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宝马N20系列发动机详解 涡轮增压的力量

发布日期:2012/6/21
来源:互联网/ 本站作者

宝马曾经是如此忠实的自然吸气发动机推行者。采用V8发动机的E90系列M3、采用V10发动机的E60系列M5都是采用自然吸气发动机的高性能车型代表,那线性的动力、高转速时发出的高亢的气浪声,激起了无数车迷的肾上腺素。然而,当采用了N63B44TU 4.4T双涡轮增压发动机的F10 M5将E60 M5远远甩到只有吃灰的份上之时,我们应该明白,自然吸气的宝马时代已经远去,长江后浪推前浪,涡轮增压发动机已经将自然吸气发动机拍死在了沙滩上。

BMW TwinTurbo Power

● 涡轮增压很久以前就是宝马的拿手好戏

虽说宝马是最近几年才开始大规模采用了涡轮增压技术,然而宝马其实在很久以前就已经开始采用涡轮增压技术,只不过并没有大规模应用。最早采用了涡轮增压的宝马量产车是2002 Turbo,它是一台有着深远意义的车,因为它是如今M3的前身,并且是宝马乃至欧洲市场的第一台量产涡轮车型。它搭载2.0T直列四缸涡轮增压发动机,最大功率125kW(170PS)/5800rpm、峰值扭矩240Nm,0-100km/h仅需6.9秒。现在看来参数不算出彩,但相比当时的自然吸气机型来说可算非常给力。

宝马2002 TURBO

后来宝马还在1980年推出了M102,是一台排量为3.2L的涡轮增压发动机,用在了1980年款的第一代E32 宝马7系的745i车型上。它的最大功率为188kW(252PS),功率输出可以达到同时期1.4倍排量的自然吸气车型,大概可以等同于4.5L发动机,这也是745i名称的由来。不过在M102乃至后来的M106发动机后,宝马就甚少踏足涡轮增压领域。

宝马E32 745i

当宝马开始大规模换用N20后,不少车迷表示仍然迷恋N52系列直列六缸机器,并且认为宝马弃用自然吸气是走了邪道,此言其实差矣。如果硬要说N20是邪道,那么宝马早在几十年前就已经步入邪道了。要知道,宝马是造飞机发动机起家的,而涡轮增压技术是航空活塞发动机必备的技术之一,当年宝马2002 Turbo的涡轮增压技术更是走在了众多欧洲车厂的前面,而N54/N55发动机亦是宝马近来最有代表性的高性能涡轮增压发动机之一。

宝马1系M

宝马1系M

N54是一款直列六缸3.0L双涡轮增压发动机,而N55可以说是N54的继任机型,是一款直列六缸3.0L双涡管单涡轮增压发动机。N55用双涡管取代了N54的双涡轮,并且加入了可变气门升程技术,在保持N54高性能的前提下,进一步降低了油耗,在335i、535i、X6 35i等一系列高性能车型上。而目前,还在使用N54的有著名的宝马1系M,凭借着出色的性能,打败了许多售价不菲的高性能跑车,这款发动机也获得了2007和08年的国际年度发动机奖。可以说宝马从N54/N55开始,重新走上了涡轮增压的道路。

● 四缸版本的N55——宝马N20系列2.0T发动机

N54/N55发动机的表现自然非常出色,然而它们都主要用在价格不菲的高性能车型上。大众系列的2.0 TFSI四缸发动机已经大量应用在了奥迪A4/A5/A6/Q5等车型上,奔驰的C180/C200/C260/E200车型采用的也是1.6L或者1.8L的小排量四缸涡轮增压发动机。而被N20取代前的N52/N53是直列六缸自然吸气发动机,这一系列机型的排量和油耗都比对手的更高,然而性能却没有明显优势,所谓的平顺性显然无法战胜小排量涡轮增压低转高扭、油耗更低的优势。于是宝马有了N20。

N52系列发动机

奥迪A4L搭载2.0TFSI发动机

值得赞赏的是,宝马没有随随便便推出一款小排量增压机型就去和奥迪奔驰抗衡,而是采用了在N55发动机上运用成熟的双涡管单涡轮增压技术。宝马之所以长久以来采用自然吸气,其中一个原因就是他们痛恨涡轮增压发动机严重的涡轮迟滞现象。双涡轮技术很好的解决了这个问题,但成本偏高。而双涡管单涡轮则在成本和性能上找到了极佳的平衡点。

2011款宝马X1搭载的N20发动机

宝马N20发动机具有三个关键性的技术:1、双涡管单涡轮增压技术;2、可变气门升程辅以可变气门正时技术;3、燃油直接喷射技术 。接下来我们先介绍后两个技术,把最重要的双涡管单涡轮增压技术再单独拿出来讲解。

N20发动机示意图

可变气门升程与正时技术,宝马称之为 VALVETRONIC with twin VANOS ,该系统会根据需要而自动改变进气阀门的升程。其效果是发动机可以自动调节功率输出从而优化燃油消耗。而可变气门正时,宝马称之为VANOS,可以影响进气阀和泄气阀的开合时间。其优点在于可以让发动机在较低的转数下获得较高的扭矩、在较高的转数下获得更强大的功率输出,同时也能优化尾气排放以及燃油消耗。

燃油直喷技术(Petrol Direct Injection/High Precision Injection 现在已不新鲜,N20发动机的燃油直接喷射的原理是在百万分之一秒内在火花塞的附近精确生成空气和汽油的混合物。如此一来,燃烧就可以在更洁净的区域内均匀地完成。这种技术可以提高燃烧效率,最直接的好处是降低燃油消耗。

相比以上两个技术,真正属于N20的独家技术毫无疑问是双涡管单涡轮增压技术 (TwinScroll Turbocharger) ,相比一般的涡轮增压发动机,N20具有两个涡管,分别与气缸1和气缸4、气缸2和气缸3连通,这一长一短两个涡管将发动机气缸的废弃分别导入涡轮中,这么做可以让涡轮的反应更加敏捷,尤其是在低转速下。下图可以方便大家更好的了解N20涡轮增压器的运作,其工作原理主要具有四个步骤:

N20发动机示意图

1)导流: 从气缸排出的高温高压气体经由两个涡管到达涡轮。我们知道,气缸气门是循环开合运作的,普通的增压采用一个涡管,在低转速下排出的废气尤其容易发生互相抵消的作用。而N20发动机的涡管各自和1、4和2、3气缸连通,因为奇数和偶数气缸不会同时排出废气,因此就避免了抵消作用。同时期,两个涡管可以分别传导奇数或者偶数气缸的气体到涡轮中,因此可以极大地降低涡轮迟滞效应,并且在低转速下就获得高扭矩。

2)旋转: 气缸排出的废气可以推动涡轮叶片,叶片的转数最高可达15万rpm。由于来自两个涡管的废气更有规律的导入涡轮,因此可以降低涡轮迟滞效应。

3)排气: 经过涡轮后,完全无用的废气由此排除,他们将经过二元催化器,将一氧化碳、氮氧化物等有害气体进行分离后再从排气管排出。

4)压缩: 与此同时,涡轮将废气压缩,让它们变得相对低温且洁净,其压力超过30%的大气压。而富含氧气的气体再次回到燃烧室,进一步提高燃烧效率,从而强化发动机的功率和扭矩输出。具备TwinPower技术的发动机比一般同排量自然吸气发动机的动力输出可以提高30%以上。

看到这里,相信大家已经基本了解了N20发动机的技术特点和工作原理,那么它的表现究竟如何呢?事实胜于雄辩,转到下页,我们看看N20发动机的实际表现。



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