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宝马N54发动机

2013-07-10 46页 pdf 43MB 61阅读

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宝马N54发动机 售后服务培训 学员工作手册 N54 发动机 BMW 售后服务 本工作手册中所包含的信息仅适用于 BMW 售后服务培训班的学员。 有关技术数据方面的更改 / 补充情况请参见 BMW 售后服务的最新相关信息。 信息状态:2006 年 6 月 联系地址:conceptinfo@bmw.de © 2006 BMW AG 慕尼黑,德国 未经 BMW AG(慕尼黑)的书面许可不得翻印本...
宝马N54发动机
售后服务 学员工作手册 N54 发动机 BMW 售后服务 本工作手册中所包含的信息仅适用于 BMW 售后服务培训班的学员。 有关技术数据方面的更改 / 补充情况请参见 BMW 售后服务的最新相关信息。 信息状态:2006 年 6 月 联系地址:conceptinfo@bmw.de © 2006 BMW AG 慕尼黑,德国 未经 BMW AG(慕尼黑)的书面许可不得翻印本手册的任何部分 VS-12 售后服务培训 学员工作手册 N54 发动机 有关本工作手册的说明 所用符号 为了便于理解内容并突出重要信息,在本工作手册中使用了下列符号: 所包含的信息有助于更好地理解所述系统及其功能。 ƒ 示某项说明内容结束。 当前状况和国家规格 BMW 车辆满足最高的安全和质量要求。环保、客户利益、设计或结构方面的 变化促使我们继续开发车辆的系统和组件。因此本工作手册中的内容与培训所 用车辆情况可能会不一致。 本文件仅介绍了欧规左侧驾驶型车辆。右侧驾驶型车辆部分操作元件或组件的 布置位置与本工作手册的图示情况不同。针对不同市场和出口国家的配置型号 可能还有其它不同之处。 其它信息来源 有关各主题的其它信息请参见: - 产品信息 - 用户手册 - BMW 诊断系统 - 车间系统文件 - BMW 售后服务技术。 目录 N54 发动机 培训 1 知识问答 1 高效的动力性 3 曲轴箱通风 5 发动机冷却系统和进气系统 12 废气涡轮增压系统 17 燃油系统 26 1 培训 N54 发动机 知识问答 入学测验 本章将检查有关 N52 发动机和 N73 发动机 主题的基础知识。 请在正确答案前打勾: 1. 是否通读过 SIP N52 发动机和 N73 发动机? ¨ 是 ¨ 否。 2. 为什么 N73 发动机使用高压泵? ¨ 高压泵产生直接喷射所需要的高喷射压力。 ¨ 电动高压泵确保提供足够的燃油。 ¨ 由于燃油需求量较大,因此机械式高压泵为电动燃油泵提供支持。 3. N52 发动机冷却循环回路排气时需要注意什么? ¨ 针对这种冷却液泵有一个必须在发动机运转状态下才能执行的专用排气程序。 ¨ 针对这种冷却液泵有一个专用排气程序。 ¨ 该发动机的排气方式与使用机械驱动式冷却液泵的发动机相同。 4. 使用铝合金螺栓时需要注意什么? ¨ 铝合金螺栓只能使用一次。 ¨ 铝合金螺栓允许多次使用。 ¨ 铝合金螺栓采用一种特殊的拧紧方式。 ¨ 铝合金螺栓的处理方式与钢制螺栓相同。 5. 进行 N52 发动机冷却液泵的安装工作时需要注意什么? ¨ 无需注意任何事项。 ¨ 拆卸冷却液泵时要加注冷却液,存放时冷却液泵内应留有冷却液。 ¨ 安装前必须用手转动冷却液泵轮。 6. N52 发动机的曲轴箱使用哪些材料? ¨ 铝合金 ¨ 镁合金 ¨ 钢 ¨ 铸铁。 2 7. N52 发动机机油泵的调节参数是什么? ¨ 机油压力 ¨ 机油流量。 8. 怎样识别出铝合金螺栓? ¨ 通过螺距 ¨ 通过螺栓重量 ¨ 通过蓝色的螺栓头 ¨ 通过螺栓的非磁性特性。 9. 为什么在全世界范围内 N73 发动机都可以采用直接喷射方式? ¨ 该发动机采用均匀混合气方式,因此与燃油中的含硫量无关。 ¨ 该发动机采用分层混合气方式,因此与含硫量无关。 ¨ 该发动机装有进气管喷射装置,因此与含硫量无关。 10. VALVETRONIC 由哪些系统组成? ¨ 双 VANOS ¨ VANOS ¨ 进气门的可变气门行程调节装置 ¨ 进气门和排气门的可变气门行程调节装置。 11. 哪种说法是正确的? ¨ VALVETRONIC 通过在稀混合气区域内运行提高发动机效率。 ¨ VALVETRONIC 通过降低机械损失提高发动机效率。 ¨ VALVETRONIC 通过降低换气损失提高发动机效率。 3 高效的动力性 法规要求限定了动力范围,客户期望确定了目 标方向。不断追求创新的核心动力来自于 BMW 品牌意识、企业技术能力及由此提出的 产品要求。驾乘乐趣是在客户期望和对工程师 提出挑战的基础上产生的动力。 今天的驾乘乐趣不仅仅在于追求最大动力,而 且越来越趋向于不断提高效率。无需以过高油 耗来换取动力也是一种理性的驾乘乐趣。因此, BMW 明确规定了高效动力性的总体研发目 标。每一代新型发动机都为进一步提高动力性 提供了前提条件。同时每一款新型动力系统都 考虑到了如何提高经济性。 任务 1: 在下图中高效动力性的三个柱状部分处填入相关内容并回答下列问题。 高效动力性 1. N54 发动机怎样实现高效的动力性? ¨ 增大排量 ¨ 采用喷束导向式直接喷射装置降低耗油量 ¨ 通过涡轮增压系统提高大功率发动机的功率。 4 技术数据 下表列出了 N54 发动机最重要的技术数据。 任务 2: 补充下表中所缺的技术数据。 名称 数值 结构形式 6 缸直列发动机 排量 [cm3] 缸径 / 行程 [mm] 84/89.6 气缸间距 [mm] 91 曲轴主轴承直径 [mm] 65 曲轴连杆轴承直径 [mm] 50 点火顺序 1-5-3-6-2-4 功率 [kW/HP] 对应转速 [rpm] 扭矩 [Nm] 对应转速 [rpm] 限速转速 [rpm] 比重量 [kg/kW] 0.83 升功率 [kW/l] 75.5 压缩比 10.2 每缸气门数 4 进气门直径 [mm] 31.44 排气门直径 [mm] 28 进气凸轮轴开启角度 [°曲轴] 125-70 排气凸轮轴开启角度 [°曲轴] 130-85 进气凸轮轴调节角度 [°曲轴] 55 排气凸轮轴调节角度 [°曲轴] 45 发动机重量 [kg](总成 11 至 13) 187 燃油系统设计参数 [RON] 98 燃油 [RON] 95-98 发动机油 长效 04 SAE 5W-30 爆震控制 是 发动机管理系统 欧洲排放标准 EURO4 美国排放标准 ULEV2 5 曲轴箱通风 标准化功能 泄漏气体与发动机油的混合气通过排气通道 (2)进入一个油气分离器(8),油气分离器 从这种混合气中分离出发动机油。 分离出的发动机油通过一个排油管路(9)流 回到油底壳内。净化后的泄漏气体通过一个调 压装置(7)经过一个至进气管(6)的通道进 入进气系统的洁净空气管内。 1 – 曲轴箱通风,标配功能 索引 说明 索引 说明 1 节气门 6 至进气管的通道 2 排气通道 7 调压装置 3 机油回流管路 8 油气分离器 4 曲轴空间 9 排油管路 5 油底壳 6 油气分离器 N54 发动机上安装了一个气旋式分离器。在油 气分离器壳体内有四个所谓的气旋。 2 – N54 发动机的气旋式分离器 从曲轴箱内吸入的油雾在气旋内旋转。离心力 使较重的机油沉积在气旋壁上并滴入排油管路 内,而较轻的泄漏气体则从气旋中部处吸出。 净化后的泄漏气体从该处送至进气系统。 7 8 曲轴箱通风,自吸式发动机运行模式 由于 N54 发动机采用了废气涡轮增压系统, 因此装有一种特殊的曲轴箱通风装置。 3 – 曲轴箱通风,自吸式发动机运行模式 9 索引 说明 索引 说明 A 过压 7 油底壳 B 真空 8 机油回流通道 C 废气 9 废气涡轮增压器 D 机油 10 气缸列 2 增压空气进气管路 E 泄漏气体 11 至气缸列 2 增压空气进气管路的软管 1 空气滤清器 12 进气集气管单向阀 2 进气集气管 13 节气门 3 气旋式油气分离器 14 增压空气进气管路单向阀 4 放油阀 15 至进气集气管的通道 5 排气通道 16 压力节流阀 6 曲轴空间 只有进气集气管(2)内处于真空(B)状态, 即处于自吸式发动机运行模式时,才能使用标 准功能。 如果通过增压装置使进气集气管内的压力升 高,就无法再通过这种方式吸入泄漏气体(E)。 由于存在可能使增压压力进入曲轴箱的危险, 因此在至进气管的通道内装有一个单向阀。由 于压力过低时存在通过曲轴箱通风装置使机油 吸入进气装置的危险,因此必须在曲轴箱通风 装置的相关区域安装限压装置。在 N54 发动 机内通过一个节流阀(16)限制曲轴箱通风装 置内的流量和压力值。 4 – N54 发动机的曲轴箱通风装置 索引 说明 1 增压空气进气管路单向阀 2 增压运行模式下排气 3 进气集气管单向阀和压力节流阀 4 自吸式发动机运行模式下排气 在自吸式发动机运行模式下,排气(4)通过 一个集成在气缸盖罩的分配条直接进入气缸盖 的进气通道内。 10 曲轴箱通风,增压运行模式 在增压运行模式下,进气集气管内的压力升高, 因此单向阀(14)闭合。由于增压空气进气管 路在这种运行模式下处于真空状态,因此该真 空使至增压空气进气管路的单向阀(12)打开, 泄漏空气通过废气涡轮增压器泵轮和增压空气 冷却器进入进气集气管。 由于增压空气进气管路处于这个位置时气流速 度很快,而且可能会在吸入泄漏气体时形成冰 晶,因此在该接口处装有一个 PTC 加热装 置。该加热装置的功能与 N52 发动机的加热 装置相同。 5 – 曲轴箱通风,增压运行模式 11 任务 1: 序号(13)所示部件的位置对序号为(12)和(14)的部件有什么影响? 答案: 索引 说明 索引 说明 A 过压 7 油底壳 B 真空 8 机油回流通道 C 废气 9 废气涡轮增压器 D 机油 10 气缸列 2 增压空气进气管路 E 泄漏气体 11 至气缸列 2 增压空气进气管路的软管 1 空气滤清器 12 进气集气管单向阀 2 进气集气管 13 节气门 3 气旋式油气分离器 14 增压空气进气管路单向阀 4 放油阀 15 至进气集气管的通道 5 排气通道 16 压力节流阀 6 曲轴空间 如果排气装置排出蓝烟,则要检查发动机 是否通过曲轴箱通风装置将机油一起吸入燃烧 室内,这可能是曲轴箱通风装置损坏造成的。 出现这种情况的明显特征是,废气涡轮增压器 的气缸列 2 增压空气进气管路内侧有积油。ƒ 实际工作 任务 2: 发动机的前部曲轴密封环漏油。 分组讨论可能引起该问题的原因并拆卸相关部件。 按照相关维修说明清除实际故障。 答案: 12 发动机冷却系统和进气系统 N54 发动机的冷却系统由一个水冷系统和一 个单独的机油冷却系统组成。 将两种冷却系统分开可防止通过发动机油将热 量传递到发动机冷却液内。 6 – N54 发动机的冷却系统 13 任务 1: 补充下表所缺名称。 索引 说明 索引 说明 1 散热器 (冷却液 / 空气热交换器) 9 暖风热交换器 2 10 气缸盖出口温度传感器 3 出口冷却液温度传感器 11 4 发动机油冷却器 (发动机油 / 空气热交换器) 12 补液罐 5 变速箱油冷却器节温器 (受变速箱油温度控制) 13 6 14 变速箱油冷却器 (冷却液 / 变速箱油热交换器) 7 15 风扇 8 废气涡轮增压器 由于与其它 3 升汽油发动机相比,这种发动 机的功率提高到 75.5 kW/l,因此其热量明显 增大。这种框架条件要求采用具有更高功率的 发动机冷却系统。 虽然有些因素影响了冷却效果,但仍实现了提 高功率的目标。例如: l 由于增压空气冷却器安装在散热器下方,因 此气流面积大约减小 15 %。 l 因安装其它部件而进一步限制了原本就较 小的发动机室安装空间。 l 由于废气涡轮增压器通过冷却液冷却,因此 增压器的热量会传递到系统内。 提高冷却系统功率的措施: l 功率提高的冷却液泵 400 W/9000 l/h l 将水冷和发动机油冷却系统分开 l 功率提高的散热器 l 针对所有型号的变速箱都使用功率提高的 电风扇 600W。 14 7 – N54 发动机的进气导管 索引 说明 索引 说明 1 增压运行模式下泄漏气体的 PTC 加热装置 8 气缸列 1 增压空气进气管路 2 气缸列 2 循环空气管路 9 增压空气冷却器 3 节气门连接法兰 10 增压空气集气管路 4 空气滤清器 11 气缸列 1 废气涡轮增压器 5 气缸列 1 循环空气管路 12 气缸列 2 废气涡轮增压器 6 进气管 13 气缸列 2 增压空气进气管路 7 增压空气压力管路 由于 N54 发动机是涡轮增压发动机,因此进 气导管非常重要。 利用排出废气的能量事先压缩吸入的新鲜空 气,从而使更多的空气进入燃烧室内。只有在 系统无泄漏的情况下该系统才能正常工作。 安装进气导管时,必须确保部件的安装位 置准确无误且管路连接接口密封严密。在某些 情况下,系统泄漏会导致增压压力不正确。发 动机管理系统会识别出这种情况且发动机将转 换到应急运行模式(停用增压压力调节装置)。 在这种情况下会感觉到发动机功率下降。ƒ 15 8 – 增压运行模式的进气导管 索引 说明 索引 说明 1 发动机控制单元 MSD80 14 气缸列 1 循环空气管路 2 至真空泵的管路 15 增压空气压力管路 3 电子气动压力转换器(EPDW) 16 增压空气冷却器 4 泄漏气体 PTC 加热装置 17 增压空气集气管路 5 增压运行模式的泄漏气体管路 18 气缸列 1 增压空气进气管路 6 气缸列 2 增压空气进气管路 19 气缸列 1 废气旁通阀 7 气缸列 2 循环空气管路 20 气缸列 1 废气旁通执行机构 8 进气管压力传感器 21 气缸列 2 废气旁通阀 9 气缸列 2 循环空气减压阀 22 气缸列 2 废气旁通执行机构 10 空气滤清器 23 气缸列 1 废气涡轮增压器 11 增压压力和增压空气温度传感器 24 气缸列 2 废气涡轮增压器 12 节气门 25 至气缸列 2 的催化转换器 13 气缸列 1 循环空气减压阀 26 至气缸列 1 的催化转换器 16 任务 2: 序号为 11 的部件为 N54 发动机增压装置提供哪些信息? 答案: 新鲜空气经过空气滤清器(10)和增压空气进 气管路(6)和(18)由废气涡轮增压器(23) 和(24)的泵轮吸入并压缩。 由于废气涡轮增压器的运行温度很高,因此将 其与冷却循环回路和发动机油循环回路连接在 一起。增压空气在废气涡轮增压器内压缩时产 生很高的温度。因此需要通过一个增压空气冷 却器(16)对其再次冷却。 经过压缩和冷却的增压空气从增压空气冷却器 处通过节气门(12)进入进气管。 为了确保新鲜空气进气量始终与相应的发动机 运行条件相符,该系统装有一些传感器和执行 机构。在下文中将介绍如何协调这些复杂关系。 17 废气涡轮增压系统 9 – 废气涡轮增压器 索引 说明 A 泵轮 B 冷却 / 润滑装置 C 涡轮 工作原理 废气涡轮增压器通过发动机废气驱动。就是说 带有压力的废气通过废气涡轮增压器的涡轮, 并以这种方式为同一个轴上的泵轮提供驱动 力。 在此事先压缩进气,从而提高发动机燃烧室的 进气量。这样可提高喷射和燃烧的燃油量,从 而提高发动机的功率和扭矩。涡轮和泵轮的最 高转速可达 200,000 rpm。废气入口温度最高 可达 1050 °C。 由于温度很高,因此 N54 发动机的废气涡轮 增压器不仅与发动机油系统相连,而且还集成 在发动机的冷却循环回路内。N54 发动机装有 电动冷却液泵时,还可以在关闭发动机后排出 废气涡轮增压器内的余热,从而防止轴承壳体 内的润滑油过热。 利用冷却液泵的继续运行功能可排出废气 涡轮增压器内的积热,从而防止轴颈处机油焦 化。这是一项重要的部件保护功能。ƒ 18 双涡轮增压系统 废气涡轮增压器的响应速度对于 N54 发动机 来说最为重要。不允许对驾驶员的要求(即加 速踏板位置)做出延迟反应。即不能让驾驶员 感觉到所谓的“涡轮效应滞后”。在 N54 发 动机上用两个相互并联的小型涡轮增压器解决 了这个问题。 气缸 1、2 和 3(气缸列 1)驱动废气涡轮增 压器(5),气缸 4、5 和 6(气缸列 2)驱 动另一个废气涡轮增压器(2)。 小型废气涡轮增压器的优点在于,在废气涡轮 增压器加速过程中由于涡轮惯量较小因此加速 质量较小,因而泵轮可以更快地达到较高的增 压压力。 10 – 废气涡轮增压器部件 1 索引 说明 索引 说明 1 气缸列 2 废气旁通执行机构 7 冷却液供给管路 2 气缸列 2 废气涡轮增压器 8 气缸列 1 平板式宽度氧传感器 3 气缸列 2 排气歧管 9 气缸列 2 平板式宽度氧传感器 4 气缸列 1 排气歧管 10 废气旁通操控杆 5 气缸列 1 废气涡轮增压器 11 气缸列 1 催化转换器 6 冷却液回流管路 12 气缸列 2 催化转换器 19 增压压力调节装置 废气涡轮增压器的增压压力与到达废气涡轮增 压器涡轮处的废气气流有直接关系。无论是废 气气流的速度还是质量都直接取决于发动机转 速和发动机负荷。发动机管理系统通过废气旁 通阀调节增压压力。废气旁通阀由真空执行机 构操纵,这些执行机构由发动机管理系统通过 电子气动压力转换器(EPDW)来控制。 持续运行的发动机真空泵产生真空并将其存储 在一个蓄压器内。这样可以确保这些用电器不 会对制动助力功能产生不利影响。 通过废气旁通阀可将全部或部分废气气流输送 至涡轮处。达到所需增压压力时,废气旁通阀 开始打开,部分废气气流通过旁通通道排出。 这样可防止通过涡轮继续提高泵轮转速。 通过这种控制方法可处理各种运行状况。 处于怠速阶段时,两个废气涡轮增压器的废气 旁通阀均关闭。其结果是,全部废气气流在这 些低发动机转速阶段都用于泵轮加速。需要提 高发动机功率时,泵轮可立即提供所需增压压 力(不会感觉到延时)。 在满负荷情况下,达到最大允许扭矩时通过部 分开启废气旁通阀保持一个较高的恒定增压压 力值。泵轮始终根据运行情况保持相应的转速。 通过开启废气旁通阀可降低涡轮的驱动力,因 此不会进一步提高增压压力,不会增加耗油量。 在满负荷运行模式下,N54 发动机进气管内的 最高表压力为 0.8 bar。 20 11 – 废气涡轮增压器部件 2 索引 说明 索引 说明 1 气缸列 1 机油回流管路 5 气缸列 1 冷却液回流管路 2 供油装置 6 3 冷却液供给管路 7 气缸列 1 冷却液回流管路 4 气缸列 2 机油回流管路 任务 1: 补充表中所缺的部件名称。该部件有什么作用? 答案: 21 循环空气减压控制 N54 发动机的循环空气减压阀用于降低节气 门快速关闭时不希望出现的增压压力峰值。 因此该阀门对降低发动机噪音起到了重要作用 并且有助于保护废气涡轮增压器部件。 12 – N54 发动机的循环空气减压阀 索引 说明 索引 说明 1 循环空气减压阀 4 节气门 2 空气滤清器(环境压力) 5 循环空气减压阀控制管路 3 进气集气管(进气管压力) 6 增压空气压力管路(增压压力) 如果发动机转速较高时关闭节气门,进气管内 就会产生真空压力。由于至进气管的通道已阻 断,因此会在泵轮后形成无法消除的较大背压。 这会造成废气涡轮增压器“泵气”。这意味着 l 出现明显感觉到的干扰性泵噪音 l 出现这种泵噪音的同时,废气涡轮增压器还 承受可造成部件损坏的负荷,因为高频压力 波向废气涡轮增压器轴承施加轴向方向的 负荷。 循环空气减压阀是机械操纵式弹簧膜片阀;在 此按如下方式通过进气管压力控制这些阀门: 如果节气门前后存在压力差,进气管压力就会 使循环空气减压阀打开,并将增压压力转至泵 轮的进气侧。压力差一旦超过 0.3 bar,循环 空气减压阀就会开启。这个过程可防止出现造 成部件损坏的干扰性泵动作用。 即使发动机以接近怠速转速运行(P增压 / P进 气压力差 = 0.3 bar),循环空气减压阀也会根 据系统要求开启。但不会对增压系统进一步产 生影响。 废气涡轮增压器在这些低转速范围内承受全部 废气气流的压力,并在接近怠速转速运行时便 对进气预先施加一定压力。如果此时节气门开 启,就会迅速为发动机提供所需要的全部增压 压力。 22 增压空气冷却 13 – E92 的 N54 发动机增压空气冷却器 N54 发动机的增压空气冷却系统用于提高功 率和降低耗油量。废气涡轮增压器内因增压器 温度和压缩作用而受热的增压空气,在增压空 气冷却器内最多可降低 80 °C。 这样可提高增压空气的密度,从而达到更好的 燃烧室充气效果。由此可降低所需要的增压压 力。此外还能降低爆震危险并提高发动机效率。 23 负荷控制 N54 发动机的负荷控制通过节气门和废气旁 通阀实现。 在此节气门是主要执行元件。通过控制废气旁 通阀对增压压力进行微调。 满负荷时节气门完全打开,负荷由废气旁通阀 进行控制。 在负荷控制图中可以看到,在 N54 发动机的 所有运行状况下,废气旁通阀都根据特性曲线 参与负荷控制过程。 14 – N54 发动机的负荷控制 索引 说明 索引 说明 n 发动机转速 rpm 3 根据增压压力调节废气旁通阀 p 进气管内的绝对压力 mbar 4 废气旁通阀部分开启 1 自吸式发动机运行模式 5 废气旁通阀关闭 2 增压运行模式 6 深色 = 废气旁通阀完全关闭 浅色 = 废气旁通阀完全打开 24 调节参数 N54 发动机增压压力控制涉及到以下参数: l 进气温度 l 发动机转速 l 节气门位置 l 大气压力 l 进气管压力 l 节气门前的压力(参考参数)。 发动机控制单元根据这些参数控制电子气动压 力转换器(EPDW)。 通过所达到的增压压力(测量节气门前的压力) 可检查该控制结果。 应急运行模式 如果运行过程中出现功能故障、不可信数值或 与废气涡轮增压调节相关的传感器失灵,就会 切断废气旁通阀的控制,阀门完全打开。因此 不再进行增压。 下面列出了 N54 发动机的一些部件或功 能分组,如果这些部件或功能失灵、出现故障 或数值不可信,就会停用增压压力调节系统。 出现这类故障时通过 EML 指示灯提醒驾驶 员注意。 l 高压燃油系统 l 进气 VANOS l 排气 VANOS l 曲轴传感器 l 凸轮轴传感器 l 增压压力传感器 l 爆震传感器 l 进气温度传感器。 ƒ 在此有一条车辆修理原则非常重要: 要查找故障原因而不是研究结果! 对相关增压部件进行诊断和修理时,要确保利 用现有诊断技术确定这些部件是否确实是损伤 部件。必须始终确保找到故障原因并排除故障, 不要研究故障结果。 例如,增压空气冷却器法兰泄漏可能导致很多 后续问题(结果)。ƒ 有关处理过程的三条黄金准则也同样适用 于 N54 发动机: 1. 不要草率地认为发动机功率损失和故障是 废气涡轮增压器的问题。不要经常随意拆 卸和更换运转正常的废气涡轮增压器。如 果排气装置排出蓝烟,则要检查空气滤清 器内是否有污物或是否因磨损造成发动机 机油消耗过高。此后才能检查废气涡轮增 压器。如果废气涡轮增压器运行噪音过大, 则检查废气涡轮增压器压力侧的所有连接 部位。如果排出黑烟或功率下降,也要先 检查发动机和连接管路。 2. 废气涡轮增压器损坏的主要原因: l 润滑不足造成轴承失灵。因此使泵轮和 涡轮磨入壳体,密封垫损坏。连接轴也 可能折断。 l 异物导致涡轮和泵轮损坏。由此产生的 不平衡会降低效率且可能导致叶片断 裂。 l 润滑油内有污物导致轴颈和轴承上产 生划痕。 25 机油孔和密封垫阻塞,且造成机油泄漏 损失较大。通过一个安装在泵轮前的过 滤器阻止来自外部的沙子、污物、螺栓 和类似物体进入。该过滤器需定期(保 养周期)进行保养。要确保空气滤清器 的洁净空气区域以及至泵轮的空气导 管保持洁净、没有任何颗粒物。 3. 不要对废气涡轮增压器进行任何更改。 切勿尝试更改增压压力调节控制杆。出厂 前已对废气涡轮增压器进行最佳配置。如 果废气涡轮增压器运行时的增压压力高于 发动机制造商的允许限值,可能会造成发 动机运行温度过高,活塞、气缸盖或发动 机支架失灵,或启用发动机电子系统的安 全功能和发动机的应急模式。 ƒ 实际工作 任务 2: 在发动机的废气涡轮增压器区域内出现冷却液损耗现象。 从分解后的发动机上拆下废气涡轮增压器并检查密封垫。 在小组内讨论将废气涡轮增压器与冷却系统连接有哪些优点。 记录相关维修说明的编号。 答案: 26 燃油系统 直接喷射装置是 N54 发动机中的一个决 定性因素。只有采用下文介绍的这种喷射方式, 才能满足针对燃烧过程的复杂要求。 与采用进气管喷射装置的涡轮增压发动机相 比,直接喷射可达到更高的压缩比。同时可降 低满负荷情况下的排气温度。这种喷射方式的 另一个优势在于可以提高部分负荷运行模式下 的效率。 直接喷射的基本原理 采用直接喷射装置时,高压燃油(50 至 200 bar 之间)直接喷入燃烧室内。原则上可以按 照混合气均匀混合或分层混合将汽油直接喷射 分为两个方案,这两个方案在耗油量和污染物 排放方面都具有突出特点。 15 – 混合气形成过程对比 索引 说明 索引 说明 1 进气管喷射 3 分层模式直接喷射 2 均匀模式直接喷射 差别在于混合气形成过程不同。上面的“混合 气形成过程对比”示意图为均匀模式和分层模 式直接喷射时混合气形成的时间过程,以及与 进气管喷射的对比。 混合气成分以四个时刻的空燃比表示。不同颜 色表示根据标尺确定的相应局部空燃比。 27 均匀直接喷射 采用直接喷射模式时喷射阀直接伸入燃烧室 内。燃油在燃烧室内雾化。通过气体在燃烧室 内移动使空气与喷入的燃油混合,从而在点火 时刻形成均匀的(l=1)混合气。混合气形成 过程和燃烧过程与带进气管喷射装置的传统发 动机相似。 由于燃油首先进入气缸并在气缸内蒸发,因此 通过这种雾化可吸收气缸进气的热量。这样可 以降低爆震程度,继而能够提高压缩比。效率 最多可提高 10 %。 28 高精度喷射 HPI 概览和功能 16 - HPI 索引 说明 索引 说明 共轨 高压管路(泵 – 共轨) 燃油压力传感器 共轨压力传感器 燃油量控制阀 高压管路(共轨 – 燃油喷射器) 压电喷射器 供给管路(来自 EKP) 三活塞式高压泵 燃油从燃油箱处通过电动燃油泵 EKP 经供给 管路(5)以 5 bar 预压输送至高压泵(8)内。 预压值通过燃油压力传感器(6)来监控。EKP 根据需要输送燃油。 如果该传感器失灵,EKP 就会在总线端 15 接通时以 100 % 的输送功率继续输送燃油。 燃油在持续运行的三活塞式高压泵(8)内加 压,然后通过高压管路(9)输送至共轨(3) 内。以这种方式存储在共轨内的加压燃油通过 高压管路(1)分配给压电喷射器(2)。 29 任务 1: 根据插图在上表的名称前填入正确序号。 哪个部件用于监控喷射压力? 答案: 17 – 燃油压力示意图 索引 说明 p 压力 m 发动机负荷 n 转速 发动机管理系统根据发动机负荷和发动机转 速确定所需燃油压力。通过共轨压力传感器 (4)测量实际达到的压力值并将其发送至发 动机控制单元。在对比共轨压力规定值和实 际值后通过燃油量控制阀(7)进行调节。 按照最理想的 N54 发动机耗油量和运行平 稳性调节压力。只有在高负荷、低转速的情 况下才需要 200 bar 的压力。 18 – HPI 作业警告提示牌 只有发动机冷却后才能进行该燃油系统方 面的工作。冷却液温度不得超过 40 °C。必须 遵守这项规定,否则高压系统内的剩余压力可 能造成燃油反向喷射。ƒ 进行高压燃油系统方面的工作时,要特别注 意保持清洁并遵守维修说明中列出的工作步 骤。高压管路螺栓连接件上即使出现最微小的 污物或损坏都可能会造成燃油泄漏。ƒ 30 高压泵的结构和功能 19 – 带有燃油量控制阀的高压泵 索引 说明 索引 说明 1 热补偿器 8 溢流阀出口 2 低压单向阀,3 个 9 高压单向阀,3 个 3 发动机管理系统接口 10 摆动盘 4 燃油量控制阀 11 高压泵驱动法兰 5 溢流阀入口 12 高压活塞,3 个 6 EKP 供给管路 13 高压泵供油 7 至共轨的高压接口 14 燃油室,3 个 31 EKP 产生的预压使燃油通过入口(6)输送至 高压泵内。燃油从高压泵处通过燃油量控制阀 (4)和低压单向阀(2)进入泵元件的燃油室 (14)内。燃油在该泵元件内加压并通过高压 单向阀(9)输送至高压接口(7)。高压泵通 过驱动法兰(11)与真空泵相连,因此也由链 条传动机构来驱动。也就是说,只要发动机运 转,三个高压活塞(12)就会在摆动盘(10) 的作用下持续进行往复式运动。因此会随着新 燃油通过燃油量控制阀(4)进入高压泵持续 对燃油加压。燃油量控制阀由发动机管理系统 接口(3)进行控制,从而提供所需燃油量。 燃油量控制阀以打开或关闭燃油供给通道的方 式调节压力。 高压区域内的最大压力不得超过 245 bar。如 果压力过高,就会通过溢流阀经接口(8)和 (5)向低压区域释放高压循环回路的压力。 由于燃油无法压缩,因此这种方法完全可行。 也就是说,燃油体积不会随着压力的改变而改 变。向低压区域释放压力时通过该区域内的油 液体积抵消所产生的压力峰值。 因温度变化而造成的体积变化通过与高压泵供 油装置相连的热补偿器(1)进行补充。 32 在高压泵的泵元件内产生压力 20 – 泵元件 索引 说明 红色 供油 蓝色 燃油 1 金属膜 2 高压活塞 由摆动盘驱动的高压活塞(2)在其上移期间 将机油(红色)压入金属膜(1)内。金属膜 体积增大后减小了可利用的燃油室空间。燃油 (蓝色)在压力作用下压入共轨内。 33 21 – HPI 示意图 索引 说明 索引 说明 1 发动机控制单元 6 高压泵 2 共轨 7 燃油量控制阀 3 高压传感器 8 带有单向阀的高压泵元件 4 压电喷射器 9 带有旁通的溢流阀 5 EKP 燃油量控制阀控制共轨内的燃油压力。发动机 管理系统通过一个脉冲宽度(PWM)信号对其 进行控制。 根据控制信号使节流阀横截面以不同大小开 启,并调节相应负荷点所需的燃油质量流量。 此外还能降低共轨内的压力。 34 应急运行模式 如果诊断出系统内存在故障,例如高压传感器 失灵,就会切断燃油量控制阀的供电;燃油通 过一个所谓的旁通进入共轨内。 HPI 处于应急运行模式时,通过打开废气 旁通阀关闭废气涡轮增压装置。ƒ HPI 处于应急运行模式的原因可能是: l 高压传感器信号不可信 l 燃油量控制阀失灵 l 高压系统泄漏 l 高压泵失灵 l 高压传感器失灵。 ƒ 向外打开式压电喷射器 采用向外打开式压电喷射器实现了喷束导向式 直接喷射,因此为 N54 发动机的整体创新提 供了可能 因为只有这种喷射器才能确保喷入 的燃油锥束保持稳定,即使燃烧室内受压力和 温度的影响。这种压电喷射器可产生最高 200 bar 的喷射压力并使喷嘴针以极快的速度打 开。这样可摆脱受气门开启时间限制的工作循 环而向燃烧室内喷射燃油。 22 – 向外打开式压电喷射器 23 – 向外打开式压电喷射器的安装位置 压电喷射器与火花塞一起集成在进气门与排气 门中间的气缸盖内。安装在此处可避免喷入的 燃油沾湿气缸壁或活塞顶。通过气体在燃烧室 内的移动以及稳定的燃油锥束可均匀形成均匀 的燃油空气混合气。气体移动一方面受进气通 道几何形状的影响,另一方面也受活塞顶形状 的影响。喷入燃烧室内的燃油通过增压空气形 成涡旋,直至点火时刻前在整个压缩室内形成 均匀的混合气。 35 进行 N54 发动机燃油系统方面的工作 时,要确保点火线圈不被燃油弄脏。接触大量 燃油会严重削弱硅酮材料的耐久性。这可能会 导致火花塞头点火放电,从而造成点火断火。 l 改装燃油系统前必须取出点火线圈并盖上 抹布以防止燃油进入火花塞孔。 l 安装压电喷射器前要拆卸点火线圈并彻底 清洁。 l 受燃油严重污染的点火线圈必须更换。 安装和拆卸压电喷射器时必须更换特氟隆 密封圈。即使是起动一次发动机后不得不再次 拆下刚刚安好的喷射器,也要更换该密封圈。 ƒ 带有新特氟隆密封圈的压电喷射器必须尽 快安装到位,因为特氟隆密封圈可能会膨胀。 必须遵守相关维修说明。ƒ 安装时必须确保压电喷射器准确就位。ƒ 用于固定压电喷射器的夹紧支架必须紧靠 在两个喷射器凸缘上,否则无法向压电喷射器 施加所需作用力。ƒ 不得清洁压电喷射器的喷嘴针端部。ƒ 36 向外打开式喷嘴针 喷嘴针从其锥形针阀座内向外压出。因此形成 一个环状间隙。加压后的燃油经过该环状间隙 形成空心锥束,其喷射角度与燃烧室内的背压 无关。 24 – 向外打开式喷嘴针 25 – 向外打开式压电喷射器的喷射锥束 索引 说明 索引 说明 1 理想喷射锥束 3 不允许的喷射锥束扩大部分 2 允许的喷射锥束扩大部分 喷射过程中压电喷射器的理想喷射锥束(1) 可能会扩大(2)。由于发动机内部会形成碳 烟,因此这种现象在一定程度内是允许出现的 且很常见。 但是,如果喷射角度扩大后喷射到火花塞上, 则会导致火花塞损坏。 37 N54 发动机的火花塞插图: l 可能会造成火花塞绝缘体底脚破损。 26 – 绝缘体破损图 l 电极一侧可能会烧损。 27 – 电极一侧烧损图 l 下图所示为没有投诉问题的正常火花塞。 28 – 火花塞正常 l 下图所示为没有投诉问题的待更换火花塞, 该火花塞已使用 100000 km(保养周期)。 29 – 使用 100000 km 的火花塞,没有投诉问题 处理 N54 发动机的火花塞时,必须考虑 这些说明压电喷射器故障的图片。出现这些情 况时仅更换火花塞并不能消除问题的原因。ƒ 38 实际工作 任务 2: 发动机冷却液液位降低。没有发现外部泄漏。此外,客户抱怨制动助力 不足且明显感觉到发动机功率下降。 在小组内讨论哪些原因可能会产生这种故障现象,随后分解后发动机的 相关部件。 消除故障原因并装配整个培训用发动机。 记录相关维修说明的编号。 答案: BMW 售后服务 售后服务培训 80788 慕尼黑 传真 +49 89 382-34450
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