『壹』 集大成 拆解寶馬4缸渦輪增壓發動機N20
分體曲軸箱/電弧絲噴塗工藝 【拆解】全新四缸渦輪增壓發動機——N20可謂寶馬的傑作。它肩負著更換自然吸氣直列六缸發動機的重任。人們不可避免地會將這一全新的「傑作」與舊的「經典」進行比較。好在有了渦輪增壓系統和一系列全新的技術裝備，創造了更好的動力性能和燃油經濟性。真的是在用自己的實力踐行寶馬的高效動力戰略。
N20發動機型號分類
【 寶馬3系 】【 寶馬X1 （ 查成交價 | 車型詳解 ）】
寶馬1系 ， 寶馬5系
目前，N20發動機已經安裝在X1、新3系、5系等車型上。根據產地不同，N20發動機分為進口和國產兩個版本，在特定車型上裝配時分為高功率版本和低功率版本，完全可以通過氣缸體上的發動機號來區分。另外，如果你想了解更多關於寶馬發動機號的秘密，請點擊這里。
根據部分網友的反饋，一批20i型號的X1車型的發動機號也是N20B20A。其實在硬體上和28i車型的N20發動機完全一樣，只是軟體調整略有不同，導致車型要配備低功率發動機，但發動機號是高功率發動機。
沈陽鐵西工廠生產的N20發動機嚴格遵循寶馬全球生產流程式控制制體系，不會因為產地不同而導致產品質量差異。具體零部件采購方面，國產N20發動機部分零部件是根據就近原則從國內供應商中選擇，但目前N20發動機國產化率為40%。
在硬體上，高功率發動機和低功率發動機的活塞頂部形狀不同，導致壓縮比不同。這個我會在文章後面詳細講，發動機電腦的程序也會相應調整，以適應更高的功率輸出。這次我們拆解了進口的低功率N20發動機。
●分體式曲軸箱
從上圖可以看出，N20發動機的曲軸箱由兩部分組成，一部分是曲軸箱體，另一部分是底板，通過螺栓與缸體連接，主要用於固定曲軸。與普通發動機僅用襯套蓋固定的方式相比，這種設計可以為氣缸體提供足夠的扭轉剛度，同時可以在高速時為曲軸提供更精確的支撐。
●氣缸壁電弧噴塗工藝
從2021年推出的N54雙渦輪發動機，到現在的單渦輪發動機N55、n 20，都改變了N52發動機的鎂鋁合金缸體，採用了傳統的鋁合金材質來代替。其中，最新的N20發動機首次在氣缸壁上採用了電弧絲噴塗工藝。在這個過程中，金屬鐵被高壓下產生的高溫電弧熔化，鐵被高壓空氣體噴在鋁合金製成的氣缸壁上。
鐵塗層可以有效提高氣缸壁的強度，噴塗後形成的微孔表面可以減少活塞工作時的摩擦。由於鋁合金的導熱性較好，這種工藝只需噴塗一薄層就能滿足相應的要求，在缸體處也能達到最佳的導熱性。與普通鋁合金發動機採用鑄鐵氣缸套的設計相比，N20發動機的電弧絲噴塗工藝更先進。
●兩種材料製成的油底殼
根據車型不同，N20發動機有兩種不同的油底殼材料，其中適用於xDrive車型的N20發動機採用鋁合金油底殼，主要是因為在四驅系統中需要支撐前橋差速器。後驅車N20發動機的油底殼由於不需要支撐其他結構，所以採用耐熱樹脂製成。它的優點是重量輕，隔音好，成本相對較低。
兩種不同材質的油盤集成了油感測器，不僅可以檢測油量，還可以分析油的質量，從而判斷是否需要更換油。這套智能監控維護系統也是寶馬的CBS車況維護服務系統。
●鍛造麯軸
N20發動機採用鍛鋼曲軸，其中四個平衡塊用來保證發動機平穩運轉，其上的平衡孔用來保證曲軸運轉時的動平衡。
活塞銷偏置和曲軸偏置技術
●活塞銷偏置和曲軸偏置技術
活塞銷用於連接活塞和連桿。在表面上，活塞銷正好位於活塞的中心。在壓縮沖程中，活塞在連桿的推動下向上移動。此時，活塞右側緊貼氣缸壁，受到的壓力最大。我們也稱活塞的這一側為二次推動面。在做功沖程期間，活塞向下移動。此時，活塞左側緊貼氣缸壁，受到的壓力最大。因為做功沖程時氣缸內的壓力大於壓縮沖程時的壓力，所以我們也稱活塞左側為主推力面。
對於曲軸位於氣缸中心線的發動機，當活塞到達上止點位置並開始向下運動時，由於活塞與氣缸壁之間的間隙，活塞會從右側向左側運動，並產生一定的撞擊聲，這也稱為敲擊氣缸。為了防止敲擊氣缸，活塞銷的位置通常設計成與活塞主推力面的最大偏差約為2毫米。當活塞反轉時，活塞會在缸筒內傾斜，從而起到提前反轉的作用，從而減少對氣缸的敲擊，活塞銷的偏移幾乎是肉眼看不到的。
很多寶馬發動機都採用了活塞銷正偏的設計來降低爆震聲，但N20發動機活塞銷負偏的設計與寶馬首次在發動機上應用的曲軸正偏設計是一致的。
所謂曲軸偏移是指曲軸的軸線偏移到氣缸中心平面的一側。與活塞銷偏置類似，曲軸偏置也可分為正曲軸偏置到活塞主推力面和負曲軸偏置到活塞副推力面。從上圖可以清楚地看到，N20發動機的曲軸軸線偏離氣缸中心平面。
一般來說，如果活塞銷和曲軸都採用正偏置設計，對降低爆震聲會起到相反的作用，所以N20發動機採用活塞銷負偏置和曲軸正偏置的組合，可以將爆震聲降到最低，但這樣做的缺點是會增加活塞主推力面的摩擦力。
曲軸偏置設計的另一個優點是，連桿在做功沖程時更接近垂直狀態，這樣燃燒產生的壓力可以更多地施加到曲軸上，同時可以減少活塞對氣缸壁的壓力和摩擦，從而提高活塞運動的效率。總的來說，N20發動機最終通過活塞銷負偏置和曲軸正偏置的設計，降低了爆震聲，提高了發動機的工作效率。
●活塞
N20發動機的高功率版本和低功率版本都體現在硬體上，主要是因為活塞頂的形狀不同，導致兩個版本的壓縮比不同。高功率版本通過更大的增壓值獲得更高的功率輸出，為了減少爆震的發生，其壓縮比為10: 1。低功耗版本正好相反，所以壓縮比可以相應提高。低功率版本發動機的壓縮比為11:1。
Double-VANOS/Valvetronic
●凸輪軸
N20發動機的凸輪軸採用空中心結構，既提高了強度，又減輕了重量。凸輪軸上的凸輪等相關部件通過熱壓工藝直接壓在凸輪軸上，可以有效提高凸輪軸的製造精度。
●雙VANOS可變氣門正時系統
N20發動機採用最新一代的Double-VANOS雙可變氣門正時系統，用於進氣門和排氣門。與N55發動機使用的VANOS系統相比，新的VANOS系統可以更快地調整正時，與N55發動機相同的是進排氣門的最大調整范圍。同時，新的VANOS系統通過改進油路和電磁閥的相應結構，降低了對油中污染物的敏感性。
很多拆解的零件都可以標上二維碼，在發動機裝配時通過掃碼就可以確定這些零件是否是這台發動機所需要的，從而提高裝配效率，同時還可以詳細查詢零件的生產日期和流向。
●第三代Valvetronic電子氣門升程系統
N20發動機採用與N55發動機相同的第三代Valvetronic電子氣門升程系統，其特點是驅動偏心軸旋轉的伺服電機尺寸更小，用於檢測偏心軸旋轉角度的感測器也集成在伺服電機中。此外，它的工作原理完全沒有改變，進氣門側的氣門升程仍然可以從0.3毫米無級調節到9.9毫米。
以下視頻生動直觀地介紹了Valvetronic電子氣門升程系統的工作原理。請點擊播放。
更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。
此外，N20發動機排氣閥側的氣門也應用了氣門補鈉技術，將氣門桿設計成中空結構，然後用金屬鈉填充。在發動機正常工作溫度下，液態金屬鈉會隨著閥門的開啟和關閉而上下移動。鈉由於比熱容大，可以從閥頭吸熱並傳導，在惡劣的工作環境下降低了閥門的溫度。
●雙渦旋渦輪增壓器
N20發動機採用與N55發動機相同的雙渦管渦輪增壓器。所謂雙渦管是指有兩條互不幹擾的管道通向排氣渦輪側。對於四缸發動機，按照1-3-4-2缸的工作順序，1缸和4缸組成一條管路，2缸和3缸組成另一條管路。雙渦卷的結構設計可以減少排氣干擾，使排氣壓力更加穩定和連續。同時，雙渦卷的結構減小了每個渦卷的截面積，從而提高了廢氣流動的速度，最終達到減少渦輪遲滯和增壓的效果。
N20發動機的排氣歧管和渦輪增壓器焊接成一體，通過比較「dime」可以直觀地了解渦輪和葉輪的直徑。渦輪增壓器通過發動機機油和冷卻液散熱，其中冷卻液的水道由單獨的電動水泵控制。當車輛關閉時，冷卻液仍然可以在電動水泵的驅動下向渦輪增壓器散熱。
●真空泵
加上渦輪增壓系統，進氣管道在增壓模式下很難提供符合標準的真空度，所以N20發動機也設計了和N55發動機一樣的真空泵，以獲得真空。true 空泵安裝在進氣凸輪軸的一端，隨著凸輪軸的轉動產生true 空，產生的true 空將提供給制動助力器和控制渦輪增壓器中廢氣旁通閥的電子伺服裝置。
平衡軸/可變排量機油泵
●平衡軸
由於四缸發動機的工作間隔角大於六缸發動機，N20發動機在運行舒適性方面存在固有的不足。為了盡可能減少和平衡發動機的振動，N20發動機應用了平衡軸技術。發動機曲軸下方有一個疊加布置的平衡軸機構，由曲軸通過鏈條驅動，其轉速是曲軸的兩倍。此外，其另一端與油泵連接並驅動其運轉。
N20發動機平衡軸機構的設計相當特殊。一是採用疊加布置。第二，兩個平衡軸的轉速相同也相反，是曲軸轉速的兩倍。這說明平衡軸主要用於降低發動機的二階振動，而占整個振動70%以上的一階振動，可能已經被位於曲軸上的平衡塊很好地解決了。
●可變排量油泵
發動機中的油不僅要提供潤滑、冷卻等功能，還要用來傳遞力。因此，油泵不僅要保證充足的供油，還要保證充足的油壓，否則系統的相關部件將難以正常工作。此外，在滿足供應需求的情況下，工程師也希望油泵的功率盡可能小，這樣可以減輕發動機的負荷。
N20發動機採用與N55發動機相同的變排量機油泵。發動機電腦根據發動機的運轉情況來調節機油泵的功率，從而供給最合適的油量，從而在不影響供油的情況下盡可能降低發動機的負荷。
從上圖可以看出，滑閥在調節油室內的油的推動下向右移動，這樣油泵的功率就會降低。傳統機械調節油泵的調節油室內的壓力與發動機主油路的壓力一致。但N20發動機在主油路和調節油室之間設計了電磁閥，可以調節從主油路進入調節油室的油量，從而動態調節油泵的功率。
●噴油器
N20發動機應用缸內直噴技術，高壓油泵由排氣凸輪軸驅動，噴油器由博世提供，最高可承受200 bar的噴射壓力。噴油器雖然不大，但卻是一個非常高科技的部件。它不僅需要在很短的時間內幾乎沒有延遲地噴射燃油，而且還要保證每個氣缸噴油量的一致性。此外，噴油器還具有良好的霧化效果。只有這樣，才能盡可能節約每一滴燃油，提高燃油經濟性。
●發動機計算機
N20發動機的電腦由BOSCH公司提供，與N55發動機相同，放置在發動機進氣歧管上方，由流入發動機的空空氣冷卻。
●關於N20發動機的動畫視頻
上面提到的N20發動機技術有很多亮點，有些朋友可能不完全了解。沒關系。下面有趣的動畫以另一種形式解釋了N20引擎。相信看完之後你會對它印象深刻。
更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。
全文摘要:
N20發動機和N55發動機都配備了渦輪增壓器、缸內直噴系統和Valvetronic電子氣門裝置，所以N20和N55在很多零部件和結構設計上都很相似。但作為替代經典N52發動機的作品，寶馬首次將曲軸偏置、新一代Double-VANOS、電弧絲噴塗技術、平衡軸等技術創新性地應用到N20上。可以說，全新的N20發動機融合了寶馬在發動機領域的積累和沉澱，同時又融合了創新和進取，它所能取得的輝煌或許只能通過時間來正名。
@2019