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效率增加、性能升級 解析《BMW》新世代B58直六渦輪引擎

2017年02月21日 發表

效率增加、性能升級 解析《BMW》新世代B58直六渦輪引擎

圖片來源:BMW

一直以來,《BMW》都堅持使用直列六缸引擎,不斷的精進其引擎技術之下,使得BMW的「直六」成為了車迷心目中的BMW精神與性能指標。在決定讓動力全面渦輪化以後,BMW推出了新的B系列引擎家族。撇除M Power的S系列引擎不談,B系列引擎當中擔任汽油六缸旗艦地位的即是輸出為335hp / 50.9 kgm的B58引擎,用以取代先前N55引擎的位置。小改款後的《M240i》也搭載了B58這具新的動力單元,在性能上足以挑戰使用N55引擎的《M2》。究竟B58引擎和N55引擎之間有什麼差異,讓新引擎擁有絕佳的效率與潛力呢?

▼國外M240i vs M2的加速比較,當然除了引擎差異之外,變速箱以及齒比的差異也有所影響。

影片來源:AutoTopNL

封閉式水道設計 增加引擎強度

N55引擎採用的是「開放式水道」設計,而到了B58則改為「封閉式水道」設計。以結構上來說,採用封閉式水道設計的引擎會比較堅固,因此很適合應用在性能引擎這類高壓、高負載的動力單元,這也是為何屬於M Power家族的S55引擎一樣是採用封閉式水道設計的原因。

▼上圖為N55引擎上座,下圖為B58引擎上座。

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圖片來源:BMW
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不過封閉式水道雖然堅固,但是也並非全無缺點。像是製造成本提高、冷卻水流有所限制,因而需要更好的散熱控制模組來確保散熱效率。另一方面,開放式水道設計雖然強度較差,但是較佳的冷卻效率也成為其優點之一。

除此之外,N55引擎採用的是鑄鐵缸套,到了B58則是應用了一項稱作「電弧噴塗」的新技術。BMW利用這項技術,將帶鐵的電漿噴塗在汽缸內壁創造出一層僅有0.3mm的金屬塗層。如此一來即可減輕重量也不再需要使用缸套。

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圖片來源:BMW

長衝程設計 優化加速特性

N55引擎的缸徑與衝程為84x89.6 mm,到了B58則進一步的將衝程拉高為82x94.6 mm。BMW這麼做主要並非為了低轉速的扭力,而是為了整個引擎輸出特性以及空間配套的考量。為了維持相同的排氣量,如果BMW要使用較短的衝程,缸徑必定得擴大。而在直列引擎的結構上,增加缸徑同時也會拉長引擎的體積,讓引擎室空間難以利用,而且較長的曲軸強度也比較差。

▼上圖為B系列柴油引擎,下圖則是B48汽油引擎剖面圖。

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圖片來源:BMW

另一方面,渦輪引擎也能夠受惠於較長的衝程。長衝程使得渦輪引擎在尚未完全增壓時就能夠提供充足的扭力,彌補了低轉速Turbo Lag的情況,達成更優異且較為線性的加速反應。

水冷式中冷器 強化進氣散熱效率

▼紅線圈起處即是B58引擎的進氣水冷管路。

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圖片來源:Bimmerfest

幾乎所有「高性能」渦輪引擎都會使用水冷式的中冷器,這是由於水冷設計的散熱效率更好而且對於進氣溫度的控制更加穩定。和N55的氣冷式中冷器至於引擎前方不同,B58的水冷式中冷器內建於集氣箱上,這也使得B58擁有較短的進氣管路而改善了油門反應。此外,相較於N55使用的鑄鐵曲軸,B58的曲軸與活塞連桿都是使用鍛造製程,因而在強度上又高了一截。

▼N55 (左)及B58(右)中冷器系統之比較。

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圖片來源:BMW

散熱管理模組

就如之前提到的,封閉式水道設計對於散熱管理相當要求,因此BMW為B58搭載了一套新的散熱管理模組。這套模組以引擎曲軸來帶動,內部有一組閥門能夠控制冷卻液的流量,而BMW選擇使用機械方式來帶動也避免了因為電子控制系統失效而造成引擎過熱的風險。不過為了在引擎熄火之後能夠讓渦輪增壓器持續冷卻,BMW依舊配置了一顆電動馬達來負責引擎熄火以後的水循環工作。

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圖片來源:BMW

引擎配重最佳化

在N55引擎上,發電機、空調壓縮機、正時鍊條、機油濾心總成等零件都安裝於引擎前端,使得引擎重心較為前傾。在B58上BMW則將機油濾心總成、VANOS正時鍊條以及機油散熱器移至引擎後端來達到更好的配重。但是也因為如此,B58引擎在維修上會比N55來的更加困難。

渦輪增壓器

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圖片來源:BMW

B58引擎依舊使用雙渦流形式的渦輪增壓器,不過和N55相比在規格上更大了一些。B58的渦輪葉片面積增加了6%、進氣增壓端的渦輪葉片直徑也增加了10%,因此B58的增壓值也提升了20%。此外,B58將過去以真空閥門控制的洩壓閥改為由電動控制的洩壓閥,這讓新引擎能夠更精準地也更迅速的控制渦輪增壓值。下方可以看見N55引擎 (虛線)與B58引擎 (實線)之間不同的輸出曲線。

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圖片來源:BMW

總結

B58引擎應用了許多BMW目前最先進的引擎技術,不僅採用了新的模組架構,在設計思維以及應用上都有所改變。封閉式水道以及水冷式中冷器代表著BMW未來有意以B58的架構為基礎來打造輸出更高的版本,甚至有機會成為下一代M Power引擎的原型。而B58引擎的問世也讓BMW擁有了得以抗衡《Mercedes-Benz》M276 DELA30以及《Audi》3.0T V6引擎的動力單元。

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圖片來源:BMW

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