談技術: 解析寶馬3.0T新直六發動機

 內燃機科技

自1917年工程師馬克思•弗利茲研發了第一台寶馬直列六缸航空發動機——BMW IIIa至今，近一個世紀的年輪碾過，從航空發動機轉戰到汽車發動機，從化油器到缸內直噴技術，再從自然吸氣到全麵推行渦輪增壓，不斷進化的寶馬發動機成為國際發動機大獎名單上的常客，時至今日依舊看到的是寶馬對直列六缸發動機陣營的堅守。而今天我們不聊過往的曆史情懷和功勳榮譽，在上一代N55直六發動機將被取代的時刻，來理性解讀一下寶馬最新的B58直列六缸發動機，看看它到底比N55強在了哪？

 

 

● 搭載直列六缸發動機的車型

 

目前搭載直列六缸機的寶馬主要車型（除寶馬M車型）
車係	型號
寶馬1係	M135i
寶馬3係	335Li
寶馬5係	535Li
寶馬7係	740Li、740Li xDrive、740Li 混合動力版
寶馬X3	xDrive35i M運動型
寶馬X4	xDrive35i M運動型
寶馬X5	xDrive30d、xDrive35i
寶馬X6	xDrive35i
寶馬3係GT	335i、335i xDrive
寶馬5係GT	535i、535i xDrive

 

● 不談情懷，我們來聊聊寶馬為什麽將六個氣缸一字排列?

　　拋開寶馬及寶馬粉對直列六缸發動機的鍾愛情節，也不談多年開發直列六缸發動機的技術積累和成本控製優勢，寶馬堅守直列六缸發動機的理由還有哪些？

□ 從平順性的角度看，直列六缸發動機“天生麗質”

　　眾所周知，發動機所輸出的動力是來源於一個個氣缸內燃油混合氣的爆炸做功，然而想要得到持續平順的動力源泉，就要利用好這些氣缸們的“暴脾氣”，靠它們互相抵消不平衡力和力矩，而具體的做法就是控製它們“發火”的時機，也就是點火順序。直列六缸發動機靠特有的點火順序和排列方式，成就了它在傳統汽車發動機中獨步天下的平順性。

　　一般來說，普通發動機都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個行程完成一次工作循環，單缸發動機的曲軸旋轉720°有一個做功行程，而對於六缸發動機而言，曲軸每旋轉120°就有一次做功行程。直列六缸發動機的點火順序為1-5-3-6-2-4或者1-4-2-6-3-5，這樣設置的目的是為了中間對稱的兩個氣缸的運動步調是一致的，這就抑製了直列發動機的“翹板式”振動。另外，由於六個氣缸兩兩一組，三組氣缸的配氣相位正好相差120°，從而在曲軸旋轉的任意時刻，活塞的往複慣性力在各個方向上一直是處於相互抵消的狀態，這是三缸發動機、四缸發動機和V6發動機所不能達到的。也因此，直列六缸發動機不需要加裝平衡軸。

□ 化不利為優勢的縱向布置

　　顯然，相比四缸發動機或者V6發動機，直列六缸發動機的弊端就是體積不夠緊湊，直線排列的氣缸組讓發動機整體的長度增大，影響了布置的靈活性。將直列六缸發動機橫置會非常困難，幾乎隻有沃爾沃這麽做了。對於以縱置發動機為主的寶馬車型來說，較長的發動機帶來的並不隻是占用車內空間方麵的負麵影響，縱向布置的直列六缸發動機伸向前軸之後的部分更多，這在一定程度上也優化前、後軸的配重，提升整車的操穩性。

□ 省去一個氣缸蓋

　　相比V6發動機，由於直列六缸發動機的六個氣缸站成了一排，所以隻需要一個氣缸蓋。對於采用雙頂置式凸輪軸（DOHC）的發動機就意味著省去了兩根凸輪軸。這一方麵縮減了零部件的數量，減輕了重量，也簡化了發動機結構；另一方麵也減少了多一套配氣機構帶來的功率損失。

　　或許通過加裝平衡軸，三、四缸、V6發動機也能達到很好的平順性；或許通過優化整車結構布置，其它車型也能取得完美的前後軸重量分配；或許通過其它方麵的改進也能使發動機保持很高的燃效，而寶馬的選擇很簡單，就是繼續研發直列六缸發動機。那新的B58發動機在N55基礎上有什麽改進呢？我們接下來給出答案。

 

● 為什麽叫B58？

　　寶馬新一代直列六缸發動機的代號為B58（以下簡稱B58），在2013年之後由原先的“N”字頭改成了“B”字頭，“5”和“8”分別代表了直列六缸和汽油機的含義，並開創了寶馬發動機模塊化開發的理念。

● 寶馬3.0T新一代直列六缸發動機（B58）搭載的車型

『2015款 進口寶馬340i 基本型』

● 和現款的N55直列六缸發動機相比，B58強在哪？

　　對比代號為N55的前輩，新一代直列六缸發動機B58在進、排氣和渦輪增壓器結構上做了改進，采用了集成在進氣歧管上的水冷式中冷器，同時也優化了可變進氣升程機構Valvetronic。另外，對整個發動機的熱管理係統進行了升級，包括利用熱管理模塊控製冷卻液溫度、采用新的工藝在氣缸壁上配塗耐磨塗層等等。這些革新都使B58發動機在性能和燃效方麵進行了提升。

 

□ 功率提升20Ps、扭矩提升50N·m

　　同樣為3.0T渦輪增壓發動機，為什麽新的B58能夠將最大功率和扭矩提高那麽多?尤其是在扭矩方麵提升了50N·m。除了壓縮比由原來的10.2:1變成11:1的因素外，其與B58減小了缸徑,采用了更長行程的設計脫不了關係。

　　B58發動機不隻是氣缸尺寸發生了變化，在氣缸壁的處理工藝上也做出了改進。目前大多數廠家都是采用等離子熱噴塗技術，在氣缸壁上噴塗合金碳化物或者其他複合材料來提高氣缸壁的耐磨性和熱傳導性。B58采用了電弧噴塗方式，相比之下它的工藝難度更高，但效果更好，能夠使氣缸壁擁有良好的耐磨性，並且一定程度能減少摩擦帶來的功率損失。

　　另外，仔細觀察兩款發動機的扭矩特性曲線，你會發現發動機升高轉速的過程中，起初階段B58比N55的扭矩要小，但B58的扭矩曲線斜率更大，也就是發動機扭矩攀升的加速度要大。是什麽導致了它們如此不同的扭矩特性呢？答案是B58采用了更小的渦輪。

□ 如何讓發動機更好地“呼吸”

　　為了適應不同工況下發動機的配氣需求，新一代直列六缸發動機B58與N55一樣采用了進、排氣雙可變正時係統（VANOS）和可變氣門升程技術（Valvetronic）。不同的是在可變氣門升程技術的物理結構上進行了改進。

 

　　總體來說，新一代B58發動機的機體結構、增壓係統和配氣機構發生了一定變化，主要體現在了氣缸尺寸設定、加工工藝、渦輪尺寸以及氣門可變升程機構等方麵。然而讓這些改進後的部件發揮作用還有一個前提，那就是讓冷卻係統為它們保持正常的工作溫度。

□ 如何讓發動機不“發燒”

　　發動機氣缸內可燃混合氣燃燒產生的溫度是非常高的，如果不能正常地對發動機冷卻，那麽將會嚴重影響發動機的燃油經濟性和動力性，甚至會損壞發動機。當然，也不是溫度越低越好，一般來說最佳的發動機冷卻液工作溫度在80-100℃左右，所以在冬天啟動車輛時，要對發動機進行升溫並維持最佳工作溫度。新一代B58發動機便在冷卻係統方麵下足了功夫。

　　首先，B58的中冷器由原來N55的風冷式中冷器改成了水冷式。風冷式中冷器是借助車頭“撞”進的空氣為增壓後的進氣降溫，顯然它會受到車速的影響，不能在任何工況下都能保持最佳的冷卻效果。水冷式中冷器則不同，它通過電腦主動控製循環冷卻液的流速，來達到“隨叫隨到”的降溫“服務”。

　　除了對發動機吸進的空氣降溫，還要對整個發動機本體進行複雜的溫度管理，其中不僅包括了對六個氣缸、機油、渦輪增壓器等部件的溫度控製，還要對空調係統的熱交換器溫度進行控製。

　　在冷卻係統中起到很大作用的是節溫器，相比傳統石蠟受熱膨脹原理的節溫器，新的B58發動機依靠溫度傳感器和電控旋轉閥門等組成了熱管理模塊，在不同的工況下對冷卻係統進行了更精確、更智能的控製。

　　另外，在作為驅動冷卻液循環的動力源——水泵方麵，B58也相比N55做出了一些變化，N55的冷卻係統中采用了一個電動水泵，而B58搭載了兩個水泵，其中一個機械水泵來驅動發動機的主要冷卻循環，另一個為電動水泵，有它來單獨控製渦輪增壓器的冷卻。機械水泵靠發動機曲軸的來驅動，因此缺點就是車輛熄火後便不能在循環冷卻液了。所以，可以說寶馬在B58發動機上采用的策略是，根據不同工況選擇適合的冷卻循環方式來對不同部位進行冷卻。

● 采用模塊化開發方式

　　在這款直列六缸發動機上也體現了寶馬未來發動機模塊化生產的趨勢，以單缸0.5L排量為基礎擴展了其三缸、四缸、六缸機的研發，原因是以此為單元的每個氣缸的動力輸出、燃油經濟性、機械摩擦等都能保持在比較理想的狀態。相比三、四缸發動機，這款新的直列六缸發動機或許沒有模塊化的最大不同點是在於中冷器采用了性能更優秀的水冷式。

　　從N55到B58，在這個三缸機、四缸機橫行的年代，我們可以相信未來寶馬依然不會讓鍾愛直六發動機的粉絲們失落，寶馬依舊會傳承這一發動機形式。並且，不光是對進排氣係統和渦輪增壓器的改進，還是對發動機冷卻係統的優化，我們都可以看到在N55基礎上，B58在再一次壓榨出了直列六缸發動機的各方麵性能。另外，很重要的是寶馬B係列發動機模塊化的設計理念，也將降低發動機的研發、製造的成本，縮短研發周期。總之，寶馬對直列六缸發動機的偏執是有理由的。那實際上新一代B58直列六缸發動機表現怎樣，我們還是要等真正試駕過搭載它的車型後再下定論。