是自然吸氣,還是渦輪增壓?
上一代M3(代號E46)的名氣太過響亮,以至于當人們談論起它時,仍然對BMW在自然吸氣發動機方面的造詣贊不絕口,那臺代號為$54的自然吸氣直列六缸發動機不但奪得了2002年“世界年度發動機大獎”,還成為汽車發動機制造業中的經典之作。民間的崇拜為這臺發動機的頭頂增加了神秘的光環,也令E46名聲大噪。不過也有不少人對BMW的發動機產生了一個誤區,認為自然吸氣才是BMW所追求的極致。實際上,這種認識是錯誤的。回顧歷史便不難發現,B MW在發動機設計和制造方面一直維持著旺盛的斗志。從1917年,馬克思-弗利茲(Max Friz)從戴姆勒發動機公司來到慕尼黑時懷揣的夢想就奠定了BMW未來發展永不改變的基調。所以對于BMW來說,他們并不會拘泥于一種技術或單一的解決方案。自然吸氣也好,渦輪增壓也罷,如今每一臺能夠裝進車身中,為BMWE供源源不斷動力的發動機必須滿足三個原則:1)在設計原理和制造工藝上是最頂級的;2)必須滿足BMW對高效動力的苛刻解釋;3)無論采用幾缸設計,用什么樣的機構,一定要提供給駕駛者人車合一的駕馭感受。
近一個世紀以來,動力是BMW駕駛之悅席卷全球的源泉,歷史上50多次獲得世界發動機大獎(the Engine ofYear)的成績,遠遠把競爭對手落在了后面。而今年的“世界發動機年度大獎”中,BMW再次斬獲八個獎項中的四個,其中包括新MlNl Oooper S上裝備的1.6升雙渦管單渦輪增壓發動機,裝配在BMWl 23d和BMW X1 xDrlve23d上的2.0升柴油發動機,新一代BMW 5系、X3、6系敞篷車和雙門轎跑車上的3.0升直列6缸雙渦管單渦輪增壓發動機、以及M3上的V8自然吸氣4.0升發動機。而裝備了這四款發動機的車型已經得到了寶馬用戶們的極大認可。但如同以往一樣,BMW追求高效動力(Efficient Dynamics)的步伐從來沒有減慢過。
在“世界發動機年度大獎”揭曉后不久,BMW又推出了一款具有劃時代意義的小排量發動機N20。這臺發動機是BMW推出高效動力戰略后的首款4缸發動機。這款發動機隨著BMW X1 xDrive28i的上市而亮相,不久后還會搭載于Z4、5系等車型上。
雙渦管單渦輪增壓技術和N20
這款2.0升動力單元采用了BMW雙渦管單渦輪增壓技術,該技術已成功應用于直列6缸動力單元。發動機的技術組件包括基于雙渦流原理的增壓概念、燃油直噴技術、Doubte-VANOS可變凸輪軸控制和VALVETRONlC電子氣門控制。
安裝在BMW X1 xDrlve28i發動機罩下,這款新型發動機可輸出180千瓦/245馬力的功率,比前代強勁的4缸內燃機還高55干瓦。該發動機在1250轉/分鐘的發動機轉速下即可輸出350牛頓米的最大扭矩。得益于該數據,這款采用BMW雙渦管單渦輪增壓技術的全新動力單元在響應性和牽引功率方面都遠超寶馬6缸自然吸氣式發動機。此外,在動力獲得提升的同時,其耗油量和排放水平均明顯降低。在BMW高效動力(BMW Efticient Dynamics)理念的指導下,全新BMWX1xDrive28i的性能和耗油水平均獲得令人印象深刻的改善。該車從靜止加速至100公里/小時僅需6.5秒鐘,比同樣配備自動變速箱的前代車型快0.3秒鐘。其百公里平均耗油量降低了1.5升,達到7.9升。
除了BMW雙渦管單渦輪增壓技術的應用,全新4缸發動機的非凡性能還得益于基本款發動機廣泛采用的創新功能。垂直偏置平衡軸可確保最佳振動補償。此外,集成于雙質量飛輪中的離心擺可有效減少通常發生在低發動機轉速范圍下的不規則旋轉。因此,發動機的早期高扭矩輸出便可以得到利用,而絲毫不會影響舒適性。得益于離心擺結構,可在寬廣的發動機轉速范圍內實現極佳減震效果。因此,全新2.0升發動機實現了以前只有6缸發動機才具備的運轉平順性。
高效的雙渦管增壓技術(TwinScroll turbochargingsystem)
這套廢氣增壓系統采用了一個風扇驅動廢氣,廢氣通過兩個獨立的渦管將壓力分別提供給2個氣缸。這樣設計的好處是用輕便的結構解決了氣流擁堵從而造成渦輪遲滯和不平順的問題,相對來說,更連續且更獨立的增壓效果帶來的直觀好處就是發動機更快的響應和更強勁的運轉能力。不得不說的是,只有極其尖端的制造水準才能實現雙渦管單渦輪增壓結構的設計原理。因此這套系統在制造工藝方面的要求之高是難以想像的。
高精度直噴系統(Hign Precislon lnjection)
燃油直噴已經成為發動機制造業耳熟能詳的尖端技術。把燃油直接噴射到氣缸中意味著燃油和空氣更充分的混合,從而實現更高效的燃燒。與其它缸內直噴技術不同,在設計氣缸時,BMW把噴油嘴安置在了與氣缸行程相對垂直的位置。BMW的工程師認為,這種直接的噴射方式才能在點火時迅速響應,同時提高燃燒效率,但相應地噴油嘴必須經受得起比以往直噴技術更高溫的灼燒,這同樣對制造工藝有著極端苛刻的要求。
電子氣門控制技術VALVETRONlC
通常,BMW發動機的電子氣門使用步進馬達控制裝備有一系列中間搖臂的次級偏心軸,而次級偏心軸則又控制閥門提升度。也就是說,此項尖端技術用電動控制每個汽缸上進氣門的提升,取代了傳統節氣門。因此與傳統節氣門相比,發動機能夠更精確地調節進入汽缸的空氣量。另外,對于同樣采用可變節氣門技術的發動機來說,BMW的氣門變化是線性的,而有些發動機的氣門僅提供3個檔的改變。
可變凸輪軸控制技術(Double—VANOS)
BMW于1992年率先引進突破性的可調式凸輪軸控制裝置技術。而雙凸輪軸可變氣門正時系統(DOJble-VANOS)于1997年投入生產。這套系統可持續調節進氣門和排氣閥的凸輪軸位置,由此帶來低發動機轉速時扭矩明顯增大,高發動機轉速時功率更高,同時降低油耗和排放。
在低發動機轉速時,移動凸輪軸的位置,使氣門延時打開,提高怠速質量并改進功率輸出的平穩性。在發動機轉速增加時,氣門提前打開:增強扭矩,降低油耗并減少排放。高發動機轉速時,氣門重新又延時打開,為全額功率輸出提供條件。
鋁制曲軸和曲軸箱制造技術
關于鋁制曲軸我們甚至可以追溯到1917年BMW的第一款飛機發動機上,但把目光放在2000年E46上搭載的那臺引以為傲的直列6缸發動機$54為例可能會更清晰。為什么它能擁有如此之通常的6缸發動機都采用V型設計,與它們相比$54擁有體積小、質量輕、燃燒后氣缸燃燒后,缸桿相對垂直的位置能夠更好的將動力傳遞出來等特點,但是為伺有這么多優點,卻只有寶馬采用這樣的設計?因為6個氣缸在一條直線上就意味著需要一個更長的曲軸,而這對制造工藝和生產精度的要求實在太高了,以至于許多制造商更愿意繞開這一技術壁壘選擇別的解決方案。這也是為什么BMW的全鋁曲軸箱在發動機制造業中擁有無與倫比的地位。