。通過廢氣旁通閥可影響輸送至渦輪的廢氣氣流流量。達(dá)到所需增壓壓力時，廢氣旁通閥就會打開并使部分廢氣氣流通過渦輪。這樣可防止通過渦輪繼續(xù)提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。通過這種控制方法可處理各種運行狀況。處于怠速階段時，兩個

29、渦輪增壓器的廢氣旁通閥均關(guān)閉。因此在低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速期間即可使全部可用廢氣氣流用于壓縮機(jī)加速。需要提高發(fā)動機(jī)功率時，壓縮機(jī)便可立即提供所需增壓壓力（不會感覺到延遲）。在滿負(fù)荷情況下，達(dá)到最大允許扭矩時通過部分開啟廢氣旁通閥保持較高的恒定增壓壓力。壓縮機(jī)始終根據(jù)運行情況保持相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。打開廢氣旁通閥可降低渦輪的驅(qū)動能量，從而限制增壓轉(zhuǎn)速，避免超轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。此外不會進(jìn)一步提高增壓壓力，從而有利于降低油耗。在滿負(fù)荷運行模式下，N63 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)的最高表壓力為 0.8 bar。循環(huán)空氣減壓控制N63 發(fā)動機(jī)的循環(huán)空氣減壓閥用于降低節(jié)氣門快速關(guān)閉時不希望出現(xiàn)的增壓壓力峰值。因此這些閥門對降低發(fā)動機(jī)噪音起到

30、了重要作用且有助于保護(hù)渦輪增壓器部件。如果發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時關(guān)閉節(jié)氣門，進(jìn)氣管內(nèi)就會產(chǎn)生真空壓力。由于至進(jìn)氣管的通道已阻斷，因此會在壓縮機(jī)后形成無法消除的較大背壓。這會造成增壓器“泵氣”。這意味著 出現(xiàn)明顯的干擾性泵噪音， 出現(xiàn)這種泵噪音的同時，廢氣渦輪增壓器還會承受導(dǎo)致部件損壞的負(fù)荷，因為高頻壓力波向廢氣渦輪增壓器軸承施加軸向負(fù)荷。循環(huán)空氣減壓閥是一個電動閥。節(jié)氣門關(guān)閉時，系統(tǒng)將增壓壓力（節(jié)氣門前）及其提高值與存儲的規(guī)定值進(jìn)行比較。如果實際值超出規(guī)定值達(dá)到一定程度，循環(huán)空氣減壓閥就會打開。從而使增壓壓力轉(zhuǎn)至壓縮機(jī)的進(jìn)氣側(cè)。這樣可防止出現(xiàn)造成部件損壞的干擾性泵動作用。增壓空氣冷卻系統(tǒng)N63 發(fā)動

31、機(jī)第一次使用了間接增壓空氣冷卻系統(tǒng)。增壓空氣不直接進(jìn)入氣對氣熱交換器。增壓空氣通過一個空氣 / 冷卻液熱交換器來冷卻。為此 N63 發(fā)動機(jī)配備了一個獨立的封閉式低溫冷卻循環(huán)回路。增壓空氣冷卻系統(tǒng)用于提高功率和降低耗油量。廢氣渦輪增壓器內(nèi)因其部件溫度和壓縮作用而受熱的增壓空氣，在增壓空氣冷卻器內(nèi)可降至 80 °C。這樣可提高增壓空氣的密度，從而達(dá)到更好的燃燒室充氣效率。由此可降低所需增壓壓力。此外還能降低爆震危險并提高發(fā)動機(jī)效率。間接增壓空氣冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點是可以減小安裝空間，因為它可以直接安裝在發(fā)動機(jī)上。此外由于安裝位置靠近發(fā)動機(jī)，還有助于明顯減少增壓空氣導(dǎo)管的長度。這樣可以明顯降低壓

32、力損失，從而改善輸出功率和發(fā)動機(jī)響應(yīng)速度。 負(fù)荷控制N63 發(fā)動機(jī)通過節(jié)氣門和廢氣旁通閥實現(xiàn)負(fù)荷控制。在此節(jié)氣門是主要執(zhí)行元件。通過控制廢氣旁通閥對增壓壓力進(jìn)行微調(diào)。滿負(fù)荷時節(jié)氣門完全打開，負(fù)荷由廢氣旁通閥進(jìn)行控制。由負(fù)荷控制圖可以看出，在 N63 發(fā)動機(jī)的所有運行狀況下，廢氣旁通閥都根據(jù)特性曲線參與負(fù)荷控制過程。 控制參數(shù)N63 發(fā)動機(jī)的增壓壓力控制受以下參數(shù)影響： 進(jìn)氣溫度 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 節(jié)氣門位置 大氣壓力 進(jìn)氣管壓力 節(jié)氣門前的壓力（控制參數(shù)）。發(fā)動機(jī)控制單元根據(jù)這些參數(shù)控制電子氣動壓力轉(zhuǎn)換器（EPDW）。通過所達(dá)到的增壓壓力（測量節(jié)氣門前的壓力）可檢查該控制結(jié)果。隨后將達(dá)到的增壓壓力與

33、特性曲線的規(guī)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，必要時可根據(jù)比較結(jié)果校正控制參數(shù)。因此系統(tǒng)在運行過程中對自身進(jìn)行控制和監(jiān)控。應(yīng)急運行模式如果運行過程中出現(xiàn)功能故障、不可信數(shù)值或與廢氣渦輪增壓調(diào)節(jié)相關(guān)的傳感器失靈，就會切斷廢氣旁通閥的控制，閥門完全打開。因此不再進(jìn)行增壓。下面列出了 N63 發(fā)動機(jī)的一些部件或功能分組，如果這些部件或功能失靈、出現(xiàn)故障或數(shù)值不可信，就會停用增壓壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。出現(xiàn)這類故障時通過排放警告燈提醒駕駛員注意。 高壓燃油系統(tǒng) 進(jìn)氣 VANOS 排氣 VANOS 曲軸傳感器 凸輪軸傳感器 增壓壓力傳感器 爆震傳感器 進(jìn)氣溫度傳感器。 用于渦輪增壓器冷卻的電動輔助冷卻液泵N54 發(fā)動機(jī)利用電動冷卻

34、液泵的繼續(xù)運行功能，在發(fā)動機(jī)關(guān)閉后繼續(xù)排出渦輪增壓器的積熱。N63 發(fā)動機(jī)使用一個 20 W 功率的附加電動冷卻液泵來實現(xiàn)這種功能。它也可以在發(fā)動機(jī)運行期間輔助渦輪增壓器冷卻系統(tǒng)進(jìn)行工作。系統(tǒng)根據(jù)以下因素接通電動輔助冷卻液泵： 發(fā)動機(jī)出口處的冷卻液溫度 發(fā)動機(jī)油溫度 噴射的燃油量。通過噴射的燃油量計算發(fā)動機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的熱量。此功能與六缸發(fā)動機(jī)的熱量管理系統(tǒng)功能相似。電動輔助冷卻液泵的繼續(xù)運行時間可達(dá) 30分鐘。為了改善冷卻效果會接通電風(fēng)扇。 同以前一樣，電風(fēng)扇最長可繼續(xù)運行 11 分鐘，但現(xiàn)在需要電風(fēng)扇運行的情況越來越多。增壓空氣冷卻系統(tǒng)在 N63 發(fā)動機(jī)中，BMW 首次使用了一個間接增壓空氣冷卻

35、系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過一個空氣 /冷卻液熱交換器吸收增壓空氣的熱量。隨后通過一個冷卻液 / 空氣熱交換器將熱量釋放到環(huán)境空氣中。為此增壓空氣冷卻系統(tǒng)擁有一個自己的低溫冷卻循環(huán)回路。此回路與發(fā)動機(jī)冷卻循環(huán)回路相互獨立。增壓空氣冷卻器增壓空氣冷卻器安裝在氣缸蓋端面上。它根據(jù)對流原理進(jìn)行工作，可使增壓空氣冷卻至 80°C。電動冷卻液泵增壓空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻循環(huán)回路通過一個50 W 的泵進(jìn)行驅(qū)動。發(fā)動機(jī)起動時不自動隨之運行。它的運行與下列數(shù)值相關(guān)： 車外溫度 增壓空氣溫度與車外溫度的差值。排氣針對增壓空氣冷卻系統(tǒng)低溫循環(huán)回路的排氣設(shè)有一個專用的排氣程序。它與六缸發(fā)動機(jī)冷卻循環(huán)回路的排氣原理相同。在

36、此有一條車輛修理原則非常重要：要查找故障原因而不是研究結(jié)果！ .對相關(guān)增壓部件進(jìn)行診斷和修理時，要確保利用現(xiàn)有診斷技術(shù)確定這些部件是否確實是損傷部件。必須始終確保找到故障原因并排除故障，不要研究故障結(jié)果。例如，增壓空氣冷卻器法蘭泄漏可能導(dǎo)致很多后續(xù)問題（結(jié)果）。N74發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)N74 發(fā)動機(jī)的廢氣渦輪增壓器位于發(fā)動機(jī)的外部。這將使氣缸夾角為 60° 的 V 12 缸發(fā)動機(jī)的增壓系統(tǒng)和整個外圍設(shè)備獲得最佳布局。在此使用的是傳統(tǒng)（無可變導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu) VNT 和雙渦形）的廢氣渦輪增壓器，為了進(jìn)行增壓壓力調(diào)節(jié)使用了真空控制式廢氣旁通閥。N74 發(fā)動機(jī)渦輪增壓器N74 發(fā)動機(jī)渦輪增

37、壓器的工作原理與 N63 發(fā)動機(jī)相同。每個氣缸列通過一個相對較小的廢氣渦輪增壓器實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速下的快速響應(yīng)。通過廢氣旁通閥控制增壓壓力。此外還使用了循環(huán)空氣減壓閥。N74 發(fā)動機(jī)渦輪增壓器詳細(xì)信息索引說明1排氣歧管接口（廢氣氣流流入）2冷卻液管路接口3催化轉(zhuǎn)換器接口（廢氣氣流流出）4廢氣旁通閥5廢氣旁通通道6渦輪7排油管路接口8循環(huán)空氣減壓閥9壓縮空氣冷卻器接口（壓縮氣體排出）10進(jìn)氣消聲器接口（壓縮氣體進(jìn)入）11壓縮機(jī)輪12用于控制廢氣旁通的真空罐增壓壓力調(diào)節(jié)裝置廢氣渦輪增壓器的增壓壓力與到達(dá)廢氣渦輪增壓器渦輪處的廢氣氣流以及因此而產(chǎn)生的廢氣渦輪增壓器轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系。無論是廢氣氣流的速度還是質(zhì)量

38、都直接取決于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)負(fù)荷。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過廢氣旁通閥調(diào)節(jié)增壓壓力。通過真空罐操縱廢氣旁通閥，由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)通過電子氣動壓力轉(zhuǎn)換器（EPDW）來控制。持續(xù)運行的發(fā)動機(jī)真空泵產(chǎn)生真空并將其存儲在兩個真空蓄能器內(nèi)。這樣可以確保這些真空控制部件不會對制動助力功能產(chǎn)生不利影響。通過廢氣旁通閥可影響輸送至渦輪的廢氣氣流流量。達(dá)到所需增壓壓力時，廢氣旁通閥就會打開并使部分廢氣氣流通過渦輪。這樣可防止通過增大廢氣氣流繼續(xù)提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。在滿負(fù)荷運行模式下，N74 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)的最高壓力為 0.7 bar 。循環(huán)空氣減壓控制和 N63 發(fā)動機(jī)一樣，在 N74 中也使用了一個直接集成在廢氣渦輪增壓器中的電動循環(huán)空氣減壓閥。循