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干货|宝马N20和B48发动机简单的横向比较

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2018款 xDrive28i 豪华套装 国VI

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发表于 2019-3-21 15:05:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

由于高额排量税以及小排量涡轮增压发动机在以欧盟NEDC为首的循环油耗测试中占优,以高效自然吸气发动机而闻名的德国宝马公司,,以减税降低销售成本为目的的情况下,近10年来投入大量的研发转型研发涡轮增压发动机,在大量研发后不断推出更新平台和型号的增压发动机。


在2010年宝马正式推出直列4缸2.0升涡轮增压N20系列发动机,大多数宝马常见车型都配备了N20系列动力总成,N20发动机以期高效率,高扭矩,低油耗等优点迅速捕获了众多用户的心。

由于排放法规更加严格和外加成本控制等多方面因素,宝马集团在 2015年推出新一代,更高效、更低成本的模块化平台B系列发动机。

B系列发动机包括

B38发动机,直列3缸1.5升涡轮增压

B48发动机,直列4缸2.0升涡轮增压

B58发动机,直列6缸3.0升涡轮增压

目前,中国市场上宝马主流车型配套发动机以B38和B48两款小排量涡轮增压发动机最为常见。

翻阅宝马提供的技术文献提到关于何为模块化发动机的概念,宝马给出的解释是

汽车底盘流行平台化生产,不同级别的车辆通过同平台生产能节省大量的模具或差别零件。

宝马B系列发动机模块化的基础是采用共同的接口,因此B38/48/58曲轴箱上的安装键位置均相同并减少了专用工具的数量。

宝马对其新推出的B系列模块化发动机平台无论在成本,效率,性能,可靠性等方面都信心十足。

但是,在宝马推出B系列平台的同时,并没有做自己前一代N系列发动机的任何横向对比,除了成本方面,并没文章有刻意的去介绍B48比N20进步在哪里。

所以我们这次就做个简单的横向比较,把我们这些年来总结的一点粗知浅见,用最直观,最简单的表达方式和车友们分享。

下文将以缸盖,增压部分,缸体活塞连杆组分为三个部分作为比较

1.缸盖部分,N20与新款的B48都延续了前几代宝马最核心也是最经典的Valvetronic气门升程可变技术和Dual VANOS气门正时可变机构。Valvetronic同样使用一台伺服电机控制气门升程,B48发动机的控制机构与N20非常相似


Valvetronic气门升程可变技术



Valvetronic气门升程可变技术原理



N20发动机缸盖凸轮轴部分照片



B48缸盖剖面图


2.增压部分:N20与B48都采用了单涡轮双涡管技术


单涡轮双涡管涡轮增压器



(twinscroll双流道,关键词“脉冲增压”,“排气压力叠加”等可以自行百度)

N20涡轮增压剖面图

B48涡轮增压排气歧管剖面图


3.缸体部分:N20和B48同为铸造铝合金缸体材质,无铁质缸套,采用0.3mm厚铁质电弧丝镀层


镀层工艺示意图



这种通过电弧丝喷涂铁涂层的缸体的优势在于轻量化,但副作用是缸筒寿命和强度的下降,非常非常多的案例已经证明了这个观点,宝马把发动机中缸作为一个消耗品,所幸的是在国产化后一套中缸的价格可以用白菜价形容,宝马用户在后期更换的时候钱包也能少出点血了


左为开放式水道缸体,右为封闭式水道缸体


谈完中缸的材质问题,下面说说B48的水道,N20使用开放水道设计,B48是封闭式水道。B48的活塞冲程是94.6mm比N20的90.1mm大了很多。通过加长冲程可以获得更大的中低转速扭矩和更大的活塞加速度或许也有更低的油耗,但连杆摆角也会随之变大,活塞对汽缸壁的冲击力和磨损也会随之增加。


N20的开放式水道



B48的封闭式水道,缸体强度更高





N20和B48同样使用活塞和曲轴偏置设计,在做功行程时,连杆更接近于垂直状态,这样可以更多地将燃烧产生的压力作用于曲轴,同时也减小了活塞在气缸壁向下运动时的压紧力和摩擦

B48比N20活塞销偏置做得更多,经测量,N20活塞销负偏置约0.8mm,B48活塞销偏置约1.3mm。


在活塞方面,N20和B48同样使用铝合金铸造活塞,硅化层表面处理,两侧活塞裙树脂基降噪涂层。



轴瓦,N20和B48同样使用带有树脂基耐磨涂层的合金轴瓦。

以上为N20和B48相似部分的简单介绍,下面我们来做一下两款发动机的简单对比。

缸盖部分:这一部分大多是肉眼看不出来的细微差别,我们在此不做过多的技术解释,只做一些简单的介绍。






经过宝马多年优化的缸盖,性能优异


N20发动机的缸盖在民用发动机范畴来说,已经做的非常高效,但由于自动启停功能和发动机温度较高等原因,最常见的问题是缸盖的排气道和排气歧管积碳严重甚至造成堵塞,这种情况在B48上可能会继续存在。通过我们多年对宝马发动机维修、改装、调教等方面的工作,对宝马发动机的认识来说,用于替换N20的B48系列发动机,会提供更好的缸盖进排气效率,中低转速扭矩和增压响应速度,况且,目前全球范围主机厂的主要课题是提升发动机的效率而不是去一味地追求所谓的最大功率。


N20缸体



B48缸体

中缸部分:最直观的区别是N20使用开放水道设计,B48是封闭式水道。B48的活塞冲程是94.6mm比N20的90.1mm大了很多。通过加长冲程可以获得更大的中低转速扭矩和更大的活塞加速度或许也有更低的油耗,但连杆摆角也会随之变大,活塞对汽缸壁的冲击力和磨损也会随之增加。


曲轴偏置设计示意图

在N20发布的早些年间,出现过很多活塞环断裂或者活塞断裂的案例,原因主要来自这么几方面,所使用的油品太差导致爆震,长时间高车速高转速高负载(比如有些用户在高速上喜欢一脚油门踩到底,持续极速驾驶),长时间低速行驶和低转速高负载使用,导致缸内积碳严重。


N20的活塞,可以看到活塞裙磨损严重,活塞碎裂

我们原来也在微博里讨论过N20的汽缸壁磨损过快的问题,主要原因来自于汽缸壁上的铁质镀层和活塞销偏置的设计,通过我们观察曾经打开过的N20发动机,在使用6-7万公里后,汽缸壁就会出现明显的失圆,轻微一点的在0.03mm,严重一些的在0.06-0.07mm。我们所测量到的汽缸壁失圆,并非缸筒从上到下均有失圆现象,而是从活塞上止点向下1cm-5cm部位失圆最为严重。虽然宝马非常好的解决了发动机噪音、发动机振动,铁质镀层有效的降低了发动机的自重和发动机散热,但活塞销、曲轴偏置,和汽缸壁的铁质镀层是一把双刃剑,在得到平顺的同时,损失的是发动机的寿命。而且缸筒失圆,同样也是导致活塞断裂的原因之一。

Ok,下面说说B48,这款发动机和N20很相似,同样使用了以上技术,但B48的活塞销偏置做的更大,通过实际测量,B48的活塞销偏置比N20大了将近1mm。我们猜测,加大的活塞销偏置是为了应付更长活塞冲程所导致的震动而做出的弥补措施。而且,在发动机体积受限的前提下,更长的活塞冲程空间从哪来呢?只能把活塞的整体高度降低,活塞整体高度降低所导致的结果是什么呢?活塞环岸厚度降低,活塞顶厚度降低。对于很多性能玩家或者对车辆本身动力和响应能力不满足的用户来说,活塞做成什么形状,活塞环什么样子,我根本不care,我们更担心的是活塞的可靠性,会不会爆震,会不会断。我不能在这种科普文短文里做评判,只能给您直观对比一下N20和B48的活塞。

下面是比较直观的对比,活塞环岸的强度直接影响活塞的性能和承受范围







从下面这张图片我们可以看出B48的活塞销位置,做了比N20更宽的加强筋。而且B48活塞销长度55mm,而N20的活塞销只有52mm。我们在网上很容易找到N20活塞断裂的图片,断裂位置就在活塞销斜上方,B48这么做就这方面的加强考虑吧。





断裂的N20活塞,车主损失惨重

除此之外,B48的活塞裙使用不对称设计,可惜我没拍图片,在活塞向下运动一侧使用比较小的活塞裙来减小活塞和汽缸壁之间的摩擦力和活塞本身的重量。

(种设计的活塞,我们在多年前的改装活塞上就已经开始使用,我在这里真的想为改装说点什么,可我怕没人爱看,就不跑题了。)


B48还在正时机构部分做了针对性的改良。在N20发动机上,我们很多人都遇到过正时链条导轨断裂的问题,或者正时链条张紧器失效,并导致链条磨损或者顶气门的问题。并且N20在维修过程中,如果你没有专用工具就拆解正时系统,那特么简直是给自己挖坑!B48学聪明了,看下图。


N20采用的一体式正式链条,维修难度大,耗费时间长








B48的正时链条分为两部分,这样更便于拆解维修,免去了因为过长的链条带来的多种不可靠因素。

下面说缸体下半部分,也就是技术资料里面说的“曲轴箱”。

B48采用一体铸造成型曲轴箱,和N20有巨大的差别。N20曲轴上的6个主轴使用一体底板(看下图),这种设计可以有效地抑制发动机底部来自曲轴的震动和曲轴在高转速时巨大的离心力导致的形变,而低成本的B48出于成本控制原因使用加工成本更低的一体式曲轴箱,可以节省大量的加工成本,并且B系列全系都不需要为某个型号单独加工底板,材料成本,加工成本,开发成本都大幅度降低。但这并不代表B48的品质很差,而是做了非常好的成本优化。



平衡轴方面

N20平衡轴在曲轴底部,固定在一体的发动机底板上,与机油泵一体,噪音比较小,但占用油底壳空间比较大,发动机整体高度会比较高。而B48的平衡轴放在了曲轴的两侧,就好像EA888一样,毕竟B48/38也是为前驱平台设计的,有效地降低了发动机的整体高度,而且不需要特殊的专用工具,更便于维修。





B48所采用的双平衡轴设计示意图



三代EA888所使用的中置双平衡轴设计


以上,是目前通过我们所掌握的N20和B48的分资料进行的的一部分对比,对于发动机润滑系统和冷却系统的对比暂时就不在这里讨论,这些内容对于大部分玩家和普通用户来说并不是很直观。那接下来我们说说B48性能方面的升级。

在上个月,国外某些ECU读写设备供应商发布了宝马B38/48/58系列发动机使用的博世MG1系列电脑的OBD读写协议,多个“ECU程序”供应商紧随其后立即发布针对B系列各个型号发动机的升级程序,在众多的广告中,我们看到,貌似大多数程序商给出的升级数据都是一样的。低功率版本320/520等车型提升到260匹,高功率330/530等提升到300匹,更有某些不负责任的店家丧心病狂的宣称低功率320做到轮上300匹。

这些铺天盖地的广告,貌似给最近受到世界杯影响的萎靡的改装市场一剂强心针,然而,在升级之前我们切记要做好自己的功课,一定不要被眼花缭乱的广告迷惑了双眼。

很简单的一个道理,我们知道主机厂做发动机标定周期和测试周期是比较长的,而且原厂的标定数据也并非完善,也会在成品车上市之后继续做不断的升级和完善。一般比较负责任的改装ECU品牌的开发测试周期也不会很短,毕竟只是在马力机上做一个比较漂亮的“峰值输出”是一件比较容易的事,然而改装ECU的可靠性和耐用性则是最考验tuner的水平和价值观的硬性指标,也是绝大多数终端用户最关心的问题。




我们的车是以日常代步为目的的,并不是那种跑一次比赛就重组大修的赛车。所以,在这里建议大家不要盲目的去追求那些“峰值马力”和某些程序贩子的蛊惑,又或是“xx最速”或者“xx最快记录”等自封的头衔。我想可能没有正常人会不计可靠性去追求原厂硬件的极限压榨马力?0-100即便能比其他车快0.1秒,对你日常使用有什么帮助吗?并没有!对于大多数普通用户来说,车跑起来平顺,响应快,油耗低,不出故障,才是最重要的。


拖车的尴尬谁人能懂呢?


说了这么一堆,其实我还想说,针对B48/58的改装程序我们同样在做开发和测试,但我们真的不会急于去抢第一杯羹,去让普通用户吃第一批螃蟹。针对B系列发动机自身的体质,我们同样做了发动机内部强化零件的开发和设计。我们的目的是让绝大多数用户,在花费最低成本的前提下得到最稳定的性能提升。靠谱的性能提升方案这才是最重要的


B48最大的隐患和N20一样,都是在活塞,甚至比N20更令人担忧!我在前一部分已经做了活塞的直观对比,同时我们要了解宝马B系列平台发动机对于宝马来说最大的优点是什么,最大的优点是成本低!除了开发,生产,加工成本优化之外,零件的采购成本也有所降低。不言而喻,零件成本降低,其深层原因并不是因为什么铸造厂或者零件供应商的黑科技,在全球资源紧张货币通胀的大环境下,降低单件主成本最有效的方法是什么?想必很多人还记得前几年,低功率N20刷电脑之后大面积损坏的情景吧,B48这次可能会更可怕。


网上使用B48发动机的宝马MINI车型已经出现活塞碎裂的案例


下面说说我们做的工作之一,B48锻造活塞。压缩比10.5:1,2618锻造铝合金,委托美国Ross RacingPiston制作。





针对偏置设计,我们修改了活塞裙的形状和面积,使进气侧的活塞裙面积更大,与汽缸壁贴合面的单位面积受压强更小,在成品活塞上,活塞裙会带有树脂基降噪涂层。



原尺寸活塞销,可对应原厂连杆使用,也可以配合日后推出的锻造连杆。因为,我相信高效的B48发动机在做了针对性强化升级之后,潜力可以大幅度提高,毕竟宝马的看家本事就是做高效率的缸盖。




在活塞销两端和活塞底部做了针对性的加强设计,活塞可以承受更高压力和侧向的冲击力。加厚的活塞环岸和活塞顶会提高活塞整体的强度。

我们的成品锻造活塞会在10月中旬到货,首批数量不多,目前可接受预定。


总的来说B48相比N20有更好的缸体强度,更方便的维修设计,如果能解决活塞的问题,这台发动机会有更好的表现



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发表于 2020-10-26 14:54:25 来自手机 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2020-10-26 20:23:14 | 显示全部楼层

如非必要,尽量不要改动机械部件
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