BMW宝马发动机介绍

1、售后服务培训产品信息 发动机机械机构BMW 售后服务除了工作手册外，产品信息中所包含的信息也是 BMW 售后服务培训资料的组成部分。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：2005 年 10 月conceptinfobmw.de© 2005 BMW 集团慕尼黑，德国。未经 BMW 集团（慕尼黑）的书面许可不得翻印本手册的任何部分。 VS-12 售后服务培训产品信息发动机机械机构发动机壳体曲轴传动机构气门机构有关本产品信息的说明所用符号为了便于理解内容并突出重要信息，在本产品信息中使用了下列符号：所包含的信息有助于更好地理解所述系统及其功能。

2、表示某项说明内容结束。产品信息的当前状况由于 BMW 对车辆结构和装备不断进行后续研发和改进，因此本产品信息中的内容与培训所用车辆情况可能会不一致。本手册发行时仅针对左侧驾驶型车辆。右侧驾驶型车辆部分操作元件的布置位置与本产品信息的图示情况不同。其它信息来源有关各主题的其它信息请参见：- 用户手册- BMW 诊断系统- 车间系统文件- SBT BMW 售后服务技术。目录发动机机械机构 目的产品信息和针对实际应用的参考资料车型概览表序言高强度金属材料系统概览相互关系 发动机壳体 曲轴传动机构 气门机构系统组件曲轴箱带有端盖的气缸盖 油底壳曲轴箱通风带有轴承的曲轴 带有轴承的连杆带有活塞环和活塞销

3、的活塞 平衡轴扭转减振装置凸轮轴传动装置（链条传动机构） 凸轮轴摇臂、压杆和挺杆液压气门间隙补偿器（HVA） 带有导向件和弹簧的气门1 1 3 37 715 15 18 19 21 27 27 45 50 51 57 63 68 75 78 83 90 96100102服务信息发动机缸体气缸盖，油底壳，曲轴 带有轴承的连杆带有活塞环和活塞销的活塞，平衡轴 凸轮轴传动装置，气门 总结我应当记住什么。测验问题问题目录问题答案109 109 111 112 113 114 115 115 121 121 125目的发动机机械机构产品信息和针对实际应用的参考资料 概述本产品信息将介绍 BMW 车辆发动

4、机机械机结合培训中的实际练习，学员将能够通过本产构的结构、功能和相互关系。 品信息进行 BMW 发动机机械机构方面的维本产品信息计划作为参考资料，并为 BMW 修工作。售后服务培训所规定的培训课程提供补充内有关当前 BMW 车型系列的基础技术知识和容。本产品信息也适于进行自学。 实际经验有助于更好地了解此处介绍的各个系进行技术培训准备时，本产品信息可提供当前 统及其功能。BMW 车型发动机机械机构的技术关联情况。现有 SIPl N42 发动机l N52 发动机l N62 发动机l N73 发动机l E60 M5 整车请不要忘记通读 SIP（培训和信息教程）内有关这个主题的内容。 基础知识能够为

5、理论和实际应用提供保证。 12车型发动机机械机构概览表功率（kW/PS，rpm扭矩（Nm，rpm）行程/缸径（mm）结构形式和气缸数车型（示例）各缸气门数量排量（cm）首次使用M40B16 M40B18 M42B18 M43B16 M43B18 M43B19TU UL M43B19TU OL M44B19 M50B20 M50B25 M50B20TU M50B25TU M52B20 M52B25 M52B28 M52B20TU M52B25TU M52B28TU M54B22316i 318i 318is 316i 318i518i 316i 318i Z3 1.8 318is Z3 1.9

6、320i 520i 325i 525i 320i 520i 325i 525i 320i 520i 323i 523i 328i 528i 320i 520i 323i 523i 328i 528i 320i 520i73/100 5500 83/113 5500 100/136 6000 75/102 5500 85/115 5500 77/105 5300 87/118 5500 103/140 6000 110/150 5900 141/192 5900 110/150 5900 141/192 5900 110/150 5900 125/170 5900 142/193 5900 11

7、0/150 5900 125/170 5600 142/1935500 125/170 6100 141 4250 162 4250 172 4600 150 3900 168 3900 165 2500 180 3900 180 4300 190 4700 245 4200 190 4700 245 4700 190 4200 245 3950 280 3950 190 3500 245 3500 280 3500 210 3500R4 R4 R4 R4 R4 R4 R4 R4 R6 R6 R6 R6 R6 R6 R6 R6 R6 R6 R61596 72/84 1796 81/849.0

8、2 1988 1993 8.8 2 1987 19931796 81/84 10.0 4 1989 1996 1596 72/84 1796 81/849.7 2 1993 2000 9.7 2 1993 19991895 83.5/85 9.7 2 1998 2002 1895 83.5/85 9.7 2 1997 2002 1895 83.5/85 10.0 4 1995 2000 1991 66/80 10.5 4 1989 1992 2494 75/84 10.5 4 1990 1992 1991 66/80 11.0 4 1992 1994 2494 75/84 10.5 4 199

9、2 1995 1991 66/80 11.0 4 1994 1998 2494 75/84 10.5 4 1995 1998 2793 84/84 10.2 4 1995 1998 1991 66/80 11.0 4 1998 2000 2494 75/84 10.5 4 1998 2000 2793 84/84 10.2 4 1998 2002 2171 72/80 10.8 4 2000 2006截止使用发动机压缩比BMW 提供 4 缸、6 缸直列发动机以及 8 缸、10 缸和12 缸 V 型发动机。自 2001 年以来，汽油发动机系列逐渐替换为发动机名称中带有字母“N”的新一代产品。此外

10、，还有用于 M 车型的“S”系列发动机。33功率（kW/PS，rpm扭矩（Nm，rpm）行程/缸径（mm）结构形式和气缸数车型（示例）各缸气门数量排量（cm）3首次使用M54B25 M54B30 M60B30 M60B40 M62B35 M62B44 M62B35TU M62B44TU M70B50 M73B54 N40B16 N42B18 N42B20 N45B16 N46B18 N46B20 N46B20 UL N46B20 OL N52B25 UL N52B25 OL N52B30325i525i 330i 530i 530i 730i 540i 740i 535i 735i 540i

11、740i 535i 735i 540i 740i 750i 850i 750i 850Ci 316i 316i 318i 116i 316i 318i 118i 318i 120i 320i 523i 325i 525i 530i 630i 141/192 6000 170/231 5900 160/218 5800 210/286 5800 173/235 5700 210/286 5700 180/245 5800 210/286 5400 220/300 5200 240/326 5000 85/115 5500 105/143 6000 85/115 6000 85/115 5500

12、105/143 6000 95/129 5750 110/150 6200 132/177 5800 160/218 6500 190/258 6600 245R6 2494 75/84 10.5 4 2000 20063500 300R6 2979 89.6/84 10.2 4 2000 20063500 290V8 2997 67.6/84 10.5 4 1992 19964500 400V8 3982 80/89 10.0 4 1992 19964500 320V8 3498 78.9/84 10.0 4 1996 19983300 420V8 4398 82.7/92 10.0 4 1

13、996 19983900 345V8 3498 78.9/84 10.0 4 1998 20023800 440V8 4398 82.7/92 10.0 4 1998 20063600 450V12 4988 75/84 8.8 2 1987 19944100 490V12 5379 79/85 10.0 2 1994 20013900 R4 1596 72/84 10.3 4 2001 2004 175R4 1796 81/84 10.3 4 2001 20043750 200R4 1995 90/84 10.0 4 2001 20043750仍在150R4 1596 72/84 10.2

14、4 20044300 使用 175R4 1796 81/84 10.5 4 2004 20063750 200R4 1995 90/84 10.5 4 2004 20063750仍在180R4 1995 90/84 10.5 4 20043250 使用仍在200R4 1995 90/84 10.5 4 20043600 使用仍在230R6 2497 78.8/82 11.0 4 20053500 使用仍在250R6 2497 78.8/82 11.0 4 20052750 使用仍在300R6 2996 88/85 10.7 4 20042500 使用4截止使用发动机压缩比，rpmpm）m）缸数

15、）SrP气m量/3）Wm，m（示例数kNc径用用机（形式和（比门/缸使使动型率（矩构量程缩气缸次止发车功扭结排行压各首截N52B30 130i 195/265 3156600 2500 R6 2996 88/85 10.7 4 2005仍在使用 N62B36 735i 200/272 3606200 3700 V8 3600 81.2/84 10.2 4 2001 2005N62B44 545i 745i 245/333 4506100 3600 V8 4398 82.7/92 10.0 4 2001 2005N62B44 X5 4.4i 235/320 4406100 3600 V8 439

16、8 82.7/92 10.0 4 2003 2006N62B48 X5 4.8is 265/360 4906200 3600V8 4799 88.3/93 10.5 4 2003 2006N62B40TU 540i 740i 225/306 3906300 3500 V8 4000 84.1/87 10.5 4 2005仍在使用N62B48TU 550i 750i 270/367 4906300 3400 V8 4799 88.3/93 10.5 4 2005仍在使用N73B60 760i 327/445 600仍在6000 3950 V12 5972 80/89 11.5 4 2002使用

17、S50B30 M3 210/286 3207000 3600 R6 2990 85.8/86 10.8 4 1992 1995S50B32 M3 236/321 3507400 3250 R6 3201 91/86.4 11.3 4 1995 1999S54B32 M3 252/343 3657900 4900 R6 3246 91/87 11.5 4 1999 2006S54B32HP M3 CSL 265/360 3707900 4900 R6 3246 91/87 11.5 4 2003 2003S62B50 M5 Z8 294/400 5006600 3800 V8 4941 89/9

18、4 11.0 4 1998 2003S70B56 M850 Csi 280/381 5505300 4000V12 5576 80/86 9.8 2 1992 1997S85B50M5373/507 5207750 6100 V10 4999 75.2/92 12 4 2004仍在使用56序言发动机机械机构高强度金属材料发动机机械机构仍然是所有汽油发动机的基满足了基本运行安全要求后，初期阶段的主要础。它负责将燃油内存储的化学能量通过一个要求是提高动力性和减小结构尺寸。在运行平热力学过程转化为运动。油气混合气的燃烧促稳性、重量、耗油量和环保方面的要求也越来使活塞移动。曲轴传动机构使活塞的这种直线

19、越高。从机械角度来看，主要可以通过改进所往复移动转变为圆周运动。曲轴箱装有曲轴传用材料来满足这些要求。但也可以通过后继开动机构且限制了燃烧室的范围。最后在气缸盖发设计方法和制造工艺改进上述特性。由于在内通过气门和通道控制换气情况。发动机结构方面的经验越来越丰富，因此也改自 1876 年 Nikolaus August Otto 研发出变了结构形式。尤其在气缸盖和气门机构方面，使用点燃式发动机和活塞式传动装置的四冲程通过精细设计制造而做出改进的潜力很大。燃气发动机以来一直采用这种方法。但人们对发动机的要求发生了改变。发展史Otto 发明了使用点燃式发动机和活塞式传动当然，这种发动机对可靠性、结构

20、尺寸和重量装置的四冲程燃气发动机后，为了向他表示敬方面的要求要高得多。由于所装载的燃油量有意，人们将这种发动机称为 Otto 发动机（汽限，因此汽油耗油量也非常重要，而且发动机油发动机）。这种发动机很快就投入了大量生运行特性不能影响飞行特性或飞机耐久性。 产。但对于车辆应用来说，这种发动机仍然过在此遇到了高空处空气密度减小而带来了的挑大过重。战。即在稀薄的空气中发动机功率大大减小。从 19 世纪 80 年代中期开始，Gottlieb Daimler 和 Carl Benz 各自制造出了更轻更紧凑的车用发动机。BMW 发动机结构的基础是飞机发动机。由于 BMW 发动机以飞机发动机结构为基础，因此

21、它具有重量轻、动力强劲且运行可靠的突出特性。自 BMW 于 1929 年开始生产汽车时起，对发动机的要求就在不断提高。BMW 始终以其独特的创新成果和技术细节方案为世人所瞩目。71917解决这个棘手问题的方法就是具有传奇色彩的 BMW IIIa“高空发动机”，其它任何飞机发动机都完全无法与其比拟。1 1917：Fokker D VII 和 BMW IIIa 发动机这款车辆的发动机排量为 0.75 L，功率为 15 bhp（对应转速为 3000 rpm）。1929 BMW 批量生产的首款车辆是经过许可由Austin 设计 3/15。2 1929：3/15 和 DA1 发动机81932 这种发动机

22、的曲轴箱和气缸盖仍是彼此独立的3/20 是 BMW 自己设计的首款轿车。它采用部件。其曲轴仅有两个轴承，但采用的是滑动了全新设计的 20 bhp 0.8 L 四缸发动机，这轴承。主轴承和连杆轴承的润滑方式与今天普种发动机的基本方案和技术细节方案为接下来 遍使用的方式相同。20 年的 BMW 系列发动机建立了基础。3 1932：3/20 和 M68 发动机随后开发出了 1.2 L 六缸直列发动机，这种发1954 动机具有当时同等级发动机所不具备的平顺运行特性。 这一年完成了两个最佳设计方案。一个是用于BMW Isetta 的 0.25 L 单缸发动机，另一个此外还不断研究了其它发动机方案。但能够

23、综是用于 BMW 502 的 2.6 L V8 发动机。这两合所有特性的最佳方案始终是六缸直列发动种发动机都采用了铝合金曲轴箱，BMW 502 机。 首次在全球范围内将这种曲轴箱用于标配 V8 此后其设计方案还用于最大 3.5 L 排量的发发动机。 Isetta 的 12 bhp 发动机是当时由 动机和跑车发动机。 BMW 制造的最小的轿车发动机。94 1954：Isetta 和 M241 发动机，502 和 M502 发动机。这个 1.5L 排量的四缸发动机可提供 80 bhp 的功率（对应转速为 5700 rpm）。1962 装有 M115 发动机的 BMW 1500 首次采用了顶置凸轮轴

24、。5 1962：1500 和 M115 发动机101989 其 2 L 排量可提供 150 bhp 的功率。1989 年款 520i 的 M50B20 发动机每缸有四个气门并装有双顶置凸轮轴。6 1989：520i 和 M50B20 发动机2004 这种曲轴箱可以明显降低发动机重量。由于采630i 的 N52B30 发动机首次在全球范围内用了先进的整体设计方案，因此这种 3 L 排量采用了标配铝镁合金曲轴箱。 的发动机可提供 258 bhp 的功率。7 2004：630i 和 N52 发动机11基本概念下列基本概念适用于所有类型的活塞式发动机。l缸径缸径是指一个气缸的直径。l行程位于气缸内的活

25、塞在上下止点之间移动的距离称为行程。l止点止点是指活塞移动的终点，活塞在止点处改变移动方向。止点分为上止点（TDC）和下止点（BDC）。到达上止点处时燃烧室的容积最小，到达下止点处时容积最大。 l排量一个气缸的排量是指活塞在一个行程过程中所经过的空间。或者称作：活塞上止点与下止点位置之间的气缸空间。在发动机的技术数据中，排量通常指的是发动机的总排量。总排量即所有气缸的单个排量之和。 l压缩室指的是活塞到达上止点位置时活塞以上的空间。此时燃烧室的容积最小。l燃烧室燃烧室的边界由气缸盖、活塞和气缸壁构成。到达上止点位置时，燃烧室即压缩室。到达下止点位置时，燃烧室由压缩室和排量构成。l压缩比（e）压

26、缩比是指排量和压缩室容积之和与压缩室容积之比。12l行程/缸径比指的是行程与缸径之比。根据发动机类型可分为长行程发动机和短行程发动机。长行程发动机的行程大于气缸内径，短行程发动机的行程小于或等于气缸内径。缸径与行程相等的发动机属于短行程发动机。这种发动机也称为等径程发动机。l连杆曲轴比（）指的是连杆长度（两个连杆头中点之间的距离）与曲轴半径（主轴承轴颈轴线与曲柄轴颈轴线之间的距离）之比。l平均活塞速度即使发动机转速保持不变，活塞也会不断加速和减速。到达上止点和下止点时，活塞瞬时处于静止状态。处于这两个位置之间时，活塞速度增至最大值随后减至最小值。 由于活塞速度不断变化，因此采用平均活塞速度进行

27、计算。该速度是一个恒定的理论速度，即活塞的平均速度。平均活塞速度通常是指额定转速时的速度，并用作发动机负荷的衡量标准。l最大活塞速度连杆与曲轴半径形成直角时，活塞速度最大。最大活塞速度大约为平均活塞速度的 1.6 倍。l 规定的发动机转速 以一杯水在桌面上滑过的试验为例可以非发动机转速是指曲轴每分钟的转动圈数。 常清楚地说明这种现象。如果以缓慢均匀的每个发动机都有多个不同的重要转速： 速度推动水杯，水便不会溢出。如果突然推起动转速是发动机起动时所需的最低转速。 动或挡住水杯，水便会溢出。水的惯性克服达到怠速转速时，已起动的发动机可自动继了移动状态的变化。续运行。 对于固体而言，这表示必须施加相

28、应的力才处于额定转速时，发动机达到最大功率。 能使物体加速或减速。惯性力取决于物体质最高转速是避免造成发动机机械损伤的最量和加速度。大允许转速。 l 摆动l 惯性力 摆动是指物体沿着一个轴线反复进行往复惯性力是指物体用以克服运动状态变化的运动。阻力。换句话来说，它是反作用于加速度的惯性。发动机结构形式在 120 多年的内燃机历史中提出过很多种气下面列出了汽车制造领域中重要的发动机结构缸布置方案。在汽车领域内仅保留下来几个标形式。准结构。人们按照安装位置、气缸布置和气缸数对发动机进行分类。 直列发动机具有一个气缸列和一个曲轴。所有气缸都以气缸轴线平行的方式依次排成一行。安装位置 V 型发动机（两

29、个气缸列，一个曲轴）的两个安装位置根据气缸轴线的位置来确定。在此分气缸列通常构成 60 至 90° 的夹角。两个气为立式和卧式布置的发动机。如果以倾斜方式缸列的每对对置连杆共用曲轴的一个曲柄轴安装发动机，就像所有 BMW 直列发动机那颈。样，那么该发动机也属于立式布置的发动机。 水平对置发动机与 180° 气缸夹角 V 型发动气缸布置 机的区别就在于此。在此曲柄轴颈采取对置方气缸布置有很多种组合方式，其中一些直接通式布置。因此活塞进行相向和分离运动。这就过代码表示出来。 是取名为水平对置发动机（boxer engine）的原因，因为活塞好像在相互“击打”。13VR 型发动机

30、（缩短了的直列发动机）是 V 型但 BMW 不会为此以损失运行平稳性和发动发动机与直列发动机的组合。这种发动机具有机特性为代价。一个气缸列，但两组气缸的对置夹角为 15°。BMW 只采用直列和 V 型发动机。直列发动每个连杆在曲轴上都有各自的曲柄轴颈。 机，尤其是六缸直列发动机达到了很好的质量W 型发动机有三个气缸列和一个曲轴。每三个平衡。但八缸和更多气缸的发动机因其结构长连杆连接在曲轴的一个曲柄轴颈上。带有两个 度而无法设计为直列发动机。而且在该长度下VR 气缸列的 V 型发动机称为 VVR 发动机，曲轴会承受极高的应力。也称为 W 型发动机。为了节省安装空间，主要采用 VR 型和

31、 W 型发动机。旋转方向规定顺时针旋转式发动机是指曲轴向顺时针方向简单地说就是：从前方看去，BMW 发动机向（朝动力输出端看去向右旋转）转动的发动机。顺时针方向旋转。这是正规的表述方式。 从相同方向看去，逆时针旋转式发动机向逆时针方向旋转。气缸编号顺序与旋转方向规定部分相同，向此方向看发动机时，离你最近的是气缸 1。随后各气缸向动力输出端依次编号。上述方式基本上适用于多气缸列发动机，从第一个气缸列开始排序，随后是第二个气缸列。从相同方向看去，第一个气缸列位于左侧。14系统概览发动机机械机构相互关系发动机机械机构分为三大系统。 首先介绍对发动机特性有重要影响的相互关l 发动机壳体 系：l 曲轴传

32、动机构 l 点火间隔l 气门机构。 l 点火顺序这三个系统始终处于相互配合的状态。 l 质量平衡。点火间隔点火间隔是指两次连续点火之间的曲轴转角。 为了使气缸能够充分点火，必须使相关活塞处在一个工作循环过程中每个气缸点火一次。在于“点火 TDC”位置，即所属进气门和排气四冲程发动机的工作循环（进气、压缩、做功、门必须关闭。只有曲轴和凸轮轴的相对位置正排气）中曲轴转动整整两圈，即曲轴转角为 确时才能实现上述目的。720°。 这个点火间隔由曲柄轴颈偏置（曲柄角距）决相等的点火间隔可在所有转速情况下确保稳定定，即两个依次点火气缸（由点火顺序决定）的发动机运行特性。该点火间隔计算方式如下：

33、的曲柄轴颈之间的夹角。点火间隔 = 720° : 气缸数 V 型发动机的“V”型角也必须大小相同，从而使两个气缸列能够具有相同的点火间隔。因例如： 此，BMW 8 缸的气缸列夹角为 90°，12 缸l 4 缸：180° 曲轴转角（CR） 为 60°。l 6 缸：120° CR 12 缸发动机 S85 除外。经计算，其气缸夹l 8 缸：90° CR 角为 72°。但该发动机的 V 型角为 90°。因此，其点火间隔并不稳定，90° CR 和 54° CRl 12 缸：60° CR。 交替出

34、现。在这种大功率发动机上，为了实现气缸数越多，点火间隔越小。点火间隔越小，其它设计要求必须放弃最理想的点火间隔。 发动机运行越平稳。至少从理论上来讲，质量平衡因素也起到了一定作用，该因素取决于发动机结构形式和点火顺序。发动机机械机构主要分为发 动机壳体、曲轴传动机构和气门机构三个总成。这三个总成之间的关系非常紧密，必须相互协调匹配。 15点火顺序点火顺序是指发动机各气缸点火的顺序。点火顺序通常由第一个气缸开始排序。点火顺序对发动机运行平稳性负有直接责任。下面列出了 BMW 发动机的点火顺序。 它由发动机结构形式、气缸数和点火间隔决定。发动机类型/气缸数曲柄轴颈偏置点火间隔直列 4 缸 直列 6

35、 缸 V 型 8 缸 V 型 10 缸 V 型 12 缸180° 120° 90° 72° 60° - - 90° 90° 60° 180° KW 120° KW 90° KW 90° / 54° KW 60° KW 1-3-4-21-5-3-6-2-4 1-5-4-8-6-3-7-21-6-5-10-2-7-3-8-4-91-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10质量平衡如上所述，发动机运行平稳性取决于发动机结构形式、气缸数、点火顺序和点火间隔

36、。 以 6 缸发动机为例可以说明这些因素的影响。虽然这种发动机需要更大的安装空间和更高的生产成本，但是 BMW 仍将其设计为直列发动机。将一个直列 6 缸发动机与 V 型 6 缸发动机的质量平衡因素进行比较便可了解其原因。 下图展示了一个 BMW 直列 6 缸发动机、一个气缸夹角为 60° 的 V 型 6 缸发动机以及一个气缸夹角为 90° 的 V 型 6 缸发动机各自的惯性矩轨迹曲线。16点火顺序V 型角1 惯性矩轨迹曲线索引 说明 索引 说明 90？V 型 6 缸发动机2 水平方向 5 60？V 型 6 缸发动机 3 BMW 直列 6 缸发动机区别很明显。直列 6 缸发

37、动机的质量平衡非而 V 型 6 缸发动机则显示出明显的运动趋常好，因此整个发动机都保持平稳运行状态。 势，表现为不平稳的发动机运行特性。17发动机壳体发动机壳体由下图所示的主要组成部分构成。此外，为了确保发动机壳体完成其工作任务， 还需要密封垫和螺栓。 这些工作主要包括：l l l吸收发动机运行过程中产生的各种作用力 对燃烧室、发动机油和冷却液起到密封作用 固定曲轴传动机构、气门机构以及其它部件。发动机壳体起到与外界隔离密封的作用并吸收发动机运行过程中的各种作用力。2 - S85 发动机的发动机壳体索引 6 7说明 气缸列 2 的气缸盖 气缸列 2 的气缸盖罩索引 2 3 4说明气缸列 1 的

38、气缸盖 曲轴箱 底板18曲轴传动机构曲轴传动机构（口语通常叫做传动机构）是一l 因惯性力而使转数受到限制 个将燃烧室压力转化为动能的功能分组。在此过程中，活塞的往复运动转化为曲轴的转动。l 在工作循环过程中动力输出不均衡 在功效、效率和技术实用性上，曲轴传动机构l 产生扭振，从而使传动系统和曲轴承受负荷 是实现上述目的的最佳选择。 l 各种摩擦面的共同作用。 但是仍需解决下列技术限制和设计挑战方面的问题： 下图展示了曲轴传动机构的组成部分：3 - N62 发动机的曲轴传动机构曲轴传动机构负责将燃烧过 程中产生的压力转化为有效动能。在此过程中活塞进行线性加速运动。连杆将该动能传递给曲轴，曲轴将其

39、转化为转动形式。 19索引 说明2 飞轮3 连杆曲轴传动机构各部分的运动方式不同： l 活塞在气缸内上下运动（往复运动） l 连杆- 通过小连杆头以可转动方式连接在活塞销上，也进行往复式运动- 大连杆头连接在曲柄轴颈上并随之转动 - 连杆轴在曲轴圆周平面内摆动。l 曲轴围绕自身轴线转动（旋转）。 索引 说明2 摆动3 旋转20 索引 说明 5 扭转减振器 6 正时链 4 - 曲轴传动机构部件的运动方式气门机构必须周期性地为发动机供应新鲜空气，并排出气门运动的时间和顺序由凸轮轴决定。 所产生的废气。四冲程发动机吸入新鲜空气和排出废气的过程称为换气过程。 下图展示了进气门和排气门在曲轴转动两圈过程

40、中的气门行程。正时时间表示进气门和排气在换气过程中，进气和排气通道通过进气门和门开启和关闭时的曲轴角度位置（从上止点 排气门周期性地开启和关闭。进气门和排气门TDC 开始）。使用提升式气门。5 - M50 发动机正时曲线图负责将凸轮行程传给气门的机械机构称为气门为了能够在这些情况下正常运行，气门机构组机构。 件必须满足下列要求：气门机构承受较高的加速度和减速度。由此产l 在整个发动机使用寿命过程中具有较高的生的惯性力随发动机转数增加而增大并使结构强度承受很大负荷。此外，排气门必须能够抵抗高温废气的温度。 l 低摩擦特性l 气门散热能力足够。气门机构负责控制换气过程。 当前的 BMW 发动机仅采

41、用双顶置凸轮轴和每缸四气门的结构。向气门传输作用力的方式发生了变化。可以直接通过挺杆或间接通过压杆进行。 21传统发动机的曲轴和凸轮轴通过一个正时带或正时链以纯机械方式连接在一起。在这种情况下正时时间是固定不变的。对现代气门机构的另一个要求是能够改变正时时间和气门行程。为了满足这个要求，人们引入了可变凸轮轴控制装置（VANOS）和 VALVETRONIC（参见发动机基本原理，VANOS 和发动机基本原理，VALVETRONIC）。结构气门机构由下列部件共同构成：l ll l气门（整个总成）可能包括液压气门间隙补偿器（HVA）。凸轮轴传动元件（压杆、挺杆）下图展示了带有桶状挺杆和液压气门间隙补偿

42、器的 4 气门气缸盖结构。6 - M50 发动机的气缸盖索引 2 3 4 说明气门导管 进气门 排气门索引 6 7说明带有 HVA 的桶状挺杆 排气凸轮轴22结构形式 l 向气门传递运动的方式 气门机构有多种形式。人们根据下列几点进行l 气门间隙调节方式。 区分： 气门机构的名称由前两点决定。下面列出了一l 气门的数量和位置 些气门机构。 l 凸轮轴的数量和位置缩写 名称 说明 sv Side Valves（侧置气门）气缸侧面的立式气门由位于其下方的凸轮轴驱动。立式气门表示气门头位于上部。ohv Overhead Valves（顶置气门） 顶置气门，凸轮轴位于下方。置于下方的凸轮轴安装在气缸盖

43、和发动机缸体分界线的下方。ohc Overhead Camshaft（顶置凸轮顶置气门，凸轮轴位于上方。轴） 顶置凸轮轴位于气缸盖和发动机缸体分界线的上方。dohc Double Overhead Camshaft顶置气门，每个气缸列有两个位于上方的凸轮（双顶置凸轮轴） 轴。进气门和排气门各用一个凸轮轴。现在，BMW 发动机仅采用四气门气缸及每个下面两幅插图各自展示了两种气门机构的部气缸列双顶置凸轮轴（dohc）的结构。M43 和 件。 M73 发动机是每个气缸仅有两个气门及每个气缸列一个凸轮轴（ohc）的最后两款 BMW 第一幅插图展示了带有滚子式气门压杆和 汽油发动机。 HVA 组件的 N

44、46 发动机气门机构。该发动机装有 VALVETRONIC。VALVETRONIC 发动凸轮轴将凸轮运动传给气门的方式分为通过挺机始终采用滚子式气门压杆作为传动元件。 杆传动以及通过摇臂或压杆传动。BMW 仅采用压杆、桶状挺杆及应用于 S85 发动机的室第二幅插图展示了带有 HVA 室式挺杆的 式挺杆。 S85 气门机构部件。 为了使凸轮轴凸轮与所谓的凸轮随动件之间保持正确间隙，需要一个气门间隙调节装置或气门间隙补偿器。237 - N46 发动机的气门机构组件索引 7 8 9说明 气门弹簧滚子式气门压杆 排气凸轮轴索引 2 3 4 5 说明 底部气门弹簧座，带有气门杆密封件 上部气门弹簧座 H

45、VA 元件 进气凸轮轴248 - S85 发动机的气门机构组件索引 说明 索引 说明 2 排气门 7 上部气门弹簧座 3 进气门 8 气门弹簧4 气门锁夹 9 底部气门弹簧座 5 进气凸轮轴 10 排气凸轮轴2526系统组件发动机机械机构曲轴箱概述曲轴箱，又称发动机壳体，包括气缸、冷却水套和曲轴传动机构壳体。由于现代“高技术”发动机的复杂性，因此对曲轴箱的要求和任务已显得不那么重要了。但是，曲轴箱的后继开发仍保持着同样的速度，尤其是因为许多新系统或改进系统都具有连接曲轴箱的接口。 下面总结了曲轴箱的主要任务。 l 吸收作用力和扭矩l 固定曲轴传动机构l 固定和连接气缸l 支撑曲轴l 固定冷却液

46、和润滑油输送通道 l 集成一个曲轴箱通风系统 l 固定各种附属总成l 使曲轴空间与外界隔离密封。执行这些任务时产生各种叠加在一起的拉压、弯曲和扭曲应力。 具体包括以下应力： l 由气缸盖螺栓连接件和曲轴轴承吸收的气压力 l 由旋转、往复式惯性力产生的内部惯性力矩（弯曲力矩） l 各气缸之间的内部扭转力矩（扭矩） l 曲轴扭矩和由此在发动机支撑内产生的反作用力 l 自由惯性力和由往复式惯性力产生的惯性力矩（由发动机支撑承受）。 BMW 发动机的曲轴箱几乎 全部由硅铝合金制成。只有使用铸铁曲轴箱的 S54 发动机和使用镁合金曲轴箱的 N52 发动机例外。 为了提高刚度，现在的曲轴箱都使用一个底板。

47、 2728 概览表 盖 /端 式板 开底方法 料 有敞有机带制造动箱材带箱板轴套材料套的 型发曲轴盖曲气缸气缸类M42 灰口铸铁 - - 灰口铸铁 单一金属 M43 灰口铸铁 - - 灰口铸铁 单一金属 M43TU 灰口铸铁 - - 灰口铸铁 单一金属 M44 灰口铸铁 - - 灰口铸铁 单一金属 N40 AlSi9Cu3 X X 灰口铸铁 干式缸套 N42 AlSi9Cu3 X X 灰口铸铁 干式缸套 N45 AlSi9Cu3 X X 灰口铸铁 干式缸套 N46 AlSi9Cu3 X X 灰口铸铁 干式缸套 M50 灰口铸铁 - - 灰口铸铁 单一金属 M50TU 灰口铸铁 - - 灰口铸铁

48、 单一金属 M52* AlSi9Cu3 - - Nicasil 单一金属，涂层 M52TU AlSi9Cu3 - - 灰口铸铁 干式缸套 M54 AlSi9Cu3 - - 灰口铸铁 干式缸套 N52 MgAl6Mn + AlSi17Cu4 X X Alusil 单一金属，珩磨 M60 AlSi9Cu3 - - Nicasil 单一金属，涂层 M62* AlSi9Cu3 - - Nicasil 单一金属，涂层 M62TU AlSi17Cu4Mg - - Alusil 单一金属，酸洗 N62 AlSi17Cu4Mg X - Alusil 单一金属，酸洗 N62TU AlSi17Cu4Mg X -

49、Alusil 单一金属，酸洗 M70 AlSi17Cu4Mg - - Alusil 单一金属，酸洗 M73 AlSi17Cu4Mg - - Alusil 单一金属，酸洗 N73 AlSi17Cu4Mg X - Alusil 单一金属，酸洗 S50 灰口铸铁 - - 灰口铸铁 单一金属 S54 灰口铸铁 - - 灰口铸铁 单一金属 S62 AlSi17Cu4Mg - - Alusil 单一金属，酸洗 S85 AlSi17Cu4Mg - X Alusil 单一金属，酸洗 * 应用于 Z3（E36/7）的 M52B28 发动机采用了灰口铸铁气缸套，而不是 Nicasil 涂层气缸套。 * 针对燃油质

50、量不高的市场，提供采用 AlSi17Cu4Mg 曲轴箱和 Alusil 气缸筒的 M62 发动机。翻新曲轴箱基本上都使用这种材料。结构自开始采用这种发动机结构以来，曲轴箱的基留有用于压力油、机油回流、冷却液、曲轴箱本形状变化甚小。所做的结构变化大多体现在通风和气缸盖螺栓连接件的开孔和通道口。 细节方面，例如曲轴箱由多少部件构成或如何设计曲轴箱的各个部分。可根据下列部件的设冷却液通道口连接环绕在气缸周围的冷却液室计方式划分不同的曲轴箱结构类型： 和气缸盖内的水套。 盖板 这种结构的缺点是 TDC 附近的气缸冷却效果差。 主轴承座区域 与敞开式端盖相比，封闭式端盖结构的优点在 气缸。 于盖板刚度较

51、强，因此盖板、气缸不易变形且盖板 噪音较小。 盖板有两种不同的结构类型。分为封闭式端盖采用敞开式端盖结构时，环绕在气缸周围的水和敞开式端盖。结构类型既会影响浇铸方法也套向上敞开。因此，可以使气缸上部达到更好会影响曲轴箱刚度。 的冷却效果。刚度较低的缺陷现在可以通过使用金属气缸盖密封垫得到很大弥补。采用封闭式端盖结构时，曲轴箱盖板在气缸附近闭合。1 盖板结构类型索引 说明 索引 说明这两种结构类型都应用于 BMW 汽油发动机。29主轴承座区域主轴承座区域的结构形式非常重要，因为它要承受施加在曲轴轴承上的作用力。可根据曲轴箱与油底壳之间的分界面以及主轴承盖板结构分为不同的类型。 根据分界面分为：l

52、 油底壳凸缘在曲轴中心上 l油底壳凸缘在曲轴中心下方根据主轴承盖板的结构类型分为：l 单独的主轴承盖板l主轴承盖板集成在一个梯状框架结构内。主轴承座主轴承座是指曲轴箱内曲轴轴颈支撑位置的上半部分。主轴承座始终集成在曲轴箱铸件内。 主轴承座的数量取决于发动机类型，尤其是气缸数和气缸布置情况。30由于减振方面的要求，现在几乎都采用全套曲轴轴承。全套轴承表示曲轴的每个曲柄旁都有一个主轴承。发动机运行时，曲轴空间内的气体始终保持运动状态。活塞运动对气体产生的作用就像泵装置一样。为了减少泵动作用造成的能量损耗，现在许多发动机的主轴承座内都有通道。这样可以使整个曲轴箱内达到压力平衡。 分界面曲轴箱与油底壳

53、之间的分界面构成了油底壳凸缘。在此分为两种不同的结构。一种结构形式是分界面位于曲轴中心。虽然这种结构便于进行制造，但在刚度和噪音方面存在明显不足，因此 BMW 发动机并不采用这种结构。另一种结构形式是油底壳凸缘位于曲轴中心下方。这种曲轴箱又分为侧壁向下延伸的曲轴箱和包括上下部件的曲轴箱，其中曲轴箱下部件称为底板，稍后将对其进行详细介绍。2 曲轴箱结构类型索引 说明 索引 说明 B 曲轴的侧壁向下延伸 3 主轴承盖板C 分为上下部件的曲轴箱 4 曲轴箱下部件（底板） 1 曲轴箱（上部件） 5 油底壳主轴承盖板主轴承盖板构成了连接主轴承座的下部端盖并以这种方式确定位置可以确保在主轴承的开孔通过螺栓

54、与主轴承座固定在一起。制造曲轴箱内，主轴承座与主轴承盖板之间的过渡面始终时，将主轴承座和主轴承盖板一起进行加工。保持非常光滑，即使是进行重新组装后。 因此必须确定彼此之间的位置。此时通常利用定位套或主轴承座侧面。如果曲轴箱和主轴承主轴承盖板只由灰口铸铁制成。将其与铝合金盖板所用材料相同，也可以采用断裂方式加工曲轴箱一起加工虽然对我们的工作提出了挑盖板（锯齿状）。另一种准确定位的方法是对战，但现在已实现批量生产。将铝合金曲轴箱主轴承座与主轴承盖板之间的接触面进行模压与灰口铸铁主轴承盖板组合在一起提供了材料加工。 方面的优势。31灰口铸铁的热膨胀系数较低，因此限制了运行主轴承盖板既可以单独制造，也

55、可以集成在一状态下的曲轴轴承间隙。同时由于灰口铸铁刚个梯状框架内。与曲轴箱下部件（底板）不同，度较大，因此减小了主轴承座区域产生的噪音。 梯状框架不会形成外部界限且没有连接油底壳底板底板以梯状框架形式将主轴承盖板与曲轴箱下部件组合在一起。这样可以增加整个曲轴箱的刚度。起初只在跑车发动机和运动型车发动机上采用这种结构。但 N42 发动机将底板结构引入了 BMW 标配发动机。底板与曲轴箱上部件的分界面在曲轴中心上。曲轴箱下部件的底侧构成了与油底壳凸缘的界面。底板主要由轻合金制成。曲轴箱上部件通常也由同一种轻合金制成。但 S85 发动机例外，它采用了另一种合金。 发动机 底板材料 N42 AlSi9

56、Cu3 N45 AlSi9Cu3 N46 AlSi9Cu3 N52 MgSi7Mn S85AlSi7Mg0.3为了承受主轴承作用力，底板内使用了钢制嵌入件。32的凸缘。BMW 发动机不采用带有梯状框架的结构。3 带有钢制嵌入件的轻合金底板使用定位套可确保曲轴箱上部件与下部件定位准确。密封件发挥了非常重要的作用。由于需要对主轴承盖板进行精确定位，因此不采用传统密封件。其解决方法是，沿整个曲轴箱下部件的凸缘面有一条凹槽，通过一个专用开口将一种具有时效硬化效果的液体密封剂注入该凹槽中。4 曲轴箱下部件上用于填充液体密封剂的注入口将曲轴箱上下部件拧紧后才能进行上述工作。使用底漆对出口处的密封剂进行硬化处理。曲凹槽与曲轴密封环连接在一起。直至曲轴密封轴密封环本身在出口位置处也有凹槽，安装时环的所有四个排出口（前后左右各一个）都溢必须进行准确定位。出密封剂时，才停止加注工作。维修时使用包括密封剂和专用工具的维修套件。为了确保曲轴正常运行，必须遵守正确的底板连接顺序。否则会造成发动机损坏和曲轴箱密封不严。5 曲轴