寶馬N20系列發(fā)動(dòng)機(jī)詳解 渦輪增壓的力量

　　【太平洋汽車網(wǎng) 新車頻道】寶馬曾經(jīng)是如此忠實(shí)的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)推行者。采用V8發(fā)動(dòng)機(jī)的E90系列M3、采用V10發(fā)動(dòng)機(jī)的E60系列M5都是采用自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能車型代表，那線性的動(dòng)力、高轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)出的高亢的氣浪聲，激起了無(wú)數(shù)車迷的腎上腺素。然而，當(dāng)采用了N63B44TU 4.4T雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的F10 M5將E60 M5遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩到只有吃灰的份上之時(shí)，我們應(yīng)該明白，自然吸氣的寶馬時(shí)代已經(jīng)遠(yuǎn)去，長(zhǎng)江后浪推前浪，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)將自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)拍死在了沙灘上。

● 渦輪增壓很久以前就是寶馬的拿手好戲

　　雖說(shuō)寶馬是最近幾年才開(kāi)始大規(guī)模采用了渦輪增壓技術(shù)，然而寶馬其實(shí)在很久以前就已經(jīng)開(kāi)始采用渦輪增壓技術(shù)，只不過(guò)并沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用。最早采用了渦輪增壓的寶馬量產(chǎn)車是2002 Turbo，它是一臺(tái)有著深遠(yuǎn)意義的車，因?yàn)樗�是如今M3的前身，并且是寶馬乃至歐洲市場(chǎng)的第一臺(tái)量產(chǎn)渦輪車型。它搭載2.0T直列四缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率125kW(170PS)/5800rpm、峰值扭矩240Nm，0-100km/h僅需6.9秒�，F(xiàn)在看來(lái)參數(shù)不算出彩，但相比當(dāng)時(shí)的自然吸氣機(jī)型來(lái)說(shuō)可算非常給力。

　　后來(lái)寶馬還在1980年推出了M102，是一臺(tái)排量為3.2L的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，用在了1980年款的第一代E32 寶馬7系的745i車型上。它的最大功率為188kW(252PS)，功率輸出可以達(dá)到同時(shí)期1.4倍排量的自然吸氣車型，大概可以等同于4.5L發(fā)動(dòng)機(jī)，這也是745i名稱的由來(lái)。不過(guò)在M102乃至后來(lái)的M106發(fā)動(dòng)機(jī)后，寶馬就甚少踏足渦輪增壓領(lǐng)域。

　　當(dāng)寶馬開(kāi)始大規(guī)模換用N20后，不少車迷表示仍然迷戀N52系列直列六缸機(jī)器，并且認(rèn)為寶馬棄用自然吸氣是走了邪道，此言其實(shí)差矣。如果硬要說(shuō)N20是邪道，那么寶馬早在幾十年前就已經(jīng)步入邪道了。要知道，寶馬是造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)起家的，而渦輪增壓技術(shù)是航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)必備的技術(shù)之一，當(dāng)年寶馬2002 Turbo的渦輪增壓技術(shù)更是走在了眾多歐洲車廠的前面，而N54/N55發(fā)動(dòng)機(jī)亦是寶馬近來(lái)最有代表性的高性能渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)之一。

　　N54是一款直列六缸3.0L雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，而N55可以說(shuō)是N54的繼任機(jī)型，是一款直列六缸3.0L雙渦管單渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。N55用雙渦管取代了N54的雙渦輪，并且加入了可變氣門升程技術(shù)，在保持N54高性能的前提下，進(jìn)一步降低了油耗，在335i、535i、X6 35i等一系列高性能車型上。而目前，還在使用N54的有著名的寶馬1系M，憑借著出色的性能，打敗了許多售價(jià)不菲的高性能跑車，這款發(fā)動(dòng)機(jī)也獲得了2007和08年的國(guó)際年度發(fā)動(dòng)機(jī)獎(jiǎng)。可以說(shuō)寶馬從N54/N55開(kāi)始，重新走上了渦輪增壓的道路。

● 四缸版本的N55——寶馬N20系列2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)

　　N54/N55發(fā)動(dòng)機(jī)的表現(xiàn)自然非常出色，然而它們都主要用在價(jià)格不菲的高性能車型上。大眾系列的2.0 TFSI四缸發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)大量應(yīng)用在了奧迪A4/A5/A6/Q5等車型上，奔馳的C180/C200/C260/E200車型采用的也是1.6L或者1.8L的小排量四缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。而被N20取代前的N52/N53是直列六缸自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這一系列機(jī)型的排量和油耗都比對(duì)手的更高，然而性能卻沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，所謂的平順性顯然無(wú)法戰(zhàn)勝小排量渦輪增壓低轉(zhuǎn)高扭、油耗更低的優(yōu)勢(shì)。于是寶馬有了N20。

　　值得贊賞的是，寶馬沒(méi)有隨隨便便推出一款小排量增壓機(jī)型就去和奧迪奔馳抗衡，而是采用了在N55發(fā)動(dòng)機(jī)上運(yùn)用成熟的雙渦管單渦輪增壓技術(shù)。寶馬之所以長(zhǎng)久以來(lái)采用自然吸氣，其中一個(gè)原因就是他們痛恨渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重的渦輪遲滯現(xiàn)象。雙渦輪技術(shù)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，但成本偏高。而雙渦管單渦輪則在成本和性能上找到了極佳的平衡點(diǎn)。

　　寶馬N20發(fā)動(dòng)機(jī)具有三個(gè)關(guān)鍵性的技術(shù)：1、雙渦管單渦輪增壓技術(shù)；2、可變氣門升程輔以可變氣門正時(shí)技術(shù)；3、燃油直接噴射技術(shù)。接下來(lái)我們先介紹后兩個(gè)技術(shù)，把最重要的雙渦管單渦輪增壓技術(shù)再單獨(dú)拿出來(lái)講解。

　　可變氣門升程與正時(shí)技術(shù)，寶馬稱之為VALVETRONIC with twin VANOS，該系統(tǒng)會(huì)根據(jù)需要而自動(dòng)改變進(jìn)氣閥門的升程。其效果是發(fā)動(dòng)機(jī)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)功率輸出從而優(yōu)化燃油消耗。而可變氣門正時(shí)，寶馬稱之為VANOS，可以影響進(jìn)氣閥和泄氣閥的開(kāi)合時(shí)間。其優(yōu)點(diǎn)在于可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)數(shù)下獲得較高的扭矩、在較高的轉(zhuǎn)數(shù)下獲得更強(qiáng)大的功率輸出，同時(shí)也能優(yōu)化尾氣排放以及燃油消耗。

　　燃油直噴技術(shù)（Petrol Direct Injection/High Precision Injection）現(xiàn)在已不新鮮，N20發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油直接噴射的原理是在百萬(wàn)分之一秒內(nèi)在火花塞的附近精確生成空氣和汽油的混合物。如此一來(lái)，燃燒就可以在更潔凈的區(qū)域內(nèi)均勻地完成。這種技術(shù)可以提高燃燒效率，最直接的好處是降低燃油消耗。

　　相比以上兩個(gè)技術(shù)，N20最引以為豪的毫無(wú)疑問(wèn)是雙渦管單渦輪增壓技術(shù)（TwinScroll Turbocharger），相比一般的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，N20具有兩個(gè)渦管，分別與氣缸1和氣缸4、氣缸2和氣缸3連通，這一長(zhǎng)一短兩個(gè)渦管將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的廢棄分別導(dǎo)入渦輪中，這么做可以讓渦輪的反應(yīng)更加敏捷，尤其是在低轉(zhuǎn)速下。下圖可以方便大家更好的了解N20渦輪增壓器的運(yùn)作，其工作原理主要具有四個(gè)步驟：

　　1）導(dǎo)流：從氣缸排出的高溫高壓氣體經(jīng)由兩個(gè)渦管到達(dá)渦輪。我們知道，氣缸氣門是循環(huán)開(kāi)合運(yùn)作的，普通的增壓采用一個(gè)渦管，在低轉(zhuǎn)速下排出的廢氣尤其容易發(fā)生互相抵消的作用。而N20發(fā)動(dòng)機(jī)的渦管各自和1、4和2、3氣缸連通，因?yàn)槠鏀?shù)和偶數(shù)氣缸不會(huì)同時(shí)排出廢氣，因此就避免了抵消作用。同時(shí)期，兩個(gè)渦管可以分別傳導(dǎo)奇數(shù)或者偶數(shù)氣缸的氣體到渦輪中，因此可以極大地降低渦輪遲滯效應(yīng)，并且在低轉(zhuǎn)速下就獲得高扭矩。

　　2）旋轉(zhuǎn)：氣缸排出的廢氣可以推動(dòng)渦輪葉片，葉片的轉(zhuǎn)數(shù)最高可達(dá)15萬(wàn)rpm。由于來(lái)自兩個(gè)渦管的廢氣更有規(guī)律的導(dǎo)入渦輪，因此可以降低渦輪遲滯效應(yīng)。

　　3）排氣：經(jīng)過(guò)渦輪后，完全無(wú)用的廢氣由此排除，他們將經(jīng)過(guò)二元催化器，將一氧化碳、氮氧化物等有害氣體進(jìn)行分離后再?gòu)呐艢夤芘懦觥?/p>

　　4）壓縮：與此同時(shí)，渦輪將廢氣壓縮，讓它們變得相對(duì)低溫且潔凈，其壓力超過(guò)30%的大氣壓。而富含氧氣的氣體再次回到燃燒室，進(jìn)一步提高燃燒效率，從而強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩輸出。具備TwinPower技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)比一般同排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出可以提高30%以上。

　　看到這里，相信大家已經(jīng)基本了解了N20發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和工作原理，那么它的表現(xiàn)究竟如何呢？事實(shí)勝于雄辯，轉(zhuǎn)到下頁(yè)，我們看看N20發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際表現(xiàn)。