【奧】 F.Steinparzer 【德】 T.Brüner C.Schwarz M.Rülicke

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產(chǎn)品介紹

BMW公司的新型3缸和4缸直噴汽油機(jī)

【奧】 F.Steinparzer 【德】 T.Brüner C.Schwarz M.Rülicke

BMW公司為直列式發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)了全新的標(biāo)準(zhǔn)部件，可用于汽油機(jī)和柴油機(jī)，并具有很大的通用范圍。介紹配裝于Mini和BMW i8轎車的3缸和4缸汽油機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

汽油機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)部件 雙動(dòng)力渦輪增壓 功率

1 直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的基本方案

BMW公司將全新開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)系列配裝于新型Mini轎車并投放市場(chǎng)，最終擴(kuò)展了包括所有3缸、4缸和6缸汽油機(jī)及柴油機(jī)在內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)系列，并且，所有直列式發(fā)動(dòng)機(jī)都采用相同的基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)方案和統(tǒng)一的外圍輔助設(shè)備。

BMW公司的新型汽油機(jī)具有3種3缸機(jī)型和1種4缸機(jī)型，3缸機(jī)的排量包括1.2L和1.5L 。1.2L機(jī)型的額定功率從75kW起覆蓋Mini One轎車的功率定位；1.5L汽油機(jī)以100kW額定功率配裝于Mini Cooper轎車；特殊的高功率變型機(jī)則以170kW額定功率用于新型BMW i8混合動(dòng)力運(yùn)動(dòng)型轎車。新型4缸汽油機(jī)首次以140kW的額定功率用于Mini Cooper S型轎車，并且會(huì)以更高的功率配裝于BMW和Mini轎車[1]。

2 目標(biāo)設(shè)定

新型發(fā)動(dòng)機(jī)系列的主要開(kāi)發(fā)目標(biāo)是高效、緊湊、功率強(qiáng)勁，并滿足未來(lái)全球日益收緊的排放法規(guī)要求。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定了下列性能目標(biāo)： (1)在頂級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合，升功率最高可達(dá)115kW；(2)略微超過(guò)怠速轉(zhuǎn)速就能發(fā)揮高扭矩(低速扭矩性能)；(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性可與功率相同的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)相媲美；(4)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán)和用戶實(shí)際使用燃油耗低；(5)具有滿足全球最嚴(yán)格廢氣排放法規(guī)限值的潛力；(6)輕型結(jié)構(gòu)的鋁氣缸體曲軸箱；(7)通過(guò)優(yōu)化基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，將摩擦降至最低程度；(8)通過(guò)應(yīng)用質(zhì)量平衡系統(tǒng)，使3缸和4缸機(jī)型都能獲得較高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。

此外，汽油機(jī)與柴油機(jī)系列的通用性要達(dá)到以下效果： (1)在多個(gè)生產(chǎn)基地靈活地組織生產(chǎn)(3缸、4缸和6缸汽油機(jī)與柴油機(jī))；(2)在相同的基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)上迅速推出不同的技術(shù)方案；(3)迅速推出變型機(jī)；(4)所有變型機(jī)與汽車具有統(tǒng)一的接口。

其他方面的挑戰(zhàn)是，即使達(dá)到最大的通用化程度，各種變型機(jī)都能具有最佳的性能設(shè)計(jì)，以確保在競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型中的頂尖地位。

3 設(shè)計(jì)方案

新型3缸和4缸汽油機(jī)仍沿用BMW公司直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸，缸心距為91mm，單缸排量為0.5L(圖1)。用于Mini One轎車的3缸機(jī)方案是個(gè)特例，其單缸排量為0.4L，總排量為1.2L(表1)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外圍輔助設(shè)備方面，這些發(fā)動(dòng)機(jī)基本都采用增壓。為了給最佳性能和汽車集成創(chuàng)造前提條件，將充量更換設(shè)計(jì)成橫流式，而且從發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)進(jìn)氣，右側(cè)排氣。鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)被布置在發(fā)動(dòng)機(jī)后端，使所有輔助設(shè)備都集中在進(jìn)氣側(cè)，右側(cè)用于布置廢氣渦輪增壓器和近發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理裝置。圖2為4缸直噴汽油機(jī)的縱橫剖視圖。

圖1 BMW公司新型3缸直噴汽油機(jī)

項(xiàng)目參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型低功率3缸機(jī)高功率3缸機(jī)4缸機(jī)最大功率/kW100(4500r/min)170(5800r/min)141(4700r/min)最大扭矩/(N·m)220(1250r/min)320(3500r/min)280(1250r/min)斷油轉(zhuǎn)速/(r·min-1)650065006500升功率/(kW·L-1)66.7113.370.5升扭矩/((N·m)·L-1)146.6213.3140.0最大比功/(kJ·L-1)1.822.351.7排量/mL1498.81998.3缸徑/mm82.082.0行程/mm94.694.6行程缸徑比1.151.15單缸排量/mL499.6499.6連桿長(zhǎng)度/mm148.2148.2連桿曲柄比0.3190.319缸心距/mm9191活塞壓縮高度/mm33.233.2活塞火力岸高度/mm77活塞銷直徑/mm2222活塞銷長(zhǎng)度/mm5555進(jìn)/排氣門直徑/mm30.0/28.530.0/28.5進(jìn)/排氣門升程/mm9.9/9.79.9/9.7進(jìn)/排氣門桿部直徑/mm5.0/5.05.0/5.0壓縮比11.011.0

4 基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為所有機(jī)型設(shè)計(jì)了全鋁結(jié)構(gòu)的氣缸體曲軸箱(圖3)。凸輪軸鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)被布置在飛輪側(cè)。氣缸套工作表面采用創(chuàng)新的電弧金屬絲噴鍍涂層，厚度僅0.3mm，極其耐磨，與傳統(tǒng)的灰鑄鐵氣缸套相比，具有良好的散熱性能。所有機(jī)型都采用鍛鋼曲軸，并且在軸承部位感應(yīng)淬火。平衡軸集成在氣缸體曲軸箱中，在3缸機(jī)上由曲軸前端驅(qū)動(dòng)，而在4缸機(jī)上,2根平衡軸的驅(qū)動(dòng)齒輪集成在曲軸后端曲柄臂上。主軸承采用雙金屬鋁軸承，連桿軸承采用涂覆聚合物涂層的三金屬軸承。鍛鋼連桿被設(shè)計(jì)成階梯式結(jié)構(gòu)型式，連桿小頭中鑲鑄卷制而成的堅(jiān)固青銅套。

圖2 BMW公司新型4缸直噴汽油機(jī)的縱橫剖視圖

圖3 3缸和4缸直噴汽油機(jī)的氣缸體曲軸箱

為了平衡一階自由慣性力矩，所有3缸機(jī)都采用支承在氣缸體曲軸箱中的鍛鋼平衡軸，并具有2個(gè)反向布置的平衡塊，其中1個(gè)平衡塊被直接鍛造在平衡軸上。集成在曲軸上的齒輪與平衡軸前端的傳動(dòng)齒輪相嚙合，直接驅(qū)動(dòng)平衡軸。這種傳動(dòng)齒輪經(jīng)燒結(jié)而成，輪轂中具有隔離噪聲的彈性阻尼，并集成了二階平衡質(zhì)量。為了減少傳動(dòng)功率，平衡軸采用滾動(dòng)軸承支承。

為減小曲軸振動(dòng)，所有3缸汽油機(jī)和柴油機(jī)都采用相同的結(jié)構(gòu)布置型式，但考慮到燃燒過(guò)程和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量各不相同，汽油機(jī)和柴油機(jī)上的不平衡質(zhì)量及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都經(jīng)過(guò)專門匹配。

為了平衡引起振動(dòng)的二階慣性力，4缸汽油機(jī)采用2根支承在氣缸體曲軸箱中的鍛鋼平衡軸，并以2倍的曲軸轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。為了減少傳動(dòng)功率，4缸機(jī)的2根平衡軸也采用滾動(dòng)軸承支承。

通過(guò)2根結(jié)構(gòu)相同的平衡軸之間的高度差，附加平衡二階慣性力矩。因其高度差比4缸老機(jī)型的略小，故所產(chǎn)生的交變力矩向低轉(zhuǎn)速方向移動(dòng)，這對(duì)于靠近低速扭矩范圍內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)舒適性來(lái)說(shuō)是有利的。

3缸和4缸汽油機(jī)采用相同的擺動(dòng)滑閥式機(jī)油泵供應(yīng)機(jī)油，可按特性曲線場(chǎng)調(diào)節(jié)體積流量。機(jī)油泵與集成在同一殼體中的真空泵組合成串聯(lián)泵，布置在油底殼油池中，并由1根鏈條驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力則由1個(gè)比例電磁閥根據(jù)電控單元中儲(chǔ)存的特性曲線場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在主油道上裝有1個(gè)組合式機(jī)油壓力和溫度傳感器，其信號(hào)為機(jī)油泵及熱管理系統(tǒng)所用。油底殼中的油位傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)機(jī)油液面狀況。由塑料制成的機(jī)油濾清器模塊帶有整體式機(jī)油冷卻器。

在老機(jī)型的基礎(chǔ)上，對(duì)Valvetronic可變氣門機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。為了移動(dòng)偏心輪的位置，在氣缸蓋進(jìn)氣側(cè)的前方尋找位置，并將其集成在進(jìn)氣裝置罩殼中。通過(guò)深入開(kāi)發(fā)進(jìn)氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)空間明顯減小，而將進(jìn)氣凸輪軸與偏心輪互換位置后，又明顯降低了結(jié)構(gòu)高度(圖4)。

圖4 新機(jī)型與老機(jī)型Valvetronic可變氣門機(jī)構(gòu)的布局比較

新的中間桿和滑道位置減小了傳遞到氣缸蓋上的力，而滑道僅由1個(gè)螺釘固定在軸承座上，并通過(guò)氣缸蓋上2個(gè)精密的定位面定位。中間桿回位彈簧支撐在氣缸蓋與軸承座之間，所以不需要固定點(diǎn)。偏心軸的尺寸與進(jìn)氣凸輪軸的相同，排氣凸輪軸則通過(guò)1個(gè)三面凸輪驅(qū)動(dòng)噴油系統(tǒng)的燃油高壓泵。

鏈傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)2個(gè)凸輪軸相位調(diào)節(jié)器傳遞。凸輪軸相位調(diào)節(jié)器中的三翼式轉(zhuǎn)子執(zhí)行器使進(jìn)氣凸輪軸具有70°CA的相位調(diào)節(jié)范圍，而排氣凸輪軸則具有60°CA的相位調(diào)節(jié)范圍。將BMW公司為汽油機(jī)全新開(kāi)發(fā)的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置在動(dòng)力輸出端，曲軸向下通過(guò)后面的短鏈條驅(qū)動(dòng)串聯(lián)泵(由機(jī)油泵與真空泵組合而成)，向上驅(qū)動(dòng)中間鏈輪。該中間鏈輪具有2道鏈軌(齒數(shù)為24/32)，確保從曲軸(24齒)到凸輪軸相位調(diào)節(jié)器(36齒)的傳動(dòng)比為2，從而可減小相位調(diào)節(jié)器的直徑，并降低發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)高度。中間鏈輪上方的正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)凸輪軸，在2個(gè)相位調(diào)節(jié)器之間用螺釘固定氣缸蓋上的鏈條導(dǎo)軌，可防止鏈條跳動(dòng)。中間傳動(dòng)鏈和正時(shí)傳動(dòng)鏈各有1條鏈軌。機(jī)油泵的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中沒(méi)有導(dǎo)向或張緊裝置。

5 增壓

BMW公司的新型發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓技術(shù)方面也具有創(chuàng)新之處，4缸機(jī)具有與排氣歧管連成整體的雙渦道渦輪模塊，這種結(jié)構(gòu)型式能確保2股廢氣流在渦輪前可靠分開(kāi)，這樣，經(jīng)怠速轉(zhuǎn)速后就能獲得更高的扭矩，同時(shí)又能進(jìn)一步挖掘瞬態(tài)響應(yīng)性能的潛力。為使排氣歧管具有足夠的膨脹余地，并能安裝在緊湊的空間中，采用可滑移的壓板法蘭，將排氣歧管緊固在氣缸蓋上。這種整體式雙渦道廢氣渦輪增壓器不再采用水冷卻。

總而言之，我國(guó)國(guó)庫(kù)集中支付制度推廣了十幾年，這項(xiàng)制度對(duì)高校財(cái)務(wù)管理造成了較大影響，有利于高校財(cái)務(wù)管理體系的構(gòu)建。從當(dāng)前情況來(lái)看，很多高校在財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)方面仍不夠完善，在未來(lái)的發(fā)展中，高校領(lǐng)導(dǎo)要轉(zhuǎn)變觀念，充分認(rèn)識(shí)到國(guó)庫(kù)集中支付制度的優(yōu)點(diǎn)、注重高校內(nèi)部預(yù)算管理的科學(xué)化、優(yōu)化財(cái)務(wù)管理組織機(jī)構(gòu)、建立完善的財(cái)務(wù)信息管理系統(tǒng)、拓寬辦學(xué)資金來(lái)源，以高校國(guó)庫(kù)集中支付給財(cái)務(wù)管理制度帶來(lái)的變化為出發(fā)點(diǎn)，強(qiáng)化自身財(cái)務(wù)管理體系的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)高校的正常運(yùn)行和教育目的。

新型3缸汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則完全不同，在量產(chǎn)轎車上首次采用了由熔模(泡沫材料)鑄造技術(shù)制成的水冷式全鋁廢氣渦輪增壓器。另外，用可滑移的壓板法蘭將排氣歧管緊固在氣缸蓋上的結(jié)構(gòu)型式在設(shè)計(jì)上具有較大的自由度。通過(guò)昂貴的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬，并與零件強(qiáng)度計(jì)算相結(jié)合，減少壁面熱流。雖然為冷卻花費(fèi)了額外費(fèi)用，但既減輕了質(zhì)量，又能獲得顯著降低CO2排放的潛力。與非冷卻的鋼制廢氣渦輪增壓器相比，催化轉(zhuǎn)化器前的廢氣溫度明顯低于850℃，這使催化轉(zhuǎn)化器就像未經(jīng)老化的一樣。

將渦輪模塊與氣缸蓋之間的分界面布置在靠近氣缸蓋法蘭面的部位，以便在BMW i8頂級(jí)車型上使用常規(guī)的鋼制廢氣渦輪增壓器，并用法蘭安裝在相同的氣缸蓋上。為了統(tǒng)一廢氣裝置在汽車上的裝配，3缸和4缸機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器采用相同的法蘭位置(圖5)。

圖5 3缸和4缸直噴汽油機(jī)的廢氣渦輪增壓器模塊布置

6 熱力學(xué)、燃燒和噴油

在老機(jī)型的基礎(chǔ)上，對(duì)新型標(biāo)準(zhǔn)部件汽油機(jī)的雙動(dòng)力渦輪增壓燃燒過(guò)程進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以滿足更為嚴(yán)格的廢氣排放法規(guī)要求，并進(jìn)一步提高效率。新機(jī)型的缸徑為82mm，比老機(jī)型縮小2mm，并具有明顯較大的行程缸徑比1.15，這對(duì)于熱力學(xué)和摩擦而言都是最佳值。

圖6的燃燒室垂直剖面圖表明，與老機(jī)型的燃燒過(guò)程相比，新機(jī)型雖然縮小了缸徑，但活塞頂凹坑明顯較寬，與流量減小的多孔噴油器形成的寬廣噴霧設(shè)計(jì)相匹配后，在提高充量運(yùn)動(dòng)的共同作用下，能獲得明顯改善的混合氣均質(zhì)化，實(shí)現(xiàn)更為快速的燃燒。其中，因多孔噴油器的額定流量減小，噴霧貫穿度已大幅縮短。

圖6 新機(jī)型與老機(jī)型的燃燒室形狀

此外，通過(guò)分配噴孔噴油量和噴射方向，優(yōu)化噴霧形成，在催化轉(zhuǎn)化器加熱性能(涂層能力)與熱機(jī)運(yùn)行要求之間尋找最佳折中，同時(shí)也將活塞與氣缸套壁面及進(jìn)氣門的潤(rùn)濕減少到最低程度。第2代可變氣門機(jī)構(gòu)在噴油方面具有更大的自由度，能在更寬廣的噴油器特性曲線范圍內(nèi)應(yīng)用最小噴油量。這兩種措施能對(duì)顆粒數(shù)排放產(chǎn)生極其有利的影響，再次明顯降低整個(gè)特性曲線場(chǎng)范圍內(nèi)的顆粒數(shù)排放。

從圖7可以看出，在氣缸蓋密封平面的截面上，點(diǎn)火時(shí)刻過(guò)量空氣系數(shù)λ的分布狀況與老機(jī)型相比獲得明顯改善，同樣，火花塞的火花位置也從燃燒室移出約2mm，明顯降低了火花塞的熱負(fù)荷。

圖7 過(guò)量空氣系數(shù)λ的分布概率

圖8示出了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min時(shí)指示負(fù)荷下的指示比油耗曲線。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，寬廣范圍內(nèi)的燃油耗最多可降低5%。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的邊界條件下，標(biāo)準(zhǔn)部件汽油機(jī)能在額定功率范圍內(nèi)的化學(xué)計(jì)量比λ條件下運(yùn)行。

圖8 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min時(shí)的指示比油耗

7 熱管理

采用皮帶傳動(dòng)的機(jī)械式水泵作為冷卻液泵。因采用永久傳動(dòng)方式，在與柴油機(jī)通用的同時(shí)，充分利用了冷卻“熱端”的優(yōu)點(diǎn)。在冷卻液泵殼體中還集成了可按特性曲線場(chǎng)調(diào)節(jié)的電加熱節(jié)溫器，用于調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水溫度。冷卻液首先沿氣缸體曲軸箱排氣側(cè)流動(dòng)，流入氣缸蓋后，被分配到氣缸蓋中的高熱負(fù)荷部位和“熱端”，其中流入氣缸蓋的部分冷卻液直接拐向排氣區(qū)域和排氣門之間的鼻梁部位，而冷卻液的主要體積流量則經(jīng)由氣缸蓋流入“熱端”區(qū)域，冷卻排氣歧管和廢氣渦輪增壓器的渦輪，然后返回氣缸蓋。冷卻液橫向流經(jīng)氣缸蓋和“熱端”，并在進(jìn)氣側(cè)返回氣缸體曲軸箱，再流入通往散熱器的管道。圖9示出了具有水冷式“熱端”的3缸汽油機(jī)機(jī)內(nèi)冷卻液的走向。

圖9 采用水冷卻“熱端”的3缸汽油機(jī)的冷卻液走向

8 汽車集成

新型發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)部件的另一個(gè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是要將其集成到同樣新開(kāi)發(fā)的橫置式前驅(qū)汽車平臺(tái)的接口上。若進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，則其組成部分是新發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)部件，具有連接到冷卻標(biāo)準(zhǔn)部件、進(jìn)氣空氣管路和廢氣裝置的統(tǒng)一接口，從而減輕汽車裝配的復(fù)雜性，而且，這種模塊化設(shè)計(jì)方案也是確定外圍設(shè)備尺寸的基礎(chǔ)。此外，在設(shè)計(jì)中，還要考慮到新車型在行人保護(hù)方面的要求，以及優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)熱管理的要求。

9 燃油耗

通過(guò)不斷地開(kāi)發(fā)燃燒過(guò)程和增壓技術(shù)，改善了暖機(jī)性能，并應(yīng)用水冷式排氣歧管減少摩擦，優(yōu)化進(jìn)氣空氣管路、增壓空氣冷卻和廢氣裝置等，使匹配手動(dòng)變速器的3缸汽油機(jī)CO2排放降低16%，匹配自動(dòng)變速器的3缸汽油機(jī)CO2排放最多降低28%，最高車速能提高7km/h或13km/h。即使是用戶實(shí)際使用燃油耗，新型3缸汽油機(jī)也顯示出明顯優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閼?yīng)用水冷式廢氣渦輪增壓器后，能在整個(gè)特性曲線場(chǎng)范圍內(nèi)以化學(xué)計(jì)量比運(yùn)行。新型4缸汽油機(jī)因具有較高的進(jìn)氣動(dòng)量而明顯改善了瞬態(tài)響應(yīng)性能，在匹配手動(dòng)變速器的情況下，其CO2排放能達(dá)到與老機(jī)型相同的水平，若匹配新型自動(dòng)變速器，則最多能降低18%。

10 功率和扭矩

圖10示出了新型3缸和4缸直噴汽油機(jī)的全負(fù)荷特性曲線。1.5L 3缸汽油機(jī)的功率型譜覆蓋從Mini轎車的100kW到BMW i8運(yùn)動(dòng)型轎車的170kW，升功率范圍為67～113kW。

圖10 新型3缸和4缸直噴汽油機(jī)的全負(fù)荷特性曲線

3缸汽油機(jī)動(dòng)力總成的扭矩具有相應(yīng)跨度，從Mini轎車的220N·m到BMW i8運(yùn)動(dòng)型轎車的320N·m。新型Mini轎車的低速扭矩點(diǎn)位于1250r/min，與新設(shè)計(jì)的變速器相組合后，進(jìn)一步降低了燃油耗，并提高了行駛舒適性。

首次將4缸汽油機(jī)的功率設(shè)置為141kW，作為Mini轎車的橫置式發(fā)動(dòng)機(jī)，扭矩為280N·m，與3缸機(jī)相似，也是從發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1250r/min起就能達(dá)到大扭矩。

與配裝老機(jī)型的Mini轎車相比，配裝新自動(dòng)變速器系列，以及功率和扭矩均提高的新機(jī)型后，Mini Cooper S型轎車達(dá)到了明顯更佳的行駛性能。配裝手動(dòng)變速器后，0～100km/h的車輛加速時(shí)間減少0.2s，配裝自動(dòng)變速器后則減少0.5s。配裝手動(dòng)變速器的車型80～120km/h的加速時(shí)間縮短0.6s，最高車速提高8km/h或10km/h。通過(guò)改進(jìn)燃燒過(guò)程，不斷優(yōu)化進(jìn)氣管路、增壓空氣冷卻和廢氣裝置范圍內(nèi)的充量更換，將發(fā)動(dòng)機(jī)的加濃需求限制在最小值(λ=0.94)。此外，新型4缸汽油機(jī)也盡可能采用化學(xué)計(jì)量比的λ運(yùn)行。

在Mini Cooper轎車上，所有性能均獲得明顯改善，通過(guò)換裝新型3缸汽油機(jī)，配裝手動(dòng)變速器的車型0～100km/h的加速時(shí)間減少1.2s，而配裝自動(dòng)變速器的車型則減少2.6s。其中，配裝手動(dòng)變速器的車型80～120km/h的加速時(shí)間減少2.8s。

11 降低廢氣排放

與老機(jī)型相比，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)燃燒過(guò)程的新機(jī)型原始排放顯著降低。并且，優(yōu)化了近發(fā)動(dòng)機(jī)催化轉(zhuǎn)化器中的流動(dòng)及位置，增壓器廢氣放氣閥采用電動(dòng)調(diào)節(jié)器，同時(shí)改進(jìn)了暖機(jī)策略，在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)零件的前提下能可靠滿足全球最嚴(yán)格的廢氣排放法規(guī)要求(歐6、超低排放車和特超低排放車)。此外，新型3缸汽油機(jī)使用水冷式排氣歧管，明顯降低了近發(fā)動(dòng)機(jī)催化轉(zhuǎn)化器的熱負(fù)荷，并減緩了催化轉(zhuǎn)化器的老化。

12 結(jié)語(yǔ)

BMW公司已將應(yīng)用全新發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)部件的新型3缸和4缸直噴汽油機(jī)投放市場(chǎng)。除了可靠的雙動(dòng)力渦輪增壓技術(shù)、缸內(nèi)汽油直噴、全可變氣門機(jī)構(gòu)和廢氣渦輪增壓器之外，還在3缸機(jī)上應(yīng)用水冷式全鋁“熱端”等全新技術(shù)。新型汽油機(jī)首次配裝于Mini轎車，額定功率為170kW的3缸汽油機(jī)配裝于BMW i8運(yùn)動(dòng)型轎車。今后還將開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)相同的6缸汽油機(jī)，以完善新發(fā)動(dòng)機(jī)系列，并應(yīng)用于BMW公司所有車型。

[1] Steinparzer F, Schwarz C, Brüner T, u.a. Die neuen BMW3- und 4-zylinder ottomotoren mit twinpower turbo technology[C]. 35. Internationales Wiener Motorensymposium, 2014.

2014-11-16)