Двигатель BMW N13 – характеристики – описание – фото

Двигатель BMW N13 – четырехцилиндровый поршневой силовой агрегат с турбонаддувом, DOHC, с рабочим объемом двигателя от 1,6 литра.

Мотор N13 является первым из небольших четырехцилиндровых бензиновых двигателей BMW, который использует технологию непосредственного впрыска с турбонаддувом и систему Valvetronic (TVDI).

Мотор Н13 постепенно заменил четырехцилиндровые двигатели N43, N45 и N46. По сравнению с его предшественником Н43, Н13 оснащен двойной улиткой турбокомпрессора и очень близок двигателю N18, который устанавливается на MINI Cooper S. Так, кривошипно-шатунный механизм в принципе такой же, имеется лишь несколько незначительных адаптаций. Периферийное оборудование подогнано к продольной установке двигателя в моделях БМВ. Особенностью BMW является перемена стороны впуска и стороны выпуска в автомобиле. Так впервые на автомобилях БМВ сторона выпуска находится с левой стороны по направлению движения.

Было выпущено несколько вариантов двигателей N13, которые устанавливаются на BMW 1 (F20 и F21) и 3 серии (F30 и F31):

• первый вариант – объемом 1,4 литра. Он устанавливается на Peugeot, Mini и Citroen. Максимальная мощность этого агрегата от 90 до 95 л.с., крутящий момент от 136 до 140 Нм;
  • Peugeot 307
  • Peugeot 207
  • Mini One
  • Peugeot 308
  • Citroen C3
  • Citroen C3 Picasso
  • Peugeot 208
• второй вариант N13B16 – 102-сильный;
  • BMW F20 114i
  • BMW F21 114i
• третий вариант – 136-сильный мотор развивающий максимальную мощность 136 л.с. и 220 Нм крутящего момента;
  • BMW F20 116i
  • BMW F21 116i
  • F20 118i LCI
  • F20 118i LCI
  • BMW F30 316i
  • BMW F31 316i
• четвертый мотор БМВ Н13 способен развивать до 170 л.с. при 4800 об/мин и 250 Нм крутящего момента;
  • BMW F20 118i
  • BMW F21 118i
  • BMW F30 320i Efficient Dynamics

Характеристики двигателя BMW N13

	N13B16A	N13B16U0	N13B16M0
Рабочий объем, см³	1598	1598	1598
Диаметр цилиндра/ход поршня, мм	77/85,8	77/85,8	77/85,8
Мощность л.с. (кВт)/об.мин	102 (75)/4000	136 (100)/4400	170 (125)/4800
Литровая мощность, кВт/л	46,9	62,6	78,2
Крутящий момент, Нм/об.мин	180/1100	220/1350-3500	250/1500-4500
Степень сжатия, ε	10,5	10,5	10,5
Число клапанов на цилиндр	4	4	4
Средний расход топлива, л/100 км	5,5	5,5	5,8
Выбросы CO2, г/км	129	129	134
Блок управления двигателем	MEVD 17.2.5	MEVD 17.2.5	MEVD 17.2.5
Соответствие нормам по ОГ	EU5	EU5	EU5

Особенность двигателя BMW N13

• Механическая часть двигателя:
  • алюминиевый блок-картер с влитыми гильзами цилиндров из серого чугуна
  • конструкция со съемной головкой блока-картера (Open-Deck)
  • использование технологии TVDI
  • Valvetronic третьего поколения
  • составные распредвалы
  • двухрежимная система вентиляции картера двигателя
  • кованый коленчатый вал
• Система подачи масла:
  • регулировка масляного насоса по полю характеристик
  • шестеренчатый насос с внешним зацеплением
  • охлаждение неочищенного масла (только двигатель N13B16M0)
  • датчик давления масла
• Система охлаждения:
  • подключаемый насос охлаждающей жидкости
  • терморегулирующая система
• Система впуска и система выпуска ОГ:
  • турбонагнетатель TwinScroll
  • пленочный термоанемометрический расходомер воздуха (HFM 7) на всех моделях двигателя
  • три штуцера системы вентиляции картера
• Вакуумная система:
  • двухступенчатый вакуумный насос
  • вакуум-ресивер перепускного клапана встроен в кожух двигателя
• Система подготовки рабочей смеси:
  • впрыск под высоким давлением (как у двигателя N73)
  • электромагнитные форсунки
  • насос высокого давления Bosch
  • отсутствует датчик низкого давления топлива
• Электрооборудование двигателя:
  • система управления двигателем Bosch MEVD17.2.4

Расшифровка маркировки двигателя N13

• N – разработка BMW Group
• 1 – 4-цилиндровый рядный двигатель
• 3 – двигатель с турбонагнеталем, Valvetronic и непосредственным впрыском (TVDI)
• B – бензиновый двигатель, установленный продольно
• 16 – объем двигателя 1,6 литра
• U/M – нижний/средний класс мощности
• 0 – новая разработка

Идентификация двигателя BMW N13

На блок-картере нанесено обозначение,которое служит для идентификации двигателя. Оно также требуется для регистрации в официальных органах. Обозначение двигателя указано в первых шести позициях типа двигателя.

В обозначении двигателя N55 внесено изменение и оно сокращено с восьми позиций до семи. Теперь под обозначением на двигателе указывается номер двигателя. Этот порядковый номер в комбинации с обозначением позволяет однозначно идентифицировать каждый мотор.

Структура двигателя BMW N13

Механическая часть мотора

Картер двигателя

Картер двигателя состоит из блока цилиндров (блок-картера и постели двигателя), головки блока цилиндров, крышки головки блока цилиндров, масляного картера и уплотнений.

Блок цилиндров

Блок цилиндров состоит из блока-картера и постели двигателя, отлитых под давлением из алюминиевого сплава AlSi9Cu3. Аналогичный материал уже использовался на известных 4-цилиндровых двигателях с алюминиевым блок-картером.

Смазочные каналы

Стекающее через канал (2) слива масло направляется прямо в масляный поддон и не может попасть на коленчатый вал. Каналы картерных газов (3) заканчиваются уже перед коленчатым валом и способствуют хорошему газообмену в крышке головки блока цилиндров.

Каналы охлаждающей жидкости

Блок цилиндров выполнен по принципу Open-Deck. Охлаждающая жидкость подается насосом в правую часть блока цилиндров. На четвертом цилиндре имеется отвод от рубашки охлаждения к жидкостно-масляному теплообменнику. Нагреваемое с помощью теплообменника масло поступает через канал в блок-картере в головку блока цилиндров рядом с выходом охлаждающей жидкости.

Компенсационные отверстия

Блок-картера имеет большие продольные вентиляционные отверстия, выполненные способом литья и фрезерования. С помощью этих отверстий улучшается выравнивание давления в пульсирующих воздушных столбах, которые могут возникать при возвратно-поступательном движении поршней.

Цилиндры

В двигателе N13 используются сухие гильзы цилиндров, залитые в блок цилиндров. Гильзы цилиндров из серого чугуна завершаются сверху уплотнительной поверхностью головки блока цилиндров.

Уплотнительная прокладка головки блока цилиндров

В качестве уплотнительной прокладки головки блока цилиндров применяться четырехслойная прокладка из пружинной стали. В районе полостей цилиндра имеется нажимная пластина (2), выполненная с помощью отбортовки в области цилиндров для получения давления прижима, достаточного для уплотнения. Все слои имеют специальное покрытие, причем на поверхности контакта в головкой и блоком цилиндров нанесен частичный слой фторкаучука с антипригарным покрытием.

Головка блока цилиндров

ГБЦ двигателя N13 является производной головки блока цилиндров двигателя N18, устанавливаемого на MINI. В двигателе N13 используется уже известная по моторам N55 и N18 система Valvetronic третьего поколения.

Крышка головки блока цилиндров

В крышку головки блока цилиндров интегрированы все детали вентиляции картера, а также каналы картерных газов. Клапан регулировки давления предотвращает слишком большое разрежение в блок-картере. А так как речь идет о двигателе с турбонаддувом, то система вентиляции картера разделена на две части. Вентиляция осуществляется через различные каналы в зависимости от того, в каком режиме работает двигатель – в режиме наддува или в нормальном режиме.

В обоих случаях имеет место регулировка давления с помощью специального клапана. Клапан регулировки давления снижает давления снижает давление в блок-картера примерна на 38 мбар.

Картерные газы попадают через центральное отверстие между вторым и третьим цилиндрами и каналом к циклонным сепараторам с лепестковыми клапанами. В них отделяется масло, содержащееся в картерных газах, и возвращается вдоль стенок через обратный клапан в головку блока цилиндров. Очищенные от масла картерные газы через клапан регулировки давления попадают в систему впуска в зависимости от режима работы.

Принцип работы

Стандартный принцип работы может использоваться до тех пор, пока во впускном коллекторе под действием разрежения открыт обратный клапан, т.е., в безнаддувном режиме.

В безнаддувном режиме под действием разрежения во впускном коллекторе (2) открывается обратный клапан (18) в канале картерных газов в крышке головки блока цилиндров и картерные газы засасываются через клапан регулировки давления (17). Под действием разряжения одновременно закрывается второй обратный клапан (15) в канале к всасывающему трубопроводу системы наддува (14).

Через интегрированную в крышку головки блока цилиндров распределительную магистраль картерные газы попадают прямо в каналы всасывания в головке блока цилиндров.

По трубопроводу подачи наружного воздуха, который подсоединен к трубопроводу очищенного воздуха перед турбонагнетателем и блок-картеру, воздух поступает через обратный клапан и через маслоизмерительный щуп в полость картера. Чем больше разрежение в полости картера, тем больше воздуха поступает в полость. Благодаря такой продувке уменьшается попадание топлива и воды, что улучшает качество масла.

Как только давление во впускном коллекторе увеличивается, подача картерных газов по этому пути больше невозможна. Иначе давление наддува достигло бы блока цилиндров и уплотнения могли бы быть повреждены. Обратный клапан в канале картерных газов закрывает канал к впускному коллектору и, тем самым, защищает блок цилиндров от повышенного давления.

Вследствие возросшей потребности в наружном воздухе в трубопроводе очищенного воздуха (13) между турбонагнетателем (11) и глушителем шума всасывания (1) создается разрежение. Этого разрежения достаточно для того, чтобы открыть обратную заслонку и засасывать картерные газы через штуцер на крышке головки блока цилиндров через клапан регулировки давления.

Масляный картер

Масляный картер двигателя N13 изготовлен из стального листа. Масляный картер герметизируется относительно постели двигателя жидким герметиком при производстве автомобиля. На других моделях BMW  масляный кратер может быть изготовлен из других материалов, это всегда зависит от назначения.

В случае ремонта используется метало-резиновая уплотнительная прокладка. Необходимо следовать указаниям руководства по ремонту. Не удалять валик герметика с масляного картера!

Кривошипно-шатунный механизм

Коленчатый вал с подшипниками

Коленчатый вал

Коленвал двигателя N13 рассчитан на ход поршня 85,8 мм и изготовлен из материала 38MSV5. Коленчатый вал кованный, с четырьмя большими и четырьмя маленькими балансировочными грузами.

Подшипники коленчатого вала

Коленчатый вал имеет пять коренных подшипников. Упорный подшипник расположен по центру в третьей опоре. Подшипник имеет упорную поверхность только 180º и находится в постели коренного подшипника. Подшипник в крышке подшипника не является упорным. Здесь используются не содержащие свинца биметаллические подшипники. В качестве слоя, содержащего наносимое вещество, используется сталь. На него наносится антифрикционный слой алюминия толщиной около 150 мкм.

Маркировки подшипников выгравированы на блок-картере и коленчатом вале. При замене подшипников коленвала следовать указаниям руководства по ремонту.

Обозначение опор подшипников в руководстве по ремонту может отличаться от стандартного (1-я опора всегда располагается на стороны отбора мощности)!

В этой информации о двигателе используется стандартное обозначение опор.

Подшипник напротив маховика классифицируется иначе, так как при затяжке центрального болта опора коленчатого вала расширяется. Монтажный зазор на этой опоре изменяется при затяжке центрального болта, и в результате имеет предусмотренную величину.

Классификация подшипников в случае мотора N13 отличается от известных двигателей BMW. Так на основании маркировки на коленчатом вале и блоке цилиндров из таблицы в руководстве по ремонту определяются соответствующие цвета. Особенностью является то, что подшипник 1 определяется из другой таблицы. Этот процесс требует целенаправленных действий и внимания.

Шатун с подшипниками

Шатуны

Шатун двигателя N13 имеет длину 138,54 мм. Особенностью являются обработанные канавки в неразъемной головке шатуна, которые служат для улучшения подвода масла. Шатуны в таком исполнении уже использовались в двигателе N18.

Подшипник

Вкладыши шатунных подшипников не содержат свинца. Используется только один вкладыш шатунного подшипника со стороны стержня и со стороны крышки.

Вкладыши подшипников точно такие же, как на двигателях N18 и N16.

Поршни с поршневыми кольцами

На двигателе Н13 используются поршни с вырезом в юбке до зоны поршневых колец производства фирмы Mahle. Диаметр поршня составляет 77 мм. Первое поршневое кольцо представляет собой кольцо прямоугольного сечения из азотированной стали. В качестве второго поршневого кольца используется скребковое кольцо. Маслосъемное кольцо представляет собой составное кольцо из двух тонких колец и пружины, известное также как кольцо U-Flex.

Ось поршневого пальца имеет положительное смещение 0,8 мм, т.е. к нагружаемой стороне.

Поршень предназначен для всех моделей BMW со степенью сжатия 10,5 :1.

Положение установки поршня легко определить по асимметричному расположению полости в поршне. На поршне имеется стрелка, указывающая монтажное положение. Эта стрелка при установке всегда должна быть направлена в продольном направлении двигателя вперед к ременному приводу агрегатов (от маховика). Правильная установка поршня очень важна, так как в противном случае могут иметь место относительно скорые повреждения клапанов или стенок цилиндра. Результатом будет повреждение всего двигателя.

Привод распределительного вала

Привод распредвала имеет известную конструкцию. Привод масляного насоса осуществляется с помощью вторичной цепи.

Привод клапанов

Конструкция

Роликовые рычаги толкателей стороны впуска изготовлены из листового металла и подразделяются на пять классов: с «1» по «5». Промежуточные рычаги также изготовлены из листового металла и подразделяются на шесть классов: с «00» по «05».

Распределительные валы

В двигателе N13 используется уже известные по двигателям MINI N12/N14 и N16/N18 составные распределительные валы. Они изготовляются по так называемой технологии Presta.

Фазы газораспределения

	N43B20O0	N55B30M0	N13B16M0
Ø впускного клапана/Ø стержня, мм	31,4/6	32/5	29,7/5
Ø выпускного клапана/Ø стержня, мм	28/6	28/6	26,2/5
Макс. ход впускного/выпускного клапана, мм	9,9/9,7	9,9/9,7	9,0/9,0
Диапазон регулировки VANOS стороны впуска, °КВ	45	70	70
Диапазон регулировки VANOS стороны выпуска, °КВ	45	55	60
Угол изменения положения распредвала впускных клапанов, °КВ	125-80	120-50	120-50
Угол изменения положения распредвала выпускных клапанов, °КВ	125-80	115-60	122-62
Продолжительность открытия распредвала впускных клапанов, °КВ	255	258	253
Продолжительность открытия распредвала выпускных клапанов, °КВ	271	261	252

Впускные клапаны

Впускные клапаны заимствованы у двигателя MINI N18 и не претерпели изменений. Впускные клапаны имеют диаметр стержня клапана 5 мм и изготовлены из цельного материала. Седло впускного клапана закалено индивидуальным методом.

Выпускные клапаны

Выпускные клапаны заимствованы у двигателя MINI N14/N18 и так же как впускные не были изменены. Они имеют диаметр стержня клапана 5 мм, высверлены внутри и заполнены натриевым наполнителем. Седло выпускного клапана бронированно (более твердый материал).

Пружины клапанов

Пружины клапанов (впускных и выпускных) имеют одинаковую конструкцию и уже использовались в двигателях MINI N14/N18.

Valvetronic

Система Valvetronic состоит из системы бесступенчатой регулировки хода клапанов и системы регулировки фаз газораспределения VANOS, благодаря чему возможно гибкое управление впускными клапанами.

Регулировка хода клапанов осуществляется только на стороне впуска, а система газораспределения управляет как стороной впуска, так и  выпуска.

Бездроссельное управление нагрузкой возможно только, если ход впускного клапана и фазы газораспределения распредвалов впускных и выпускных клапанов имеют изменяемую регулировку, результатом чего, является свободный выбор моментов открывания и закрывания и, следовательно, продолжительности открытого состояния, а также свободная регулировка хода впускных клапанов.

Результат:
Свободный выбор моментов открывания и закрывания и, следовательно, продолжительности открытого состояния, а также свободная регулировка хода впускных клапанов.

VANOS

Система VANOS заимствована у двигателя MINI N18.

Регулировка хода клапанов

Как видно на следующем рисунке, регулировка хода клапанов в помощью серводвигателя Valvetronic идентична двигателю MINI N18. Датчик эксцентрикового вала интегрирован в серводвигатель Valvetronic.

Используется система Valvetronic ΙΙΙ, которая уже устанавливалась на двигатели MINI N18, BMW N20 и BMW N55.

Ременный привод

Ременный привод включает в себя основной ременный привод с генератором и компрессором кондиционера и дополнительный ременный привод с фрикционным колесом с насосом охлаждающей жидкости. Основной ременный привод оснащен устройством для натяжения ремня, дополнительный ременный привод не имеет устройства для натяжения.

Привод насоса охлаждающей жидкости двигателя N13 осуществляется с помощью фрикционного колеса. В обесточенном состоянии привода регулировки фрикционного колеса фрикционное колесо прижимается пружиной в направлении шкива коленчатого вала и насоса охлаждающей жидкости. Насос охлаждающей жидкости имеет для привода фрикционное колесо, которое выгладит как шкив с надетым ремнем.

Обратная сторона ремня на шкиве коленчатого вала вращает фрикционное колесо. Фрикционное колесо, в свою очередь, приводит в движение насос охлаждающей жидкости. С помощью такой конструкции удалось обойтись без второго ременного привода. Можно лучше использовать монтажное пространство и сделать конструкцию более короткой и компактной. Благодаря меньшим боковым усилиям на вале насоса охлаждающей жидкости корпус насоса охлаждающей жидкости может быть полностью изготовлен из пластмассы. Пластмассовый корпус положительно влияет на потоки и производительность насоса охлаждающей жидкости.

Система подачи масла

Система подачи масла в двигателе N13 похожа на систему в двигателе N55. Однако при этом используются совершенно другие детали. Больше всего отличается масляный насос. В моторе N13 используется цилиндрический масляный насос с регулировкой с использованием поля характеристик.

Особенностями системы подачи масла в двигателе N13 являются:

• цилиндрический масляный насос с регулировкой с использованием поля характеристик
• охлаждение неочищенного масла (только двигатель N13B16M0)
• датчик давления масла (известный по двигателю N52TU)

Гидравлическая схема

Обзор системы подачи масла, гидравлическая схема и конструкция масляного насоса:

Большая часть деталей, таких как, промежуточный рычаг, роликовый поводок, эксцентриковый вал, а также серводвигатель Valvetronic смазываются разбрызгиваемым в головке блока цилиндров маслом, которое берется в местах опоры распределительных валов. Благодаря этому в головке блока цилиндров нет трубопроводов разбрызгиваемого масла.

Масляный насос и регулировка давления

Регулировка производительности всех насосов, в том числе в системе подачи масла, имеет важное значение с точки зрения реализации стратегии BMW EfficientDynamics. С одной стороны, делаются попытки максимально уменьшить приводную мощность насоса, чтобы снизить потери двигателя. С другой стороны, насос при любых возможных обстоятельствах должен обеспечивать достаточный объем и давление передаваемой среды. Параметры обычного насоса с неизменяемой регулировкой должны постоянно обеспечивать требуемый объем подачи. Однако, это означает, что при определенных обстоятельствах насос большую часть времени будет  перекачивать излишнее количество масла и, соответственно, будет забирать у привода больше энергии, чем требуется. Поэтому сейчас разрабатывается все больше насосов с изменяемой регулировкой и их регулировка становится все более точной. На смену обычному масляному насосу пришла регулировка объемного расхода, которая позднее была дополнена регулировкой по полю характеристик.

Масляный насос

Масляный насос мотора N13 является производным от цилиндрического масляного насоса. Этот масляный насос с регулируемым объемным расходом использовался впервые в двигателях MINI N12 и N14. В двигателях MINI N16 и N18 был применен усовершенствованный масляный насос с регулировкой по полю характеристик. Двигатель Н13 заимствует эту концепцию масляного насоса, но является новой разработкой, адаптированной к системе в целом.

Привод масляного насоса осуществляется с помощью цепи от коленчатого вала. Передаточное отношение привода относительно коленчатого вала зависит от количества зубьев звездочки. Коленчатый вал имеет звездочку с 20 зубьями для привода вторичной цепи, звездочка на вале масляного насоса имеет 18 зубьев. Таким образом передаточное отношение составляет 20 : 18, т.е. 1,11 : 1. При этом масляный насос делает при одном обороте коленчатого вала 1,11 оборота.

От всасывающего патрубка (8) масло масляного насоса подается в канал неочищенного масла (5), в блоке цилиндров и к масляному фильтру с помощью шестерен (3+4).

Не приводимая в действие шестерня масляного насоса (4) может в этом насосе аксиально смещаться, что позволяет менять производительность насоса. Аксиальное смещение осуществляется с помощью давления масла, поступающего из канала очищенного масла от главного смазочного канала. Давление регулируется с помощью клапана регулировки давления. Принцип работы масляного насоса позволяет подавать масло в необходимом количестве и под необходимым давлением.

Максимальная подача

Масляный насос в основном состоянии под действием пружины сжатия находится в положении максимальной подачи. В это положение он может быть также приведен с помощью активизации клапана регулировки давления масла из положения минимальной подачи. Для этого клапан регулировки давления масла включается таким образом, чтобы масло могло вытекать через смазочный канал к передней стороне терморегулируемого поршня (6) и через клапан регулировки давления масла в масляный картер. Вследствие такого положения клапана регулировки давления масла одновременно давление масла из канала очищенного масла (2 + 3) передается через клапан регулировки давления и через смазочный канал к задней стороне терморегулируемого поршня (5) на обратную сторону терморегулируемого поршня. Это давление масла теперь поддерживает пружину и отжимает терморегулируемый поршень в положение максимальной подачи.

Минимальная подача

Если через клапан регулировки давление масла подается из канала чистого масла (2 +3) в смазочный канал к передней стороне терморегулируемого поршня (6), то масло отжимает терморегулируемый поршень против действия пружины и смещает его в направлении минимальной подачи. С помощью клапана регулировки давления масла одновременно открывается соединение задней стороны терморегулируемого поршня для слива масла в масляный картер.

Регулировка давления

Регулировка по полю характеристик

Клапан регулировки давления масла позволяет регулировать давление масла в зависимости от ситуации. С помощью блока управления DME можно влиять на подаваемое количество масла за счет активизации клапана регулировки давления масла.

Клапан регулировки давления масла находится на левой стороне двигателя на масляном насосе и переключает смазочные каналы в масляном насосе для увеличения и уменьшения подаваемого количества масла.

Датчик давления масла, известный по двигателю N52TU, определяет его и передает данные блоку управления DME. Блок DME может таким образом с помощью клапана регулировки давления масла установить любое подаваемое количество масла, определить его с помощью датчика давления масла и отрегулировать в соответствии с записанным в блоке управления DME полем характеристик.

Производительность насоса зависит от частоты вращения коленвала двигателя и положения клапана регулировки давления масла.

Рабочее состояние	Давление масла
Двигатель прогрет до рабочей температуры на холостом ходу	не менее 0,7 бар
Двигатель прогрет до рабочей температуры, регулируемое давление при 3000 об/мин	1,15—6,45 бар

Пояснение	Производительность насоса
Двигатель работает на холостом ходу при 700 об/мин, 110 °С	ок. 6—11 л/мин
Двигатель работает при максимальной частоте вращения 6500 об/мин, 110 °С	ок. 23—33 л/мин

Пояснение	Данные
Напряжение питания	12 В
Сигнал активизации	200—256 Гц
Сопротивление	10,5Ω±10%

В клапан регулировки давление масла интегрирован аварийный режим благодаря форме встроенного терморегулятора поршня. В случае повреждения или разрезе кабеля регулировка давления масла продолжает работать в ограниченном объеме. Реализация этой функции показана на следующих рисунках. Стрелки показывают направление потока масла.

Терморегулируемый поршень в клапане регулировки давления масла имеет со стороны пружины больший диаметр, чем со стороны электромагнитного клапана. Когда давление масла увеличивается, сила, которая действует против усилия пружины, также увеличивается и отжимает терморегулируемый поршень в клапане регулировки давления масла против направления действия пружины. Смазочный канал от канала очищенного масла к передней стороне терморегулируемого поршня масляного насоса открывается и масло может теперь сместить терморегулируемый поршень масляного насоса в направлении минимальной производительности. Одновременно терморегулируемый поршень в клапане регулировки давления масла открывает смазочный канал от задней стороны терморегулируемого поршня к масляному картеру, что позволяет маслу, находящемуся с задней стороны терморегулируемого поршня, стекать обратно в масляный картер.

Клапан ограничения давления

В дополнение к регулировке масляного насоса имеется клапан ограничения давления, который часто также называется клапаном облегчения пуска холодного двигателя.

Клапан ограничения давления является первой деталью после насоса в корпусе масляного насоса и в масляном контуре. Он открывается при давлении 10-13 бар и спускает масло прямо в масляный картер. Он необходим, прежде всего, при низких температурах и высокой вязкости масла. При этих условиях с помощью клапана ограничения давления предотвращаются повреждения деталей, в особенности модуля масляного фильтра и его уплотнений. Он необходим, прежде всего, при температуре ниже -20°C, так как при более высокой температуре активна регулировка по полю характеристик.

Под действием в канале неочищенного масла (5) (рисунок «Масляный насос двигателя N13» расположенный выше) стальной шарик (10) отжимается против направления действия пружины (11). При увеличении давления выше 10-13 бар стальной шарик приподнимается из седла и масло может мимо стального шарика попадать через отверстие (12) прямо в масляный картер.

Охлаждение и фильтрация масла

Двигатель N13 имеет алюминиевый корпус масляного фильтра, на который непосредственно установлен жидкостно-масляный теплообменник, для моторного масла. Этот единый блок называется модулем масляного фильтра.

Система охлаждения

В двигателе N13B16M0 жидкостно-масляный маслообменник находится в масляном контуре перед масляным фильтром. Такое расположение, служит для охлаждения неочищенного масла и имеет смысл для не содержащих свинца подшипников коленчатого вала и шатунных подшипниках. Так как последние очень чувствительны к частицам грязи, то при такой конструкции масляный фильтр располагается ещё ближе перед опорами подшипников. В двигателе N13B16U0 отсутствует теплообменник моторного масло-охлаждающей жидкости.

Постоянный байпас

Двигатель N13 не имеет перепускного клапана теплообменника. Вместо него, как и на двигателе N55, используется так называемый постоянный байпас. Он представляет собой постоянно открытый обход вокруг жидкостно-масляного теплообменника. Чтобы большая часть масла протекала все же через жидкостно-масляный теплообменник, в байпасе находится дроссель.

Фильтрация

При фильтрации используется сменный элемент масляного фильтра из бумаги. Конструкция известная по двигателям BMW.

Чтобы из корпуса масляного фильтра при неработающем двигателе не вытекало масло, в канал неочищенного масла корпуса масляного фильтра встроен обратный клапан. Этот клапан открываться при давлении масла не выше 0,15 бар.

Естественно, двигатель Н13 имеет и перепускной клапан фильтра, который может открывать байпас в обход фильтра, например, при холодном вязком масле. Это происходит, когда разность давлений до и после фильтра превышает 2,5 ± 0,5 бар. Допустимая разность давлений была увеличена с 2,0 до 2,5 бар для защиты не содержащих свинца подшипников коленчатого вала и шатунных подшипников. За счет этого масло значительно реже пускается в обход фильтра и снижается опасность попадания частиц грязи.

Для замены фильтра так же используются уже известная система. При замене фильтра вместе с движением вверх вынимается шток, который открывает соединение между каналом неочищенного масла, каналом очищенного масла и каналом слива масла, и это позволяет моторному маслу стекать из корпуса фильтра обратно в масляный картер.

Контроль

Датчик давления масла

Датчик давления масла в N13 используется тот же, который устанавливается на N52TU и N55. Сигнал давления необходим для регулировки масляного насоса с использованием поля характеристик.

Датчик устанавливается на корпусе масляного фильтра в смазочном канале за масляным фильтром (главный смазочный канал) и регистрирует господствующее там давления масла. Датчик получает питание от блока управления DME с помощью подачи массы и напряжение 5 В. По линии передачи данных блок управления DME получает сигнал напряжения и анализирует его . Датчик давления масла может определять давление от 50 кПа (0,5 бар) до 1050 кПа (10,5 бар). При 50 кПа выдается напряжение около 0,5 В, при 1050 кПа около 4,6 В.

Контроль уровня масла

Постоянный контроль уровня масла отсутствует. Уровень масла в двигателе можно проверить только с помощью маслоизмерительного щупа. Более точные указания по этой теме можно найти в руководстве по эксплуатации.

Масляные форсунки

В моторе N13 некоторые детали, до которых не доходят смазочные каналы, так же смазываются и/или охлаждаются с помощью масляных форсунок.

Охлаждение днищ поршней

Масляные форсунки для охлаждения днищ поршней, используемые в двигателе N13, в принципе уже известны по двигателю MINI N14. В них встроены обратные клапаны, чтобы они открывались и закрывались только при определенном давлении масла.

Кроме охлаждения днищ поршней они также используются для смазки поршневых пальцев, поэтому очень важно их точное выравнивание. По этой причине масляные форсунки позиционируются в блок-картере так, чтобы их выравнивание происходило автоматически и без специального приспособления. Такое выравнивание позволяет осуществлять выфрезерованную фаску на блок-картере.

• Давление открывания – 2,2-2,8 бар
• Давление закрывания – 2,0 бар

Смазка направляющих планок приводной цепи

Смазка приводной цепи осуществляется через форсунку, которая находится в натяжители цепи. Для этого в планке натяжителя имеется отверстие, через которое разбрызгивается масло.

Система охлаждения

В двигателе N13 для охлаждения смазочной системы используется жидкостно-масляный теплообменник. В моторе N13B16U0 отсутствует теплообменник моторного масла-охлаждающей жидкости. Регулировка системы охлаждения (например, привода регулировки фрикционного колеса, управляемого термостата и электровентилятора) осуществляется с помощью специальной программы в блоке DME.

Сам модуль охлаждения имеется в одном варианте. Номинальная мощность электровентилятора составляет 300 Вт.

Терморегулирующая система

Двигатель N13 имеет функции терморегуляции в блоке DME. Терморегулирующая система для двигателя Н13 является новой разработкой и заметно отличается от уже известных. Она включает в себя независимую регулировку электрических компонентов охлаждения таких как электровентилятора, управляемого термостата и насоса охлаждающей жидкости. Новым является то, что в определенных рабочих диапазонах лишь один дополнительный насос охлаждающей жидкости, который необходим для охлаждения турбонагнетателя, обеспечивает необходимое полное охлаждение.

Привод регулировки фрикционного колеса

Привод насоса охлаждающей жидкости двигателя N13 осуществляется с помощью фрикционного колеса.

Для снятия ремня вытягивается рукоятка для обслуживания и язычок на крышке корпуса зацепляется за предназначенный для этого крючок.

Управляемый термостат

Двигатель Н13 оснащен обычным управляемым термостатом, который в режиме без электрической регулировки имеет следующие технические характеристики:

Положение управляемого термостата	Температура охлаждающей жидкости
Начало открывания	97 ± 2 °С
Полное открывание	109 °С

Дополнительно при электрическом обогреве в управляемом термостате возможно открывание при более низких температурах охлаждающей жидкости.

Принцип работы терморегулирующей системы

Терморегулирующая система определяет потребность в охлаждении в данный момент и регулирует систему охлаждения соответствующим образом. При определенных рабочих состояниях насос охлаждающей жидкости может быть даже совсем выключен, например, для быстрого нагрева охлаждающей жидкости в стадии прогрева.  Кроме того, может также включаться и выключаться дополнительный насос охлаждающей жидкости, который отвечает за охлаждение турбонагнетателя. То есть интенсивность охлаждения может устанавливаться независимо от частоты вращения коленвала двигателя. Терморегулирующая система в состоянии включать и выключать как механический насос охлаждающей жидкости, так и электрический дополнительный насос охлаждающей жидкости в зависимости от потребности, а  также осуществлять регулировку программируемого термостата. Таким образом, система управления двигателем может приспосабливать температуру охлаждающей жидкости к ситуации движения. Эти мероприятия позволили снизить расход топлива.

Система управления двигателем регулирует следующие температурные диапазоны:

• 109ºC = экономичный режим
• 106ºC = нормальный режим
• 80ºC = высокий режим с подключением управляемого термостата

Если блок управления двигателем распознает на основании динамических показателей автомобиля экономичный рабочий диапазон, система управления двигателем доводит температуру до 109ºC. В этом температурном диапазоне двигатель работает с относительно низким расходом топлива. Внутреннее трение двигателя уменьшается при высокой температуре . Таким образом, повышение температуры способствует небольшому расходу топлива в диапазоне низких нагрузок. Если водитель хочет использовать максимальную мощность двигателя, то для этого температура в головке блока цилиндров снижается до 80ºC. Это снижение обеспечивает улучшение степени наполнения, что ведет к повышению крутящего момента двигателя. Блок управления двигателем теперь может, в соответствии с ситуацией движения, осуществлять регулировку в определенном рабочем диапазоне. Таким образом можно влиять на расход и мощность через систему охлаждения.

Защита системы

Если в процессе работы двигателя имеет место повышенная температура охлаждающей жидкости или моторного масла, определенные функции в автомобиле оказывают влияние в направлении увеличении энергии для охлаждения двигателя.

Мероприятия подразделяются на две группы:

• Защита деталей
  • Температура охлаждающей жидкости 117ºC и выше
  • Датчик давления и температуры масла в главном смазочном канале показывает температуру масла в двигателе 143ºC и выше
  • Мероприятие: например, снижение мощности кондиционера салона и двигателя
• Экстренный случай
  • Температура охлаждающей жидкости 122ºC и выше
  • Датчик давления и температуры масла в главном смазочном канале показывает температуру масла в двигателе 151ºC и выше
  • Мероприятие: например, снижение мощности двигателя (примерно до 90%)

Пример:
При запуске двигателя при температуре 20ºC насос охлаждающей жидкости не работает. При прогреве двигателя до температуры 30ºC включается дополнительный насос охлаждающей жидкости. Только начиная с температуры охлаждающей жидкости около 90ºC требуется включить насос охлаждающей жидкости. Терморегулирующая система контролирует температуру охлаждающей жидкости и требование мощности двигателя и осуществляет соответствующее управление узлами. Поэтому нельзя точно сказать, какой и когда насос должен работать.

Стадия прогрева

Рассмотрим контуры системы охлаждения в стадии прогрева, температура охлаждающей жидкости меньше 105ºC

• Насос охлаждающей жидкости выключен
• Дополнительный насос охлаждающей жидкости включен

Двигатель прогрет до рабочей температуры

Рассмотрим контур системы охлаждения в прогретом до рабочей температуры состоянии, температура охлаждающей жидкости больше 105ºC

• Насос охлаждающей жидкости включен
• Дополнительный насос охлаждающей жидкости выключен

Система впуска и система выпуска ОГ

Впускной коллектор и система выпуска отработавших газов в принципе такие же, как и на двигателе N55. В следующем списке перечислены важнейшие особенности впускного коллектора и системы впуска отработавших газов

• Глушитель шума всасывания с жестким креплением к автомобилям
• Пленочный термоанемометрический расходомер воздуха (HFM 7) на всех моделях двигателя
• Турбонагнетатель TwinScroll со встроенным перепускным клапаном и клапаном рециркуляции наддувочного воздуха
• Три штуцера системы вентиляции картера
• Штуцер системы вентиляции топливного бака

Система впуска

Пленочный термоанемометрический расходомер воздуха

Двигатель N13 оснащен пленочным термоанемометрическим расходомером воздуха (HFM 7), который очень похож на аналогичное устройство двигателя N74. Пленочный термоанемометрический расходомер воздуха устанавливается во всех моделях мотора N13, так как это уже является стандартом двигателей TVDI.

В общем можно сказать, что при текущем уровне развития техники качество определения воздушной массы как при использовании расходомера воздуха, так и при расчете эквивалентного значения (через температуру всасываемого воздуха, давление наддува, частоту вращения коленвала двигателя и т.д.) рассматривается как равнозначное. Для управления нагрузкой двигателя используется в основном рассчитанное эквивалентное значение. Это значение постоянно сравнивается со значением расходомера воздуха для уравнивания допусков, возникающих из-за сложных струйно-механических соотношений в системе впуска. Чем сложнее способ приготовления рабочей смеси (турбонаддув, Valvetronic, непосредственный впрыск (TVDI)), тем важнее согласование эквивалентного значения с расходомером воздуха. В настоящее время TVDI является самым трудоемким способом приготовления рабочей смеси. Поэтому все двигатели TVDI оснащаются пленочным термоанемометрическим расходомером воздуха.

Кроме того, использование расходомера воздуха позволяет проводить расширенную диагностику, например, системы вентиляции топливного бака или картера двигателя, так как эти системы имеют отклонение по воздушной массе. Это важно в особенности в исполнениях для США, так как это предписывается законодательством по токсичности ОГ.

Отказ или отсоединение пленочного термоанемометрического расходомера воздуха не приводит непосредственно к аварийной работе двигателя. Однако, при этом возможно ухудшение смесеобразования и как следствие ухудшение показателей состава отработавших газов, поэтому загорается сигнальная лампа токсичности ОГ.

Впускной коллектор

Впускной коллектор имеет простую конструкцию вследствие турбонаддува и в основном сравним с коллектором двигателя N20.

Датчик давления во впускном коллекторе

Прямо за дроссельной заслонкой, на входе впускного коллектора, находится датчик давления во впускном коллекторе. Датчик может определять давление от 0 до 250 кПа (от 0 бар до 2,5 бар). Датчик имеет четыре подсоединения и получает питание от блока управления DME с помощью подачи массы и напряжения 5 В. По третьему соединению и приводу передачи данных на блок управления DME подается сигнал напряжения. 0,5 В соответствует при этом 20 кПа (0,2 бар), а 4,5 В 250 кПа (2,5 бар).

Датчик температуры и давления надувного воздуха

Датчик температуры и давления надувного воздуха расположен в трубопроводе наддувочного воздуха перед дроссельной заслонкой. Датчик имеет четыре подсоединения и также как и датчик давления во впускном коллекторе получает питание от блок управления DME с помощью подачи массы и напряжения 5 В. По одному подсоединению на блок управления DME передается давление, а по другому подсоединению температура всасываемого воздуха. Передача сигнала давления осуществляется так же, как в случае датчика давления во впускном коллекторе. Сигнал температуры передается таким же образом. Сопротивление с отрицательным температурным коэффициентом изменяет сигнал напряжение, с помощью которого DME определяет температуру наддувочного воздуха. При температуре воздуха 25ºC сопротивление составляет около 2063 Ом при 100-около 186 Ом.

Турбонагнетатель

Мотор N13 оснащен турбонагнетателем, работающим по технологии TwinScroll. Он имеет на впуске турбины два разделительных канала, по каждому из которых на лопатки турбины направляется отработавший газ от двух цилиндров.

Турбонагнетатель имеет известную конструкцию с электрическим клапаном рециркуляции наддувочного воздуха и работающим под действием разрежения перепускным клапаном.

Система выпуска ОГ

Выпускной коллектор

Выпускной коллектор двигателя N13 имеет конструкцию типа оболочки. На этом силовом агрегате используется выпускной коллектор «четыре в два», что необходимо для принципа работы турбонагнетателя TwinScroll. При этом в отдельный канал объединяются выпускные каналы цилиндров 1 и 4 и цилиндров 2 и 3. Он состоит из трех отдельных оболочек, сваренных между собой. Средняя оболочка образует часть всех четырех каналов выпуска ОГ, одна наружная оболочка другую часть каналов выпуска ОГ 2 и 3, а другая наружная оболочка часть каналов выпуска ОГ 1 и 4.

Катализатор

Двигатель Н13 имеет расположенный рядом с двигателем однопоточный катализатор с двумя керамическими частями.

	Объем, литров	Диаметр, мм	Количество ячеек в [ячейка/дюйм]
Керамическая часть 1	0,80	110	600
Керамическая часть 2	0,86	110	400

Лямбда-зонды

Используются известные лямбда-зонды фирмы Bosch:

• Регулировочный зонд: LSU ADV
• Контрольный зонд: LSF4.2

Регулировочный зонд находится перед первичным катализатором, как можно ближе к выходу турбины. Его положение выбрано таким образом, чтобы все цилиндры могла определятся по отдельности. Контрольный зонд находится за второй керамической частью.

Вакуумная система

Вакуумная система двигателя N13 сравнима с аналогичной системой мотора N55. Наряду с подачей разрежения в усилитель тормозов она в первую очередь используется для активации перепускного клапана на турбонагнетателе.

Вакуумный насос имеет обычную двухступенчатую конструкцию, чтобы большую часть создаваемого разрежения подавать на усилитель тормозов. Для подачи достаточного разрежения для активации перепускного клапана используется вакуум-ресивер. Он жестко соединен с кожухом двигателя.

Перед снятием кожуха двигателя необходимо отсоединить вакуумный трубопровод, так как в противном случае существует опасность повреждения.

Система подготовки рабочей смеси

В двигателе Н13 используется система впрыска под высоким давлением HDE, которая была внедрена с двигателем N55. В отличии от высокоточного впрыска (HPI) в ней используются электромагнитные форсунки с соплом, имеющим несколько отверстий.

Впрыск под высоким давлением аналогичен впрыску двигателя N74 и в случае с мотором N13 работает в большом диапазоне с давлением впрыска топлива 120 бар.

Используются форсунки фирмы Bosch с обозначением HDEV5.1. Эти форсунки являются переработкой форсунок, которые уже известны по двигателю N73. Двигатели N14 и N18 на MINI также имеют эти форсунки. Насос высокого давления уже известен по 4-, 8- и 12-цилиндровым двигателям.

Еще одной особенностью в сравнении с известными на BMW системами является отсутствие датчика низкого давления топлива.

Работы на системе питания разрешается проводить только после остывания двигателя и отсоединения аккумуляторной батареи. Температура охлаждающей жидкости не должна превышать 40ºC. На это необходимо обратить особое внимание, так как в противном в случае вследствие остаточного давления в топливной системе высокого давления возникает опасность выброса топлива. Для защиты необходимо надеть полностью закрывающую лицо маску и защитные перчатки.

При работах на топливной системе высокого давления следует обращать особое внимание на отсутствие загрязнений и соблюдать описанный к руководстве по ремонту рабочий процесс. Даже самые незначительные загрязнения и повреждения резьбовых креплений напорных трубопроводов могут привести в негерметичности.

• В систему не должны попадать частицы грязи или инородные тела

• Перед установкой трубопроводов и деталей необходимо удалить загрязнения

• Использовать только безворсовую ветошь

• Закрыть все отверстия системы питания защитными колпачками и заглушками

Блок управления топливным насосом

Как уже упоминалось ранее, в моторе Н13 отсутствует датчик низкого давления топлива. Топливный насос получает питание через реле и всегда работает с максимальной подачей. Регулировка количества топлива или управление количеством топлива отсутствует.

Насос высокого давления

На силовом агрегате N13 используется насос высокого давления фирмы Bosch, который устанавливается на двигатели N43, N63 и N74. Это однопоршневой насос с приводом от распредвала впускных клапанов через тройной кулачок.

Форсунки

Электромагнитная форсунка HDEV5.1 фирмы Bosch открывается внутрь и имеет несколько отверстий – в отличии от открывающихся наружу пьезофорсунок двигателей HPI. HDEV5.1 отличается большим количеством вариантов угла и формы струй и рассчитана на давление в системе до 200 бар.

Форсунка расположена на цилиндре сбоку и входит в камеру сгорания. В случае последовательного впрыска каждая форсунка активизируется блоком управления DME через собственный выходной каскад. При этом время впрыска соответствующего цилиндра согласуется с рабочим состоянием (частота вращения коленвала двигателя, нагрузка и температура двигателя).

Высокое давление необходимо, так как для сгорания необходимого количества топлива время впрыска должно быть намного короче.

Ток, протекающий через электронную катушку (5), создает магнитное поле. При этом игла форсунки поднимается с помощью якоря электромагнита (7) против направления действия пружины (4) от седла клапана (9) и открывает отверстия сопла форсунки (10). Вследствие разности давлений в магистрали Rail и камере сгорания топливо подается в камеру сгорания. При отключении тока игла форсунки прижимается пружиной (4) к седлу клапана и подача топлива прекращается.

Таким образом количество впрыскиваемого топлива зависит от давления в магистрали Rail, от противодавления в камере сгорания и времени открытия форсунки. По сравнению с впрыском во впускной коллектор впрыск топлива осуществляется быстрее, точнее и с лучшей формой струи топлива.

Благодаря использованию выходного каскада, работающего в тактовом режиме, с высоковольтными конденсаторами поступающее напряжение в бортовой сети повышается до напряжения 85-100 В.

В выходном каскаде течет ток до определенного значения отключения. При отключении возникает индуктированное напряжение, например 85 В, которое заряжает высоковольтный конденсатор (дополнительный усилитель).

Форсунки получают от этого конденсатора ток от 2,8 А до 16 А. Блок DME управляет форсунками с помощью подачи массы.

Подача топлива

Подача топлива зависит от автомобиля. В сравнении с уже имеющимися системами почти нет изменений.

Система вентиляции топливного бака

Система вентиляции топливного бака в случае двигателя N13 выполнена известным образом. Ее особенностями являются электрический клапан вентиляции топливного бака и подсоединение трубопровода подачи наружного воздуха на впускном коллекторе, сразу за дроссельной заслонкой.

Электрооборудование двигателя

Блок управления двигателем

Двигатель N13 имеет цифровую электронную систему управления (DME) фирмы Bosch с обозначением MEVD17.2.4. Она во многом схожа с системой DME двигателя N55 (MEVD17.2) и аналогичным образом жестко крепится к двигателю на впускном коллекторе.

Не выполнять пробных замен блоков управления!

Пробная замена блоков управления на аналогичные ЭБУ других автомобилей не допускается из-за наличии электронной противоугонной системы (EWS). Отмена согласования EWS невозможна.

Блок DME двигателя N13 (MEVD17.2.4) сконструирован для крепления на промежуточной пластине к впускному коллектору.

Концепция вставных модулей аналогична концепции MEVD17.2 двигателя Н55. Имеется логическое разделение на шесть модулей.

Разъемы MEVD17.2.4

Цифровая электронная система управления двигателем DME – является расчетно-коммутационным центром управления двигателем. Входные сигналы поступают от датчиков в двигателе и автомобиле. По входным сигналам, заданным значениям, рассчитанным по математической модели в ЭБУ DME, и заложенным полям характеристик рассчитываются сигналы для активации исполнительных механизмов. Блок управления DME активизирует исполнительные механизмы напрямую или через реле.

Сам блок DME активизируется по приводу активации (контакт 15, активизация) передним электронным модулем (FEM).

После выключения контакта 15 начинается фаза слежения. Во время слежения записываются значения коррекции. Затем блок управления DME сигнализирует по шине о готовности к переходу в состояние покоя, то задающее устройство шины посылает сигнал и через 5 секунд обмен данными между блоками управления завершается.

На плате в блоке управления DME находятся два датчика: датчик температуры и датчик окружающей среды. Датчик температуры используется для контроля температуры деталей ЭБУ DME. Давление окружающей среды для расчета состава смеси.

Проблемы двигателя BMW N13

Возможные неисправности двигателя Н13:

• неравномерная частота вращения мотора на холостом ходу – возможная причина: неисправна или слабо закреплена дроссельная заслонка; загрязнение контрольного клапана холостого хода;
• вибрация двигателя и отдельных элементов – возможная причина: неудовлетворительное состояние топливных форсунок;
• неисправность/поломка расходомера воздуха – возможная причина: запаздывание системы зажигания;
• также, неисправность отдельных узлов двигателя и плохая работа силового агрегата возможна при частой смене марки масла и топлива;