干貨|寶馬N20和B48發(fā)動機簡單的橫向比較

由于高額排量稅以及小排量渦輪增壓發(fā)動在以歐盟NEDC為首的循環(huán)油耗測試中占優(yōu),以高效自然吸氣發(fā)動機而聞名的德國寶馬公司,,以減稅降低銷售成本為目的的情況下,近10年來投入大量的研發(fā)轉(zhuǎn)型研發(fā)渦輪增壓發(fā)動機,在大量研發(fā)后不斷推出更新平臺和型號的增壓發(fā)動機。
在2010年寶馬正式推出直列4缸2.0升渦輪增壓N20系列發(fā)動機,大多數(shù)寶馬常見車型都配備了N20系列動力總成,N20發(fā)動機以期高效率,高扭矩,低油耗等優(yōu)點迅速捕獲了眾多用戶的心。
由于排放法規(guī)更加嚴格和外加成本控制等多方面因素,寶馬集團在 2015年推出新一代,更高效、更低成本的模塊化平臺B系列發(fā)動機。
B系列發(fā)動機包括
B38發(fā)動機,直列3缸1.5升渦輪增壓
B48發(fā)動機,直列4缸2.0升渦輪增壓
B58發(fā)動機,直列6缸3.0升渦輪增壓
目前,中國市場上寶馬主流車型配套發(fā)動機以B38和B48兩款小排量渦輪增壓發(fā)動機最為常見。
翻閱寶馬提供的技術(shù)文獻提到關(guān)于何為模塊化發(fā)動機的概念,寶馬給出的解釋是
汽車底盤流行平臺化生產(chǎn),不同級別的車輛通過同平臺生產(chǎn)能節(jié)省大量的模具或差別零件。
寶馬B系列發(fā)動機模塊化的基礎(chǔ)是采用共同的接口,因此B38/48/58曲軸箱上的安裝鍵位置均相同并減少了專用工具的數(shù)量。
寶馬對其新推出的B系列模塊化發(fā)動機平臺無論在成本,效率,性能,可靠性等方面都信心十足。
但是,在寶馬推出B系列平臺的同時,并沒有做自己前一代N系列發(fā)動機的任何橫向?qū)Ρ?,除了成本方面,并沒文章有刻意的去介紹B48比N20進步在哪里。
所以我們這次就做個簡單的橫向比較,把我們這些年來總結(jié)的一點粗知淺見,用最直觀,最簡單的表達方式和車友們分享。
下文將以缸蓋,增壓部分,缸體活塞連桿組分為三個部分作為比較
1.缸蓋部分,N20與新款的B48都延續(xù)了前幾代寶馬最核心也是最經(jīng)典的Valvetronic氣門升程可變技術(shù)和Dual VANOS氣門正時可變機構(gòu)。Valvetronic同樣使用一臺伺服電機控制氣門升程,B48發(fā)動機的控制機構(gòu)與N20非常相似。




2.增壓部分:N20與B48都采用了單渦輪雙渦管技術(shù)




3.缸體部分:N20和B48同為鑄造鋁合金缸體材質(zhì),無鐵質(zhì)缸套,采用0.3mm厚鐵質(zhì)電弧絲鍍層


這種通過電弧絲噴涂鐵涂層的缸體的優(yōu)勢在于輕量化,但副作用是缸筒壽命和強度的下降,非常非常多的案例已經(jīng)證明了這個觀點,寶馬把發(fā)動機中缸作為一個消耗品,所幸的是在國產(chǎn)化后一套中缸的價格可以用白菜價形容,寶馬用戶在后期更換的時候錢包也能少出點血了

談完中缸的材質(zhì)問題,下面說說B48的水道,N20使用開放水道設(shè)計,B48是封閉式水道。B48的活塞沖程是94.6mm比N20的90.1mm大了很多。通過加長沖程可以獲得更大的中低轉(zhuǎn)速扭矩和更大的活塞加速度或許也有更低的油耗,但連桿擺角也會隨之變大,活塞對汽缸壁的沖擊力和磨損也會隨之增加。



N20和B48同樣使用活塞和曲軸偏置設(shè)計,在做功行程時,連桿更接近于垂直狀態(tài),這樣可以更多地將燃燒產(chǎn)生的壓力作用于曲軸,同時也減小了活塞在氣缸壁向下運動時的壓緊力和摩擦
B48比N20活塞銷偏置做得更多,經(jīng)測量,N20活塞銷負偏置約0.8mm,B48活塞銷偏置約1.3mm。

在活塞方面,N20和B48同樣使用鋁合金鑄造活塞,硅化層表面處理,兩側(cè)活塞裙樹脂基降噪涂層。

軸瓦,N20和B48同樣使用帶有樹脂基耐磨涂層的合金軸瓦。
以上為N20和B48相似部分的簡單介紹,下面我們來做一下兩款發(fā)動機的簡單對比。
缸蓋部分:這一部分大多是肉眼看不出來的細微差別,我們在此不做過多的技術(shù)解釋,只做一些簡單的介紹。
N20發(fā)動機的缸蓋在民用發(fā)動機范疇來說,已經(jīng)做的非常高效,但由于自動啟停功能和發(fā)動機溫度較高等原因,最常見的問題是缸蓋的排氣道和排氣歧管積碳嚴重甚至造成堵塞,這種情況在B48上可能會繼續(xù)存在。通過我們多年對寶馬發(fā)動機維修、改裝、調(diào)教等方面的工作,對寶馬發(fā)動機的認識來說,用于替換N20的B48系列發(fā)動機,會提供更好的缸蓋進排氣效率,中低轉(zhuǎn)速扭矩和增壓響應(yīng)速度,況且,目前全球范圍主機廠的主要課題是提升發(fā)動機的效率而不是去一味地追求所謂的最大功率。


中缸部分:最直觀的區(qū)別是N20使用開放水道設(shè)計,B48是封閉式水道。B48的活塞沖程是94.6mm比N20的90.1mm大了很多。通過加長沖程可以獲得更大的中低轉(zhuǎn)速扭矩和更大的活塞加速度或許也有更低的油耗,但連桿擺角也會隨之變大,活塞對汽缸壁的沖擊力和磨損也會隨之增加。

在N20發(fā)布的早些年間,出現(xiàn)過很多活塞環(huán)斷裂或者活塞斷裂的案例,原因主要來自這么幾方面,所使用的油品太差導致爆震,長時間高車速高轉(zhuǎn)速高負載(比如有些用戶在高速上喜歡一腳油門踩到底,持續(xù)極速駕駛),長時間低速行駛和低轉(zhuǎn)速高負載使用,導致缸內(nèi)積碳嚴重。

我們原來也在微博里討論過N20的汽缸壁磨損過快的問題,主要原因來自于汽缸壁上的鐵質(zhì)鍍層和活塞銷偏置的設(shè)計,通過我們觀察曾經(jīng)打開過的N20發(fā)動機,在使用6-7萬公里后,汽缸壁就會出現(xiàn)明顯的失圓,輕微一點的在0.03mm,嚴重一些的在0.06-0.07mm。我們所測量到的汽缸壁失圓,并非缸筒從上到下均有失圓現(xiàn)象,而是從活塞上止點向下1cm-5cm部位失圓最為嚴重。雖然寶馬非常好的解決了發(fā)動機噪音、發(fā)動機振動,鐵質(zhì)鍍層有效的降低了發(fā)動機的自重和發(fā)動機散熱,但活塞銷、曲軸偏置,和汽缸壁的鐵質(zhì)鍍層是一把雙刃劍,在得到平順的同時,損失的是發(fā)動機的壽命。而且缸筒失圓,同樣也是導致活塞斷裂的原因之一。
Ok,下面說說B48,這款發(fā)動機和N20很相似,同樣使用了以上技術(shù),但B48的活塞銷偏置做的更大,通過實際測量,B48的活塞銷偏置比N20大了將近1mm。我們猜測,加大的活塞銷偏置是為了應(yīng)付更長活塞沖程所導致的震動而做出的彌補措施。而且,在發(fā)動機體積受限的前提下,更長的活塞沖程空間從哪來呢?只能把活塞的整體高度降低,活塞整體高度降低所導致的結(jié)果是什么呢?活塞環(huán)岸厚度降低,活塞頂厚度降低。對于很多性能玩家或者對車輛本身動力和響應(yīng)能力不滿足的用戶來說,活塞做成什么形狀,活塞環(huán)什么樣子,我根本不care,我們更擔心的是活塞的可靠性,會不會爆震,會不會斷。我不能在這種科普文短文里做評判,只能給您直觀對比一下N20和B48的活塞。
下面是比較直觀的對比,活塞環(huán)岸的強度直接影響活塞的性能和承受范圍


從下面這張圖片我們可以看出B48的活塞銷位置,做了比N20更寬的加強筋。而且B48活塞銷長度55mm,而N20的活塞銷只有52mm。我們在網(wǎng)上很容易找到N20活塞斷裂的圖片,斷裂位置就在活塞銷斜上方,B48這么做就這方面的加強考慮吧。


除此之外,B48的活塞裙使用不對稱設(shè)計,可惜我沒拍圖片,在活塞向下運動一側(cè)使用比較小的活塞裙來減小活塞和汽缸壁之間的摩擦力和活塞本身的重量。
(種設(shè)計的活塞,我們在多年前的改裝活塞上就已經(jīng)開始使用,我在這里真的想為改裝說點什么,可我怕沒人愛看,就不跑題了。)
B48還在正時機構(gòu)部分做了針對性的改良。在N20發(fā)動機上,我們很多人都遇到過正時鏈條導軌斷裂的問題,或者正時鏈條張緊器失效,并導致鏈條磨損或者頂氣門的問題。并且N20在維修過程中,如果你沒有專用工具就拆解正時系統(tǒng),那特么簡直是給自己挖坑!B48學聰明了,看下圖。

不方便拆裝


B48正時鏈條分為兩部分,這樣更便于拆解維修,以及過長的鏈條帶來的多種不可靠因素。
下面說缸體下半部分,也就是技術(shù)資料里面說的“曲軸箱”。
B48采用一體鑄造成型曲軸箱,和N20有巨大的差別。N20曲軸上的6個主軸使用一體底板(看下圖),這種設(shè)計可以有效地抑制發(fā)動機底部來自曲軸的震動和曲軸在高轉(zhuǎn)速時巨大的離心力導致的形變,而低成本的B48出于成本控制原因使用加工成本更低的一體式曲軸箱,可以節(jié)省大量的加工成本,并且B系列全系都不需要為某個型號單獨加工底板,材料成本,加工成本,開發(fā)成本都大幅度降低。但這并不代表B48的品質(zhì)很差,而是做了非常好的成本優(yōu)化。

平衡軸方面
N20平衡軸在曲軸底部,固定在一體的發(fā)動機底板上,與機油泵一體,噪音比較小,但占用油底殼空間比較大,發(fā)動機整體高度會比較高。而B48的平衡軸放在了曲軸的兩側(cè),就好像EA888一樣,畢竟B48/38也是為前驅(qū)平臺設(shè)計的,有效地降低了發(fā)動機的整體高度,而且不需要特殊的專用工具,更便于維修。


以上,是目前通過我們所掌握的N20和B48的分資料進行的的一部分對比,對于發(fā)動機潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的對比暫時就不在這里討論,這些內(nèi)容對于大部分玩家和普通用戶來說并不是很直觀。那接下來我們說說B48性能方面的升級。
在上個月,國外某些ECU讀寫設(shè)備供應(yīng)商發(fā)布了寶馬B38/48/58系列發(fā)動機使用的博世MG1系列電腦的OBD讀寫協(xié)議,多個“ECU程序”供應(yīng)商緊隨其后立即發(fā)布針對B系列各個型號發(fā)動機的升級程序,在眾多的廣告中,我們看到,貌似大多數(shù)程序商給出的升級數(shù)據(jù)都是一樣的。低功率版本320/520等車型提升到260匹,高功率330/530等提升到300匹,更有某些不負責任的店家喪心病狂的宣稱低功率320做到輪上300匹。
這些鋪天蓋地的廣告,貌似給最近受到世界杯影響的萎靡的改裝市場一劑強心針,然而,在升級之前我們切記要做好自己的功課,一定不要被眼花繚亂的廣告迷惑了雙眼。
很簡單的一個道理,我們知道主機廠做發(fā)動機標定周期和測試周期是比較長的,而且原廠的標定數(shù)據(jù)也并非完善,也會在成品車上市之后繼續(xù)做不斷的升級和完善。一般比較負責任的改裝ECU品牌的開發(fā)測試周期也不會很短,畢竟只是在馬力機上做一個比較漂亮的“峰值輸出”是一件比較容易的事,然而改裝ECU的可靠性和耐用性則是最考驗tuner的水平和價值觀的硬性指標,也是絕大多數(shù)終端用戶最關(guān)心的問題。

我們的車是以日常代步為目的的,并不是那種跑一次比賽就重組大修的賽車。所以,在這里建議大家不要盲目的去追求那些“峰值馬力”和某些程序販子的蠱惑,又或是“xx最速”或者“xx最快記錄”等自封的頭銜。我想可能沒有正常人會不計可靠性去追求原廠硬件的極限壓榨馬力?0-100即便能比其他車快0.1秒,對你日常使用有什么幫助嗎?并沒有!對于大多數(shù)普通用戶來說,車跑起來平順,響應(yīng)快,油耗低,不出故障,才是最重要的。


B48最大的隱患和N20一樣,都是在活塞,甚至比N20更令人擔憂!我在前一部分已經(jīng)做了活塞的直觀對比,同時我們要了解寶馬B系列平臺發(fā)動機對于寶馬來說最大的優(yōu)點是什么,最大的優(yōu)點是成本低!除了開發(fā),生產(chǎn),加工成本優(yōu)化之外,零件的采購成本也有所降低。不言而喻,零件成本降低,其深層原因并不是因為什么鑄造廠或者零件供應(yīng)商的黑科技,在全球資源緊張貨幣通脹的大環(huán)境下,降低單件主成本最有效的方法是什么?想必很多人還記得前幾年,低功率N20刷電腦之后大面積損壞的情景吧,B48這次可能會更可怕。

下面說說我們做的工作之一,B48鍛造活塞。壓縮比10.5:1,2618鍛造鋁合金,委托美國Ross RacingPiston制作。

針對偏置設(shè)計,我們修改了活塞裙的形狀和面積,使進氣側(cè)的活塞裙面積更大,與汽缸壁貼合面的單位面積受壓強更小,在成品活塞上,活塞裙會帶有樹脂基降噪涂層。

原尺寸活塞銷,可對應(yīng)原廠連桿使用,也可以配合日后推出的鍛造連桿。因為,我相信高效的B48發(fā)動機在做了針對性強化升級之后,潛力可以大幅度提高,畢竟寶馬的看家本事就是做高效率的缸蓋。

在活塞銷兩端和活塞底部做了針對性的加強設(shè)計,活塞可以承受更高壓力和側(cè)向的沖擊力。加厚的活塞環(huán)岸和活塞頂會提高活塞整體的強度。
我們的成品鍛造活塞會在10月中旬到貨,首批數(shù)量不多,目前可接受預(yù)定。
總的來說B48相比N20有更好的缸體強度,更方便的維修設(shè)計,如果能解決活塞的問題,這臺發(fā)動機會有更好的表現(xiàn)
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