过去的十年是汽车工业的另一个黄金十年。发明了很多有趣的技术。8速、9速、甚至10速自动变速器、涡轮增压、电动车、氢燃料电池、自动驾驶、LED自动前灯等。
其中宝马以涡轮增压技术开创了一个新时代,从划时代的N54、后续的N55、N63、N20到新的B系列发动机(B37/38、B47/48、B57/58)。
本世纪初,汽车工业上有——人对发动机动力越来越饥渴。那时,6缸机器仍徘徊在200马力,300马力是V8/10/12等高端发动机的领地。
在低价汽车领域发起“马力战争”的第一家汽车制造商是日产。2001年发布了搭载VQ35DE V6发动机的IFINID I35,这是入门级豪华轿车中第一辆动力超过250马力的。(威廉莎士比亚,Northern Exposure,)从那时起,宝马压力很大,不相信时间线。
2001年末:日产VQ35DE V6、255惠普(2002年款infinidi I35)
2005年1月:日产VQ35DE V6、300惠普(2005年日产350Z 35周年纪念版)
2005年1月:丰田2GR-FE V6、280惠普(2005丰田亚洲)
2005年4月:丰田2GR-FSE V6、306惠普(2006雷克萨斯IS350)
2005年4月:宝马N52 L6、255惠普(2006宝马330i)
日产VQ35DE V6
可以看出宝马很尴尬。丰田的2GR不仅马力更大,扭矩也更强,——3.5位移376牛米,即每升107牛米。升力扭矩是自吸收发动机的一个非常重要的指标。汽车制造商的R&,因为它与发动机的充电系数直接相关;表示d实力。与2GR-FSE相比,最高性能的3.0L N53度为320雨米,升力扭矩为106雨米。
N53还引进了稀薄的燃烧技术,但要知道2GR-FSE不是这样。这表明丰田的自吸发动机研发能力更强。
丰田2GR-FSE
作为对丰田2GR的反击,宝马第二年推出了N54双涡轮发动机。其实宝马秘密开发N54已经很多年了,玩得更多,走的是完全不同的路:涡轮增压。宝马的失误是过于贬低竞争对手,最终不得不仓促出战N54。
由于时间太紧,N54的某些方面有缺陷。三年后,宝马公布了继任者N55。当然不是完美的。其开发正好遇到了2008年的金融危机,尽管N55有了很大改善,但还是能看到资金短缺的线索。(大卫亚设)。
宝马N54
与N54/55相比,B58有两大改进。
1.B58是封闭式气缸,N54/55是开放式的。
2.B58是水冷中冷器,N54/55是涡轮。
封闭式气缸体
首先,我们来看一下B58的封闭式气缸体设计。它本质上比敞开式气缸体强度强,因此更适合高负荷和高压情况。这就解释了M3/4的S55发动机为什么基于N55改为封闭式气缸,宝马为什么不把N54/55的动力提高到340马力以上,3354根本无法承受。
B58在结构上更坚固,但也有短板。例如,制造成本更高。冷却剂流量也有限,宝马专门设计了热量管理模块。另一方面,开放式设计也不是不好。它更轻,更容易冷却,因此更适合罐子压力没有那么高的设计。
78cef4d4eae44cbbea17a287bd3545e?from=article.detail&_iz=31825&index=5" width="640" height="469"/>▲N54
▲B58
N54/55采用铸铁缸套,B58则不同:它用的是一种叫电弧喷涂的新技术,是等离子喷涂法的一种,在缸体表面喷上一层0.3mm薄的钢膜,也就无需再用缸套了。而这么做最终是为了减重。
等离子喷涂以前是很新奇的技术,GT-R、LFA都有应用,如今成本已经大大降低,连福特的EcoBoost引擎也在使用。
▲电弧喷涂
你会发现宝马大部分直列六缸机都是长冲程的,B58也是如此。它的缸径和冲程分别是82 mm 、94.6 mm。这么设计不是为了更强的低扭,而是出于封装的考虑。宝马要是采用短冲程,为了保证排量不变,它的缸径就要更大,由于气缸排成一列,引擎就会变得过长,最终很难放进引擎室,不然就得加长车头,这对很多车型来说是没必要的。更关键的是,缸径变大,曲轴也跟着变长,其强度也会变弱。
▲B48气缸
再者说,长冲程对涡轮机也有利:由于涡轮迟滞,引擎处于自吸模式时,扭矩越高越好,这将给予司机更快的油门响应。
看起来B58的封闭式设计让宝马花了不少钱。但通观全局,就是另一回事了,因为B58并不是一个独立的产品,而是宝马全新B系引擎中的一份子。B系引擎采用模块化设计,不论是汽油还是柴油机,都采用一样的缸径,一样的冲程,甚至是一样的缸体。因此,所有引擎可以均摊设计和制造成本,最终降低总成本。
水冷式中冷器
几乎所有“正经”的高性能涡轮机都采用水冷式中冷器,因为它更高效,也更稳定。对B58来说也是如此。
▲B58,高亮部分是中冷器
B58的水冷式中冷器集成于进气歧管充气室,后者位于引擎顶部,缸盖下面。进气不再需要像N54/55那样连接中网的中冷器,如此紧凑的设计有一大好处:进气道显著缩短,这提升了油门响应速度。
▲B58 VS N55
还有其他细节表明B58是高性能引擎。比如它的曲轴是锻造的,比N55的铸造件更坚固,此外B58的活塞连杆也同样是锻造的。
▲B58曲轴
细节改进
除了上述基础升级,B58还有许多出色的设计,同时它们不应被孤立看待,而是一个有机整体。下面简要介绍这些改进。
【热管理模块】
上文提到过,B58的封闭式缸体导致冷却液流量受限,使得引擎冷却系统的工作环境更加严苛。
▲B58热管理模块
▲高亮部分是热管理模块的驱动皮带轮
因此,宝马在B58上设置了一套“热管理模块”,它由曲轴通过一根蛇形皮带机械驱动。模块内部,冷却液流速由旋转阀来调节。上一代宝马引擎用的是电子泵,长时间使用容易出故障,现在的机械式冷却泵就没有这个问题。不过,引擎关闭后涡轮依旧高温,为了搞定这种情况,宝马为涡轮添加了电子水泵。
【引擎质量分布优化】
N54/55引擎上,交流发电机、空调压缩机、正时链条和机油滤芯集成在引擎前部,因此引擎的重心趋于前倾。
B58的设计则不同,它将滤芯及其散热器,VANOS正时链条置于引擎背面。这对质量分布有好处,代价是维护和修理不怎么方便。
▲机油滤芯位于后部
虽然机油滤芯盖藏在引擎室深处,但还不难找。可VANOS系统维护起来就非常麻烦:它位于引擎右后侧,离挡火墙极近,不把引擎整个拆下来是碰不到它的。因此,对于过了保修期的340i车主,只能祈祷它别出事儿了(然而宝马工程师已经算好了这一切……)
▲VANOS
由于正时链条运转时会有噪音,宝马在缸盖和挡火墙之间设置了一层隔音棉
【Valvetronic系统和节气门体】
VANOS负责气门正时调节,Valvetronic则充当节气门体,用于控制气门升程。N55的Valvetronic是第三代,B58上的是第四代。工作原理并没有本质不同,B58的Valvetronic系统主要差异在于,它将伺服电机从气门盖中移出,并将其放置在缸盖顶部靠右侧。这样的设计带来两大好处:一是显著压缩了安装空间,二是降低了引擎整体高度,从而降低了引擎重心。
▲亮部分是Valvetronic伺服电机
理论上讲,有了Valvetronic系统,节气门体就没必要了。不过,B58依然安装了节气门体,在中冷器入口前面。它的作用是:1.当引擎负荷突然改变,Valvetronic机构可能没法那么快适应新工况的需求,节气门可作为过渡手段;2.曲轴箱通风系统需要一点真空;3.节气门体可以充当Valvetronic系统失灵后的候补机构。
▲高亮部分是节气门体
【供油系统】
B58供油系统最大的改变是,每个燃油喷射器都直接用螺栓固定在油轨上,而不像N55那样通过高压管线供油。这样做的好处是压力损失更小(路径越长损失越大),压力控制更快一些,也更精确。
▲燃油喷射器用螺栓固定在燃油导轨上
B58沿用了电磁阀喷油器,而不是更昂贵的压电式喷油器,后者应用于初代N54和现款N63引擎中。不用的原因是,美国的汽油含硫较高,会让稀薄燃烧技术失效。(个人认为这是胡扯)
▲B58电磁阀喷射器
【涡轮增压器】
B58和N55一样采用双涡管设计,但尺寸更大。相比于N55上的,B58的涡轮直径大了6%,叶轮直径也增大了10%,因此B58增压能力提升了20%。
▲B58涡轮增压器
从下面的官方功率/扭矩曲线图可以看出,功率输出在5000RPM之后有一个平台期。这很可能是人为限制造成的,任何“不受约束”的功率输出都应该是平滑的曲线,而不是这么生硬的平台,这表明B58会有一个高功版。(2016款340i推出M性能套件,将B58的动力参数提升至355马力和502牛米)
▲B58 vs N55
B58的涡轮增压器配备了一个电控泄压阀,不同于N55,后者采用一个真空电磁阀增压控制系统。不过,在340i上,由于涡轮会产生高温,宝马为电控元件设置了隔热罩。
【引擎控制单元(ECU)】
宝马的传统是把引擎ECU放在引擎室中。N55 ECU放在进气室下方,因此,它能被进气冷却。而B58的ECU移出了引擎,置于驾驶侧的塔座上。请注意,ECU周围的电插头/插座没有密封,在各种天气因素的影响下,其可靠性存疑。
▲B58的ECU
▲ECU位于进气歧管驾驶侧塔座之间
结论:
B58代表了宝马最新的引擎技术、全新的架构、设计理念和运行方式。封闭式缸体设计和水冷式中冷器让它完全超越了前代N55,拥有前所未见的快速油门响应,油门迟滞是如此的微弱,以至于在日常驾驶中几乎感觉不到,你只能通过手动模式去感知它。
有了B58,宝马终于找回了350马力六缸机战场的入场卷,可与奔驰M276 DELA30,和奥迪新款3.0T V6展开贴身肉搏。
编译|休不眠
原文|youwheel
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