详解宝马全新B58直列六缸机:比N55进化了多少

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过去十年是汽车工业的又一个黄金十年,很多有趣的技术被发明推广:8速、9速甚至是10速自动变速箱,涡轮增压,电动车,氢燃料电池,自动驾驶,LED自动头灯等等。

在这当中,宝马用它的涡轮增压技术开创了一个全新的时代,从里程碑式的N54,和随后的N55、N63、N20,到全新的B系列引擎(B37/38,B47/48,B57/58)。

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回到本世纪初,一股风潮在汽车工业中悄然兴起——人们对引擎动力越来越饥渴。彼时,六缸机还在200马力徘徊,300马力则是高端引擎诸如V8/10/12的领地。

第一个在平价车领域发动“马力战争”的汽车制造商是日产。它在2001年发布英菲尼迪I35,其搭载了VQ35DE V6引擎,这是入门级豪华轿车中首次动力超过250马力。打那时候起,宝马就压力山大,不信看时间线:

2001年底:日产VQ35DE V6, 255 hp (2002款英菲尼迪I35)

2005年1月: 日产VQ35DE V6, 300 hp (2005款日产350Z 35周年纪念版)

2005年1月: 丰田2GR-FE V6, 280 hp (2005款丰田亚洲龙)

2005年4月: 丰田2GR-FSE V6, 306 hp (2006款雷克萨斯IS350)

2005年4月: 宝马N52 L6, 255 hp (2006款宝马330i)

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▲日产VQ35DE V6

看得出来宝马很尴尬。丰田的2GR不仅马力更大,扭矩也更强——3.5排量376牛米,也即每升107牛米。升扭矩是自吸发动机非常重要的指标,因为它直接与引擎的充量系数有关,代表着汽车制造商的研发实力。和2GR-FSE相比,最高性能的3.0L N53也才320牛米,升扭矩106牛米。

要知道,N53还引入了稀薄燃烧技术,而2GR-FSE是没有的。这表明丰田的自吸引擎研发能力更强。

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▲丰田2GR-FSE

作为对丰田2GR的回击,宝马第二年推出了N54双涡轮引擎。事实上宝马秘密研发N54很多年了,玩得也更大,走的完全是另一个路数:涡轮增压。宝马的失误在于,它太小看了竞争对手,最终逼不得已让N54匆忙上阵。

由于时间太紧,N54某些方面还有瑕疵。三年后,宝马发布了其继任者:N55。当然这也算不上完美,它的开发正巧碰上2008金融危机,尽管N55有不少改进,但还是能看出资金拮据的蛛丝马迹。

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▲宝马N54

B58相比N54/55有两大关键改进:

1.B58是封闭式缸体,N54/55是开放式;

2.B58是水冷式中冷器,N54/55是涡轮式。

封闭式缸体

先来看看B58的封闭式缸体设计。它天生就比开放式缸体强度大,因此更适合高负荷和高压工况,这就解释了为什么M3/4的S55引擎在N55的基础上改为封闭式缸体,同时也正是宝马从不将N54/55的动力升到340马力以上的原因——它根本承受不了。

虽然B58在结构上更坚固,但也有短板。比如它的制造成本更高;它的冷却液流量也受限,宝马还专门为其设计了一个热管理模块。另一方面,也不是说开放式设计不好。它更轻,也更容易冷却,因此它更适宜缸压不那么高的设计。

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▲N54

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▲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。

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▲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。

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▲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。

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▲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。


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▲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。

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▲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。

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▲B58热管理模块

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▲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。

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▲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……)

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▲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。

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▲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。

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▲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。

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▲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)

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▲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%。

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▲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)

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▲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。

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【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。

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▲B58的ECU

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▲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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