宝马V10发动机.doc

源自 F1 的设计灵感剖析宝马 V10 发动机 2011 年 08月 15日 02:00 来源: 汽车之家类型:原创编辑: 冯景毅[ 技术设计技术讲堂] 在汽车工业一百多年的历史长河中, 有诸多经典的设计被人们津津乐道,而发动机作为一个具有很高技术含量和科技水平的工业产品在一定程度上反映了一个厂商, 甚至一个, 同时也代表了一款车的实力。今天起我们将开启一个新的系列文章, 全面回顾和剖析历史上的经典发动机, 带您去了解每款发动机的设计亮点以及隐藏在其背后的技术秘密。 BMW 的M 系列车型可以说是 BMW 汽车设计理念的极至体现,每一款 M 车在驾驶乐趣方面都毫不妥协, 然而专门为 M 系车型开发的发动机更是展现了 BMW 的技术实力, 而且深深吸引着众多性能狂热者。而专为 M 系车型开发和调教,且曾经搭载于 M5和 M6 上代号为 S85B50A 的 V10 发动机则堪称经典。因为它是迄今为止, BMW 唯一量产的 V10 发动机, 其整体结构和电控系统都源自 F1 赛车的设计,同时最高转速超过了 8000rpm 。所以说很大程度上,它的面世在发动机工业具有里程碑式的意义。虽然它已经被动力性更为出色的双涡轮增压发动机所取代, 但是不可否认这款发动机上众多的设计亮点和很高的科技含量, 接下来我就全面剖析一下这款史无前例的经典发动机。『被公认为当时 F1 赛场中的动力之王—— BMW P84 』在上个世纪 90 年代中后期, F1 进入了 V10 发动机的时代,这种形式的发动机无论在升功率、扭矩, 还是在功率重量比、平顺性上, 可以说都达到了内燃发动机的最高技术水准。作为发动机供应商, BMW 凭借自身强大的技术实力打造的 P84 ,被公认为是当时赛场中的动力之王,而搭载于 M 系上的这台 V10 发动机的很多设计恰好也源于此。『 S85 V10 发动机』 S85 发动机采用了 V型 90 度夹角的设计, 这对抑制发动机的振动以及在发动机运转的平顺性上都能取得很好的效果。在如何提高发动机的动力性上, BMW 的工程师选择了提高发动机转速的解决方案, 因此这款发动机的最高转速达到了令人痴狂的 8250rpm , 虽然相比普通发动机只多出了 2000 转左右的最高转速, 但就是增加的这 2000 转转速会对发动机的正常运转产生一系列不良的影响。这种提高发动机动力性的方法对技术有着极高的要求,因此 BMW 的工程师需要付出更多的努力来保证其正常的运转以及达到与车辆本身一样长的使用寿命。『普通发动机通过轴瓦盖对曲轴进行固定』『分体式曲轴箱右侧为特殊设计的“台板”结构』 S85 的曲轴箱主要由铝和硅合金制成,而且曲轴箱不带有气缸套,气缸的内表面为坚硬的硅晶体, 而经过镀铁处理的活塞, 可以直接在不经过涂层的气缸筒中运行。由于 S85 的高转速对曲轴箱提出了很高的要求, 因此 BMW 的工程师利用了源自赛车的技术,将曲轴箱分为两个部分, 一个为曲轴箱主体, 另一个结构则被称作“台板”。这个铝质的台板结构能为缸体提供足够的扭转刚性,同时可以对高转速下的曲轴提供精确的支承。『采用钢制锻造工艺制造的高强度曲轴』发动机的高扭矩输出对曲轴的强度提出了很高的要求, S85 的曲轴采用了钢制锻造工艺, 不仅做到了轻量化, 而且达到了很高的扭转强度。而高转速下曲轴的动平衡也关系到发动机整体运转的平稳性, 所以曲轴在经过高精度的加工工艺处理后, 能够在 8000rpm 时保持良好的运转,不会产生相关振动和噪音等问题。『一体式轻合金气缸盖』 BMW 的工程人员为了降低这款大排量自然吸气发动机在冷启动时 CO和 HC 的排放以及尽快让三元催化器达到正常工作温度,在气缸盖内集成了二次空气喷射装置。它可以在发动机工作时, 特别是冷启动条件下向排气歧管内泵入新鲜的空气, 使废气在排气管中进行二次燃烧, 降低有害物质的排放, 同时可以加快提高三元催化器的温度, 使其在最短时间内达到正常工作温度。『空心铸造的凸轮轴』『普通发动机的正时传动机构』『 S85 发动机的正时传动机构』为了降低发动机的整体重量, S85 的凸轮轴采用空心结构。通过上图我们还可以看到, S85 发动机每一侧的进气凸轮轴通过链条与曲轴相连接, 而排气凸轮轴则是通过齿轮直接与进气凸轮轴相啮合, 这样的设计使得配气相位机构的结构更加紧凑, 提高充气系数和进气门的充气效率,同时可以为发动机在高速运转时提供精确的配气正时。拿下 S85 的进气集气箱,你会惊奇的发现在每个气缸的进气道上都布置有一个节气门体, 这种设计是这台性能机器与普通发动机最明显的不同。从机械的角度来看,这样无疑是很复杂的做法, 但是它却可以使发动机获得最迅捷的油门响应, 保证对驾驶者的动作有最大的反应能力,提供最出色的驾驶