2024年11月23日 星期六

宝马从“心”变革 用模块化开创发动机新时代

发布时间:2015-11-05 09:01:57  来源:中国网汽车  作者:王庭  责任编辑:王庭

  中国网记者王庭 北京、德国慕尼黑报道 提到宝马,多数人首先想到的是当今享誉全球的汽车豪华品牌,让无数人着迷的车辆动力性及操控性,以及承载着许多人对车辆的追求和梦想。确实对于明年就已经成立百年的宝马品牌来说,这些印象是宝马在车型上不断追求和研发理应获得的荣誉。

  但是除了旗下车型本身之外,我们同样应该向每一辆宝马车型搭载的发动机致敬,因为是它们将宝马的“基因”最直接的传达给驾乘者。宝马英文BMW是Bayerische Motoren Werke AG的缩写,而这其中Motoren就有发动机的意思。实际上宝马是一个以制造飞机发动机起家的厂商。虽然之后转为生产汽车,但是品牌的出身,让宝马对于发动机技术“嗅觉”一如既往。,甚至宝马在慕尼黑的全球总部大楼,都采用发动机四缸造型。

  每一代宝马汽车发动机都会基于BMW高效动力策略进行不断的开发和改进,在驾驶乐趣和燃油消耗两个方面不断设立新的基准。据不完全统计,在全球两大权威发动机评选中,宝马发动机获奖次数远超同级对手奔驰和奥迪。长期在发动机技术上保持领先,也是宝马在汽车领域引以为豪的方面。宝马每一次在发动机方面技术革新,都会掀起汽车在动力性能方面新的时代。

  对于宝马最新推出的新一代B系列发动机,同样具有划时代意义。这其中不仅体现在发动机本身技术和性能提升,更是引入以气缸单元为基础的模块化生产和研发理念。此次中国网记者有幸去德国探访宝马动力“本源”,近距离参观全新B系列发动机生产过程,亲身感受这款注定将在宝马品牌历史上留下浓重一笔的全新发动机,究竟有何神奇之处。

  何为模块化发动机?

  模块化对于汽车生产平台来说并不陌生,目前已经被多家汽车厂商采用。模块化设计概念是指在不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,通过模块的选择和组合可以构成不同的产品,以满足市场的不同需求的设计方法。

  更直白的以汽车为例,就是在先期将各个模块单独开发完成后,具体到车型时,专注于模块组合,无需操心模块内部的问题。其目的是扩大零部件共用范围,从零部件平台内共用到跨平台共用,提升规模效应,降低成本。

  但时发动机模块化相对于整车来说,难度明显更高。一方面发动机相比汽车来说,体积小且功能相对单一,所以这就决定发动机可模块化不容易操作。另一方面发动机内部结构非常精密,也就对模块之间的匹配度要求更高,一旦为此投入更高的加工和装配成本,那也失去模块化的意义。所以虽然很多车厂已经开始车型模块化,但是在宝马之前却鲜有发动机模块化成功的案例。

  目前主流的发动机模块化技术,主要是两种思路,一种是采用相同的缸数和布局形式,拥有相同的缸径和行程, 通过匹配不同的增压单元来实现动力上的差异化,此外发动机的大部分部件都可以通用。这种思路的优势是模块化操作较为简单,但是劣势也是显而易见的,缸数和布局都已经确定,发动机可变化的“弹性量”很小,所以模块化真正的规模优势,体现的并不明显。

  另一种是不同型号发动机都采用相同口径、相同冲程、相同缸间距、相同排量的气缸单元,通过缸数决定排量与动力输出。理论上从单缸到16缸都可以通过气缸单元的叠加来实现,真正体现出模块化的优势,但是从技术上来说也更有难度,宝马模块化即采用这一技术。目前看已经可以实现从3缸到6缸之间模块切换,这也再次证明宝马在发动机领域高人一筹的技术实力。

  宝马如何实现发动机模块化?

  作为发动机模块化最重要的气缸单元,宝马将单独气缸的排量设定为500毫升。之所以定在500毫升,宝马是之前经过一系列计算和测试,最终发现这一排量的气缸可以将发动机的声学特性、振动特性、工作效率和机械摩擦保持在一个相对完美的平衡状态,单缸马力可以设定为50到70匹马力,最大扭矩可以设定为60到100牛米。

  同时由于采用以气缸单元为基础的模块化,所以宝马新的B系列3, 4, 6缸汽油发动机之间有超过60%的部件可以共享,柴油版3,4,6缸机也同样如此。此外,模块化汽、柴油发动机发动机之间也有30%到40%的零部件可以共享。

  这样大大提升了发动机生产灵活性和效率,降低了生产成本。对于宝马新的B系列发动机来说,基本采用B3X或者B4X的标号,这里面的3和4就是发动机的气缸数,所以通过搭载发动机的标号就很容易通过排量=0.5L×气缸数,算出发动机的排量

  对于模块化来说,最大的问题就是由于考虑其通用性,所以需要在一些方面进行匹配方面妥协,但是在宝马B系列发动机上,发动机数据和效能并没有因为模块化而受到影响。并且包括BMW 双涡管单涡轮增压、高精度燃油直喷和Valvetronic电子气门系统等宝马发动机三大核心技术依然得到保留。同时还对存在老款N系列发动机的一些问题进行明显改进,这也是宝马推行发动机模块化的前提。

  发动机模块化后生产过程有何特别之处?

  全新的模块化3,4,6缸发动机家族拥有标准化的设计、较高的零部件通用率和统一的共线生产流程。这对于工厂来说一方面可以实现生产不同排量、不同结构发动机共线生产。以宝马慕尼黑工厂为例,可以实现三缸和四缸,横置和纵置四种类型发动机共线生产。所以发动机模块化后,发动机厂能够以非常高的效率大批量生产发动机,同时,也能够非常灵活的小批量生产特殊版本的发动机。

  另一方面还可以灵活排产,几乎所有发动机生产可以在不同发动机类型和各个发动机工厂进行协调,生产调整变得非常灵活。可以根据每一个工厂的具体情况进行生产流程的优化,同时也能对市场发展和消费者需求做出快速的反应。

  模块化生产优势还体现在能有效帮助控制新建发动机工厂的建设成本,此外在全球所有发动机生产工厂,采用同样的生产工艺,同样数据指导,保证发动机品质全球一致性。而发动机维修效率也将有所提高,维修成本明显降低。

  宝马发动机的先进性和品质把控还体现在各种工艺中。例如宝马兰斯胡特发动机工厂拥有全球第一个零排放铸造车间,采用了先进的砂芯成型技术,能够使发动机内燃残留物的排放降低98%,同时提升发动机效率。

  更为环保的是应用新型的无机环保黏合剂替代传统的有机黏合剂制造砂芯,使生产过程中有害物质的排放接近于零。铸造过程中超过90%的工艺沙可以回收再利用。作为发动机缸体主要材料的铝部件,应用液态铝加速固化技术,能够有效提升部件刚性,从而提升压缩比和能量密度。

  值得一提的是,宝马是全球首家将电弧喷涂技术用于量产车型进行气缸内壁喷涂的汽车厂家,取代了传统的内部镶嵌铸铁衬套技术。涂层是由一种超薄的液态金属颗粒层构成,对于发动机气缸内壁保护,可以保持发动机整个生命周期。该项技术能够有效降低发动机油耗,并能延长发动机使用寿命。

  发动机模块化后,铸造车间也可以在同一生产线铸造不同系列发动机,生产更加灵活。而铸造一个六缸发动机缸体可以直接分割为两个三缸发动机,生产效率提升明显。这些都模块化后带来的生产效率提升。

  发动机组装完成后将100%进行冷测试,采用电机牵引,对发动机力矩、点火及传感器进行测试。以及通过注入一定空气量测试缸内压力,进行100%密封测试。

  中国网记者了解到,7年前宝马就已经开始设计发动机模块化生产,正是基于这种技术上的自信,成就宝马全面推行发动机模块化的底气。目前大量B系列1.5L和2.0L发动机,已经搭载到宝马在海外新生产车型上。性能提升成本降低,宝马在发动机领域实现所有车企一直以来的梦想。所以说宝马全新模块化B系列发动机的推出,具有跨时代意义并不为过。

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