N20发动机的机油供结系统解析
BMWCHE/2015-11-26/技术解析/阅读:次
(一)概述
N20发动机的机油供给系统具有以下特点：配置特性曲线控制式机油泵，配置新型往复式滑阀机油泵，配置VANOS中央阀，采用平衡轴和机油泵传动链条张紧器，配置粗滤机油冷却系统，配置新型组合式机油压力和机油温度传感器。N20 发动机的机油供给系统液压回路见下图
(二)机油通道
N20发动机左后机油通道见下图。
N20发动机右前机油通道见下图。
N20发动机汽缸盖内的机油通道见下图。
N20发动机的机油回流通道见下图。
(三) 机油泵和机油调节
1、机油泵
机油泵连接在平衡轴箱上，它通过一条链条由曲轴驱动。 上部平衡轴用作第一平衡轴，其旋转方向与曲轴相同。有一个齿轮将来白该平衡轴的转速降低至可供机油泵使用。N20发动机的机油泵内部结构见下图。
机油直接作用于滑阀。机油压力越大，滑阀克服弹簧力向泵中心方向的移动量就越多，这样就减小机油的体积流量，从而减小泵输送功率及限制系统压力。这种机油泵无法单独更换，损坏后必须与包括平衡轴在内的整个单元一起更换。
2、机油调节
(1) 机油流量调节。滑阀位置取决于调节油室内的机油压力，该压力可使滑阀克服弹簧力而移动。 如果该压力较小，那么滑阀就会偏离轴线中心的位置，此时输送功率较高。如果该压力较大，那么滑阀就会逐渐压向轴线中心，此时输送功率降低。也就是说，当滑阀位于偏离轴线中心的位置时，抽吸侧的机油体积流量显著增加并使压力侧的机油体积流量显著减小，这样就可以提高泵功率。 当滑阀朝泵轴线方向移动时，机油体积流量减小，直至调节至泵最小功率。
当进行纯粹的体积流量调节时，调节油室内的压力与主机油通道内的压力相同。通过这种方式可在不受所需体积流量的影响下保持压力相对均衡。造成机油回路内所需体积流量存在巨大差异的一个原因是 vANOS单元是否工作。在 VANOS单元内,机油不仅用于润滑,而且还用作液压油。因此，当进行 vANOS单元调节时，系统内的机油压力会下降。此时机油泵内的滑阀就会朝更高输送功率的方向移动，从而提供更多机油，补偿压力损失。
(2) 特性曲线调节。特性曲线调节方式是对体积流量调节方式的进一步简化。特性曲线调节方式可对调节油室内的压力产生影响。为此增加了两个附加阀，一个是电磁阀，即特性曲线调节阀； 另一个是作为基本模式运行的纯液压阀，即紧急阀或称为二级调节阀 (S1R)。
①特性曲线调节阀。该阀装在发动机左侧底板内，它可使机油压力从主机油通道输送至机油泵内的调节油室，见下图。
特性曲线调节阀可通过无级方式减小在调节油室内的机油压力。减小的压力越多，机油泵输送的机油体积流量就越大。 在特性曲线模式下，机油压力被调节在150~ 450kPa之间。
②紧急阀。用于机油特性曲线调节的第二级部件是安装在机油泵壳体内的紧急阀，在油路中该阀位于特性曲线调节阀与机油泵内的调节油室之间。紧急阀是3/2通阀，能够控制机油泵调节油室内的主机油压力。N20发动机机油泵内的紧急阀见下图。
虽然在不使用紧急阀的情况下也可实现特性曲线调节，但紧急阀还是作为特性曲线调节方式的第二级部件，因为它可以实现基本运行模式。 也就是说，当特性曲线调节阀关闭时，紧急阀内的弹簧侧空间内的机油就会产生推动压力，其内部的活塞只承受朝向弹簧侧的压力，因此将压力从主机油通道直接引导至机油泵调节油室内。
切换紧急阀时需要550kPa的压差。在未通电状态下特性曲线调节阀关闭。在特性曲线调节阀失灵情况下，系统自动启用.紧急运行模式并将压力限制为550kPa。 也就是说，基本运行模式就是紧急运行模式，很多原因会导致发动机控制模块启用紧急运行模式，例如，特性曲线调节阀损坏,机油压力传感器损坏,车外温度低于-20℃,发动机机油或冷却液温度过高，发动机长时间高速运转等。机油压力传感器能够识别出紧急阀是否一直保持在某一位置，如果出现这种情况,那么发动机控制模块就会通过改变机油压力来打开紧急阀。
3、溢流阀
溢流阀又称为冷启动阀，它装在机油泵内，当压力在1200~ 1300kPa之间时打开并使机油直接流入油底壳内。在温度较低或机油较稠时，溢流阀可防止机油冷却模块及其密封垫损坏。N20发动机机油泵的溢流阀见下图。
(四) 机油过滤和冷却
N20发动机采用塑料机油滤清器壳体，发动机机油 /冷却液热交换器直接装在该壳体上，整个单元称为机油滤清器模块，见下图。
1、机油冷却
发动机机油/冷却液热交换器设在机油滤清器前方的机油回路中。这种布置方式可使机油滤清器更加靠近曲轴和连杆轴承的轴颈前方，从而更好地过滤污物颗粒。相对于细滤机油冷却系统而言，这是粗滤机油冷却系统。
N20发动机没有热交换器旁通阀，而是采用永久旁通方案，采用一个绕过发动机机油/冷却液热交换器且始终打开的旁通通道。为了确保大部分机油流经发动机机油/冷却液热交换器，在旁通通道内设有节流阀。
2、机油滤清器
N20发动机的主流量机油滤清器取消了回流判断阀，在滤清器元件上安装一个回流判断隔膜，该隔膜用于发动机关闭后防止机油滤清器排空机油。N20发动机的机油滤清器见下图。
回流判断隔膜由橡胶制成，可在机油压力作用下使机油流入滤清器内。当发动机关闭且机油压力降低时，回流判断隔膜利用白身的状态及弹性封住机油通道，使机油无法从滤清器内流出。回流判断隔膜是机油滤清器的一部分，因此每次更换滤清器时应一起更换掉。
N20发动机还有一个滤清器旁通阀，可在发动机机油温度较低、 较稠的状态下使机油绕过滤清器,实现旁通。如果滤清器前、后的压力差超过250kPa,那么该阀就会进行机油旁通。
(五)机油监控
1、机油压力和温度传感器
N20发动机采用新型组合式机油压力和温度传感器。机油压力信号用于特性曲线调节机油泵，机油温度信号用于发动机的热量管理系统。该传感器测量主机油通道内的机油压力和机油温度，这是发动机内的实际机油温度，因此无需再测量油底売内的机、f由温度。 N20发动机的机油压力和温度传感器见下图。
以前的此类传感器有4个电气端子：供电端子、接地端子、温度信号端子、压力信号端子。 而 N20发动机的机油压力和温度传感器有3个电气端子：供电端子、接地端子、信号端子。机油温度和压力信号不再分别通过单独导线传输，而是由一条导线传输，由传感器发出一个脉冲宽度调制 (PWM)信号。 PWM信号有3个固定循环模式，第一个循环模式用于信号同步和诊断，第二个循环模式用于传输温度信号，第三个循环模式用于传输压力信号。由各循环模式下的高电平持续时间确定相关数值，见下表。
机油压力和温度传感器具有自诊断功能，它能够识别出自身内部的机油和电气故障。 对于诊断信号来说,高电平持续时间始终是128µs的倍数,其含义见下表。
2、机油油位监控
为监控机油油位和机油温度，在油底壳处装有热敏式机油油位传感器 (TONS)。这种传感器在以往的 N 系列发动机中已采用过。
(六)机油喷嘴
1、用于活塞顶冷却的机油喊時
N20发动机用于活塞顶冷却的机油喷嘴见下图。
这种机油喷嘴利用内部的单向阀来确保在达到特定机油压力时才会开启或关闭。开启压力为250~290kPa，关闭压力为210kPa。这种机油喷嘴有两个，一个用于汽缸1和3，另一个用于汽缸2和4。在安装过程中，需要借助专用工具进行校准，以便达到正确位置。
2、德条传动装量,
N20发动机的链条传动机构分为两个部分：上半部分的凸轮轴传动装置和下半部分的机油泵传动装置。机油喷嘴也应进行相应设置。
(1) 凸轮轴传动装置。正时链条通过一个位于链条张紧器的机油喷嘴进行润滑，为此在张紧导轨上设有一个用于喷射机油的开口，见下图。
(2) 机油泵传动装置。虽然机油泵传动装置也利用链条张紧器向链条喷射机油，但所喷射的机油并不用于润滑，这是因为链条的一部分是浸入油底売的机油中的。N20发动机机油泵传动装置的机油喷嘴见下图。
3、凸轮轴
凸轮轴的凸轮也通过机油喷嘴进行润滑，为此通过月牙板上的细槽将来自螺栓孔的机油提供给进气凸轮轴，见下图。
安装月牙板时要特别注意清洁，任何污物都有可能堵塞机油喷嘴。如果堵塞，就无法确保凸轮润滑，进而造成气门机构损坏。
在汽缸盖内有一根机油管通过小孔为排气凸轮轴的凸轮喷射机油,共有8个这样的小孔。 此外还有一个小孔用于润滑三段凸轮 (驱动高压泵)。N20发动机带有排气凸轮机油喷嘴的机油管见下图。
4、VaLvetronic何服电动机
用于调节偏心轮的蜗杆传动机构通过机油喷嘴进行润滑，见下图。
安装该机油喷嘴时必须准确校准。此时无需使用专用工具，小心且牢固地将该城嘴卡在VaLvetronic伺服电动机的导轨内。
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