寶馬N20系列發(fā)動機詳解 渦輪增壓的力量

　　【太平洋汽車網 新車頻道】寶馬曾經是如此忠實的自然吸氣發(fā)動機推行者。采用V8發(fā)動機的E90系列M3、采用V10發(fā)動機的E60系列M5都是采用自然吸氣發(fā)動機的高性能車型代表，那線性的動力、高轉速時發(fā)出的高亢的氣浪聲，激起了無數(shù)車迷的腎上腺素。然而，當采用了N63B44TU 4.4T雙渦輪增壓發(fā)動機的F10 M5將E60 M5遠遠甩到只有吃灰的份上之時，我們應該明白，自然吸氣的寶馬時代已經遠去，長江后浪推前浪，渦輪增壓發(fā)動機已經將自然吸氣發(fā)動機拍死在了沙灘上。

● 渦輪增壓很久以前就是寶馬的拿手好戲

　　雖說寶馬是最近幾年才開始大規(guī)模采用了渦輪增壓技術，然而寶馬其實在很久以前就已經開始采用渦輪增壓技術，只不過并沒有大規(guī)模應用。最早采用了渦輪增壓的寶馬量產車是2002 Turbo，它是一臺有著深遠意義的車，因為它是如今M3的前身，并且是寶馬乃至歐洲市場的第一臺量產渦輪車型。它搭載2.0T直列四缸渦輪增壓發(fā)動機，最大功率125kW(170PS)/5800rpm、峰值扭矩240Nm，0-100km/h僅需6.9秒�，F(xiàn)在看來參數(shù)不算出彩，但相比當時的自然吸氣機型來說可算非常給力。

　　后來寶馬還在1980年推出了M102，是一臺排量為3.2L的渦輪增壓發(fā)動機，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)，功率輸出可以達到同時期1.4倍排量的自然吸氣車型，大概可以等同于4.5L發(fā)動機，這也是745i名稱的由來。不過在M102乃至后來的M106發(fā)動機后，寶馬就甚少踏足渦輪增壓領域。

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

　　N54是一款直列六缸3.0L雙渦輪增壓發(fā)動機，而N55可以說是N54的繼任機型，是一款直列六缸3.0L雙渦管單渦輪增壓發(fā)動機。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，在保持N54高性能的前提下，進一步降低了油耗，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，打敗了許多售價不菲的高性能跑車，這款發(fā)動機也獲得了2007和08年的國際年度發(fā)動機獎。可以說寶馬從N54/N55開始，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)動機

　　N54/N55發(fā)動機的表現(xiàn)自然非常出色，然而它們都主要用在價格不菲的高性能車型上。大眾系列的2.0 TFSI四缸發(fā)動機已經大量應用在了奧迪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)動機。而被N20取代前的N52/N53是直列六缸自然吸氣發(fā)動機，這一系列機型的排量和油耗都比對手的更高，然而性能卻沒有明顯優(yōu)勢，所謂的平順性顯然無法戰(zhàn)勝小排量渦輪增壓低轉高扭、油耗更低的優(yōu)勢。于是寶馬有了N20。

　　值得贊賞的是，寶馬沒有隨隨便便推出一款小排量增壓機型就去和奧迪奔馳抗衡，而是采用了在N55發(fā)動機上運用成熟的雙渦管單渦輪增壓技術。寶馬之所以長久以來采用自然吸氣，其中一個原因就是他們痛恨渦輪增壓發(fā)動機嚴重的渦輪遲滯現(xiàn)象。雙渦輪技術很好的解決了這個問題，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。

　　寶馬N20發(fā)動機具有三個關鍵性的技術：1、雙渦管單渦輪增壓技術；2、可變氣門升程輔以可變氣門正時技術；3、燃油直接噴射技術。接下來我們先介紹后兩個技術，把最重要的雙渦管單渦輪增壓技術再單獨拿出來講解。

　　可變氣門升程與正時技術，寶馬稱之為VALVETRONIC with twin VANOS，該系統(tǒng)會根據(jù)需要而自動改變進氣閥門的升程。其效果是發(fā)動機可以自動調節(jié)功率輸出從而優(yōu)化燃油消耗。而可變氣門正時，寶馬稱之為VANOS，可以影響進氣閥和泄氣閥的開合時間。其優(yōu)點在于可以讓發(fā)動機在較低的轉數(shù)下獲得較高的扭矩、在較高的轉數(shù)下獲得更強大的功率輸出，同時也能優(yōu)化尾氣排放以及燃油消耗。

　　燃油直噴技術（Petrol Direct Injection/High Precision Injection）現(xiàn)在已不新鮮，N20發(fā)動機的燃油直接噴射的原理是在百萬分之一秒內在火花塞的附近精確生成空氣和汽油的混合物。如此一來，燃燒就可以在更潔凈的區(qū)域內均勻地完成。這種技術可以提高燃燒效率，最直接的好處是降低燃油消耗。

　　相比以上兩個技術，N20最引以為豪的毫無疑問是雙渦管單渦輪增壓技術（TwinScroll Turbocharger），相比一般的渦輪增壓發(fā)動機，N20具有兩個渦管，分別與氣缸1和氣缸4、氣缸2和氣缸3連通，這一長一短兩個渦管將發(fā)動機氣缸的廢棄分別導入渦輪中，這么做可以讓渦輪的反應更加敏捷，尤其是在低轉速下。下圖可以方便大家更好的了解N20渦輪增壓器的運作，其工作原理主要具有四個步驟：

　　1）導流：從氣缸排出的高溫高壓氣體經由兩個渦管到達渦輪。我們知道，氣缸氣門是循環(huán)開合運作的，普通的增壓采用一個渦管，在低轉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)動機的渦管各自和1、4和2、3氣缸連通，因為奇數(shù)和偶數(shù)氣缸不會同時排出廢氣，因此就避免了抵消作用。同時期，兩個渦管可以分別傳導奇數(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，并且在低轉速下就獲得高扭矩。

　　2）旋轉：氣缸排出的廢氣可以推動渦輪葉片，葉片的轉數(shù)最高可達15萬rpm。由于來自兩個渦管的廢氣更有規(guī)律的導入渦輪，因此可以降低渦輪遲滯效應。

　　3）排氣：經過渦輪后，完全無用的廢氣由此排除，他們將經過二元催化器，將一氧化碳、氮氧化物等有害氣體進行分離后再從排氣管排出。

　　4）壓縮：與此同時，渦輪將廢氣壓縮，讓它們變得相對低溫且潔凈，其壓力超過30%的大氣壓。而富含氧氣的氣體再次回到燃燒室，進一步提高燃燒效率，從而強化發(fā)動機的功率和扭矩輸出。具備TwinPower技術的發(fā)動機比一般同排量自然吸氣發(fā)動機的動力輸出可以提高30%以上。

　　看到這里，相信大家已經基本了解了N20發(fā)動機的技術特點和工作原理，那么它的表現(xiàn)究竟如何呢？事實勝于雄辯，轉到下頁，我們看看N20發(fā)動機的實際表現(xiàn)。