2024年11月21日 星期四

寶馬從“心”變革 用模組化開創發動機新時代

發佈時間:2015-11-05 09:01:57  來源:中國網汽車  作者:王庭  責任編輯:王庭

  中國網記者王庭 北京、德國慕尼黑報道 提到寶馬,多數人首先想到的是當今享譽全球的汽車豪華品牌,讓無數人著迷的車輛動力性及操控性,以及承載著許多人對車輛的追求和夢想。確實對於明年就已經成立百年的寶馬品牌來説,這些印像是寶馬在車型上不斷追求和研發理應獲得的榮譽。

  但是除了旗下車型本身之外,我們同樣應該向每一輛寶馬車型搭載的發動機致敬,因為是它們將寶馬的“基因”最直接的傳達給駕乘者。寶馬英文BMW是Bayerische Motoren Werke AG的縮寫,而這其中Motoren就有發動機的意思。實際上寶馬是一個以製造飛機發動機起家的廠商。雖然之後轉為生産汽車,但是品牌的出身,讓寶馬對於發動機技術“嗅覺”一如既往。,甚至寶馬在慕尼黑的全球總部大樓,都採用發動機四缸造型。

  每一代寶馬汽車發動機都會基於BMW高效動力策略進行不斷的開發和改進,在駕駛樂趣和燃油消耗兩個方面不斷設立新的基準。據不完全統計,在全球兩大權威發動機評選中,寶馬發動機獲獎次數遠超同級對手賓士和奧迪。長期在發動機技術上保持領先,也是寶馬在汽車領域引以為豪的方面。寶馬每一次在發動機方面技術革新,都會掀起汽車在動力性能方面新的時代。

  對於寶馬最新推出的新一代B系列發動機,同樣具有劃時代意義。這其中不僅體現在發動機本身技術和性能提升,更是引入以氣缸單元為基礎的模組化生産和研發理念。此次中國網記者有幸去德國探訪寶馬動力“本源”,近距離參觀全新B系列發動機生産過程,親身感受這款註定將在寶馬品牌歷史上留下濃重一筆的全新發動機,究竟有何神奇之處。

  何為模組化發動機?

  模組化對於汽車生産平臺來説並不陌生,目前已經被多家汽車廠商採用。模組化設計概念是指在不同功能或相同功能不同性能、不同規格的産品進行功能分析的基礎上,劃分並設計出一系列功能模組,通過模組的選擇和組合可以構成不同的産品,以滿足市場的不同需求的設計方法。

  更直白的以汽車為例,就是在先期將各個模組單獨開發完成後,具體到車型時,專注于模組組合,無需操心模組內部的問題。其目的是擴大零部件共用範圍,從零部件平臺內共用到跨平臺共用,提升規模效應,降低成本。

  但時發動機模組化相對於整車來説,難度明顯更高。一方面發動機相比汽車來説,體積小且功能相對單一,所以這就決定發動機可模組化不容易操作。另一方面發動機內部結構非常精密,也就對模組之間的匹配度要求更高,一旦為此投入更高的加工和裝配成本,那也失去模組化的意義。所以雖然很多車廠已經開始車型模組化,但是在寶馬之前卻鮮有發動機模組化成功的案例。

  目前主流的發動機模組化技術,主要是兩種思路,一種是採用相同的缸數和佈局形式,擁有相同的缸徑和行程, 通過匹配不同的增壓單元來實現動力上的差異化,此外發動機的大部分部件都可以通用。這種思路的優勢是模組化操作較為簡單,但是劣勢也是顯而易見的,缸數和佈局都已經確定,發動機可變化的“彈性量”很小,所以模組化真正的規模優勢,體現的並不明顯。

  另一種是不同型號發動機都採用相同口徑、相同衝程、相同缸間距、相同排量的氣缸單元,通過缸數決定排量與動力輸出。理論上從單缸到16缸都可以通過氣缸單元的疊加來實現,真正體現出模組化的優勢,但是從技術上來説也更有難度,寶馬模組化即採用這一技術。目前看已經可以實現從3缸到6缸之間模組切換,這也再次證明寶馬在發動機領域高人一籌的技術實力。

  寶馬如何實現發動機模組化?

  作為發動機模組化最重要的氣缸單元,寶馬將單獨氣缸的排量設定為500毫升。之所以定在500毫升,寶馬是之前經過一系列計算和測試,最終發現這一排量的氣缸可以將發動機的聲學特性、振動特性、工作效率和機械摩擦保持在一個相對完美的平衡狀態,單缸馬力可以設定為50到70匹馬力,最大扭矩可以設定為60到100牛米。

  同時由於採用以氣缸單元為基礎的模組化,所以寶馬新的B系列3, 4, 6缸汽油發動機之間有超過60%的部件可以共用,柴油版3,4,6缸機也同樣如此。此外,模組化汽、柴油發動機發動機之間也有30%到40%的零部件可以共用。

  這樣大大提升了發動機生産靈活性和效率,降低了生産成本。對於寶馬新的B系列發動機來説,基本採用B3X或者B4X的標號,這裡面的3和4就是發動機的氣缸數,所以通過搭載發動機的標號就很容易通過排量=0.5L×氣缸數,算出發動機的排量

  對於模組化來説,最大的問題就是由於考慮其通用性,所以需要在一些方面進行匹配方面妥協,但是在寶馬B系列發動機上,發動機數據和效能並沒有因為模組化而受到影響。並且包括BMW 雙渦管單渦輪增壓、高精度燃油直噴和Valvetronic電子氣門系統等寶馬發動機三大核心技術依然得到保留。同時還對存在老款N系列發動機的一些問題進行明顯改進,這也是寶馬推行發動機模組化的前提。

  發動機模組化後生産過程有何特別之處?

  全新的模組化3,4,6缸發動機家族擁有標準化的設計、較高的零部件通用率和統一的共線生産流程。這對於工廠來説一方面可以實現生産不同排量、不同結構發動機共線生産。以寶馬慕尼黑工廠為例,可以實現三缸和四缸,橫置和縱置四種類型發動機共線生産。所以發動機模組化後,發動機廠能夠以非常高的效率大批量生産發動機,同時,也能夠非常靈活的小批量生産特殊版本的發動機。

  另一方面還可以靈活排産,幾乎所有發動機生産可以在不同發動機類型和各個發動機工廠進行協調,生産調整變得非常靈活。可以根據每一個工廠的具體情況進行生産流程的優化,同時也能對市場發展和消費者需求做出快速的反應。

  模組化生産優勢還體現在能有效幫助控制新建發動機工廠的建設成本,此外在全球所有發動機生産工廠,採用同樣的生産工藝,同樣數據指導,保證發動機品質全球一致性。而發動機維修效率也將有所提高,維修成本明顯降低。

  寶馬發動機的先進性和品質把控還體現在各種工藝中。例如寶馬蘭斯胡特發動機工廠擁有全球第一個零排放鑄造車間,採用了先進的砂芯成型技術,能夠使發動機內燃殘留物的排放降低98%,同時提升發動機效率。

  更為環保的是應用新型的無機環保黏合劑替代傳統的有機黏合劑製造砂芯,使生産過程中有害物質的排放接近於零。鑄造過程中超過90%的工藝沙可以回收再利用。作為發動機缸體主要材料的鋁部件,應用液態鋁加速固化技術,能夠有效提升部件剛性,從而提升壓縮比和能量密度。

  值得一提的是,寶馬是全球首家將電弧噴塗技術用於量産車型進行氣缸內壁噴塗的汽車廠家,取代了傳統的內部鑲嵌鑄鐵襯套技術。涂層是由一種超薄的液態金屬顆粒層構成,對於發動機氣缸內壁保護,可以保持發動機整個生命週期。該項技術能夠有效降低發動機油耗,並能延長髮動機使用壽命。

  發動機模組化後,鑄造車間也可以在同一生産線鑄造不同系列發動機,生産更加靈活。而鑄造一個六缸發動機缸體可以直接分割為兩個三缸發動機,生産效率提升明顯。這些都模組化後帶來的生産效率提升。

  發動機組裝完成後將100%進行冷測試,採用電機牽引,對發動機力矩、點火及感測器進行測試。以及通過注入一定空氣量測試缸內壓力,進行100%密封測試。

  中國網記者了解到,7年前寶馬就已經開始設計發動機模組化生産,正是基於這種技術上的自信,成就寶馬全面推行發動機模組化的底氣。目前大量B系列1.5L和2.0L發動機,已經搭載到寶馬在海外新生産車型上。性能提升成本降低,寶馬在發動機領域實現所有車企一直以來的夢想。所以説寶馬全新模組化B系列發動機的推出,具有跨時代意義並不為過。

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