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其实已退役 宝马镁铝合金发动机的秘密

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  [汽车之家 技术]  在铝合金缸体已经十分成熟的应用在量产车上时,工程人员却依然在追求轻量化的道路上乐此不疲,其中宝马的镁铝合金缸体就是此目标下的产物。它不仅仅是增加了金属镁那么简单,而且缸体材料也不是人们所理解的由镁和铝组成的合金那样,实际上,这背后隐藏着一些颇有意思的奥妙与玄机以及你所不知道的事实。

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  衡量一台发动机可以有很多指标:峰值功率、峰值扭矩、最高转速、升功率等等,但是在我们疯狂崇拜动力参数的同时不可忽略一台发动机的重量。减低重量意味着可以降低车辆的油耗,同时在适当的位置减低重量还可以提升车辆的动力性和灵活性,所以这也凸显出发动机轻量化的重要性,特别是对于追求运动性与操控性的汽车品牌来说,每一公斤的减重都是工程人员所孜孜以求的。镁铝合金缸体最早由宝马量产并应用在自家的直列六缸自然吸气发动机N52上,按照官方的说法,这台发动机采用了镁铝合金复合式曲轴箱。我相信很多人可能会认为这种曲轴箱是由镁、铝两种金属通过某种特殊的金属工艺融合在一起形成的合金组成,而实际上并非如此。

  三种金属的特性对比
  熔点 密度 膨胀系数 
镁  648.9℃ 1.74g/cm³  0.0026%/℃ 
铝  660℃ 2.70g/cm³ 0.0023%/℃
铁  1535℃ 7.86g/cm³   0.0011%/℃  

  我们首先还是先来了解一下发动机结构的新材料——镁。按照元素周期表,金属镁排在铝的前面,其密度也仅有铝的2/3,所以无论镁还是镁合金都比广泛应用于发动机上的铝合金更轻。通常,纯镁并不适合做结构材料,作为结构材料应用的镁主要还是以镁合金或者镁铝合金的形式存在。

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  镁合金是以镁为基础加入其它元素组成的合金,其特点是:密度小,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,同时镁合金还存在着很好的铸造特性,可以制造出各种较为复杂的压铸件,同时它还具有很好的切削特性,所以单从这几点来看,它非常适合做发动机结构的材料。 

  镁铝合金在第一次世界大战时最先被德国使用,它是用镁锭和铝锭在保护气体中高温熔融而成。但是今天我们谈到的这台宝马N52发动机的镁铝合金缸体则并不是通过此种方法制成的。考虑到耐磨等金属特性,发动机的某些部位是无法使用镁材料的,比如气缸表面,所以N52发动机的缸体采用了复合式的结构设计。其中缸体的内层由硅铝合金材料铸造而成,在此基础上,再在它的外层浇铸镁合金材料。

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  准确的说,它是由两种合金拼接而成的,而并不是先将两种金属进行物理或者化学的融合,再放到模具里进行浇铸,同时为了提高整体的强度,N52发动机的缸体采用了两件式的设计,其中上部件为刚才提到的镁铝合金复合式结构,下部件也就是底板结构为镁合金材质打造。

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如何防止不同金属间的电化学腐蚀

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  N52发动机的缸体为复合式镁铝合金,气缸盖则采用了铝合金材质,而气缸盖罩又采取了镁合金材质。由于镁是一种普通金属,所以镁与发动机机中常用的铁和铝三者之间很容易发生电化学腐蚀,当镁与铝或者铁的接触面被水打湿时,就会出现所谓的接触腐蚀。

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  为了很好的解决这个问题,N52发动机在气缸盖与缸体之间设计了一个带有密封唇的密封垫(车主可以留意观察一下),该凸出的密封唇就是为了防止灰尘和水进入到接缝处,从而防止其接触到金属部件。虽然通过各种措施来减小电化学腐蚀现象的发生,但是在复杂的用车环境下,镁铝合金的复合式结构在寿命上依然无法媲美传统的铝合金缸体。

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  除了防腐蚀的问题外,工程人员还要解决不同金属的膨胀系数不同所可能导致的问题。我们知道发动机的工作温度通常会有很大的跨度,所以也要考虑到组合在一起的不同金属之间的膨胀系数的问题。镁和铝的膨胀系数几乎相同,而且它们都是铁的两倍,由于膨胀系数差别较大,所以常规的钢制螺栓不能使用,发动机在由冷态到热态的转变过程中会出现螺栓松动的可能,而解决办法就是N52发动机在一些特殊部位使用了铝制螺栓。

宝马全新的增压发动机已不再使用镁铝合金缸体

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  有很多车主在讨论宝马的增压发动机是否还在使用镁铝合金缸体,在这里可以明确的告诉大家,宝马现今的N54双涡轮增压发动机和普遍搭载在3系、5系等车型上的采用单涡轮双涡管技术的N55发动机以及直列四缸的N20发动机都再次回归到传统的铝合金缸体,这主要是因为加入涡轮增压系统之后,由于驱动力矩较大,缸体需要单一一种材料制成,像N52上的复合式结构难以在强度上满足设计的需求。

全文总结:

  发动机缸体的重量在整机重量中占有较大的比重,从它入手进行轻量化的改进通常可以收到良好的效果。宝马的工程人员将两种合金通过物理的方法连结在一起,在满足强度要求的同时尽可能降低了机体的重量,但是从后来发布的涡轮增压机型可以推断,此种镁铝合金复合式缸体结构还无法满足动力性更强的涡轮增压发动机的强度要求。这种特殊的镁铝合金复合式缸体结构就像带有试验性质的大胆尝试与创新,也许它还存在着一些不足,但也为日后的技术进步积累了丰富的经验。(文/汽车之家 冯景毅)

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  • 宝马3系 2022款 改款 320Li M运动套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    9.09 39.20 7.70
    测试文章:各取所需 测试宝马320Li M运动套装
    评测编辑-:

    320Li的动力确实很一般,它已经完全脱离了之前3系的运动定位。如今成为了一款更为家用的中型轿车。

    评测编辑-:

    虽然是低功率2.0T发动机,但是开起来的加速表现其实还不错,完全没有想象中那种“肉”感受。

    评测编辑-:

    底盘没有了以往3系的犀利,对于这一代车型,更多照顾的是车内乘客的舒适性。运动性能?还是交给宝马M3吧。

  • 宝马3系 2021款 320Li M运动套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    9.09 39.20 7.70
    测试文章:各取所需 测试宝马320Li M运动套装
    评测编辑-王涛:

    320Li的动力确实很一般,它已经完全脱离了之前3系的运动定位。如今成为了一款更为家用的中型轿车。

    评测编辑-:

    虽然是低功率2.0T发动机,但是开起来的加速表现其实还不错,完全没有想象中那种“肉”感受。

    评测编辑-于硕:

    底盘没有了以往3系的犀利,对于这一代车型,更多照顾的是车内乘客的舒适性。运动性能?还是交给宝马M3吧。

  • 宝马3系 2020款 330i M运动曜夜套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    5.62 36.50 7.90
    测试文章:驾控表现值得肯定 测试体验宝马330i
    评测编辑-梁奇:

    均衡性有多重要,在严格的测试环节能够最好的展现出来。宝马330i在驾控方面的优异表现让我印象深刻,无论是动力总成的匹配成熟度,还是底盘的运动设定,都给予驾驶员最为纯粹的驾驶体验。

    评测编辑-:

    外观设计依然是最为吸引我的地方,这一代三系的运动套件真的太美丽了。驾驶的顺畅程度是它最大的亮点,日常驾驶也能给你较为跟脚的体验,整体驾驶节奏异常轻松。

    评测编辑-郑雷:

    舒适性方面的提升,让它能够适用于更多场景,也能够满足更多消费者的所需。综合来看,宝马330i的表现已经是尽善尽美了,从日常驾驶的舒适性到极限驾驶的操控性都让人印象深刻。

  • 宝马3系 2020款 330Li xDrive M运动曜夜套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    5.50 40.76 8.40
    测试文章:情怀的对立面 测试宝马330Li xDrive
    评测编辑-王泽石:

    这是一辆很好开的车,却不是一辆令人满意的3系,它为了舒适性做了太多妥协,想追求乐趣,还是看看330i吧。

    评测编辑-陶懞轩:

    较软的悬架让它在绕桩时无法做到干净利落,它确实舒服,但相比之下还是更喜欢上代3系。

    评测编辑-于硕:

    外形很好看,开着也舒服,当一辆动力出色的买菜车很合适,但是运动型就扯远了,除了快好像没有太多乐趣可言。

  • 宝马3系 2020款 改款 325i M运动曜夜套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    7.30 38.30 7.90
    测试文章:时尚和舒适是主旋律 测试宝马3系 325i
    评测编辑-曹昊旻:

    如果奔着纯运动性的话,那325i可能没法满足您这单方面的要求,和长轴距相比它在运动性方面没有做针对性调校,依旧是比较舒服的感觉。但如果作为日常代步车来说,就非常的合适。

    评测编辑-周翱:

    这代3系有种让你一直想驾驶的感觉,不但舒服安静,而且动力衔接和转向手感都是它的优势,而且在人机工程方面,相比上一代车型也有了很大进步,总体来说是一台更适合代步的宝马

    评测编辑-朱力神:

    虽然没有上一代那么会营造运动感,开着也没有上一代那么过瘾,但它就像单反相机的P挡一样,简单顺手,人人都能开好它。另外不得不说的是,别骗自己了!日常开你不需要那么极端,在气质和舒适性这两块,真香就完事了!

  • 宝马3系 2020款 325Li M运动曜夜套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    7.74 37.38 8.40
    测试文章:四十不惑 国内首测宝马325Li M运动曜夜
    评测编辑-郑雷:

    很明显,全新宝马325Li向舒适性和高级感倾斜了,它简直是有史以来最舒适最安静的宝马3系,但我觉得这并没什么不好,只是顺应了市场需求。

    评测编辑-梁奇:

    外观设计不能否认确实变的更好看了,细节设计应用了更多犀利的线条,配合M家族的运动套件简直天衣无缝。动力方面,没有太多惊喜,可以说是原地踏步,但是油耗进一步降低,一切都是为了经济性而考虑。底盘设定有些偏软,在绕桩环节尤为明显,转向手感也不再那么沉重,整体感觉像舒适性再一次进行了妥协。

    评测编辑-谢玥:

    M运动耀夜版的外形实在漂亮,车流中它犹如一台改装性能车,颇具战斗范儿。宝马想的很明白,其实3系的购买者中,很大一部分只需要一台看起来很运动的车就足够了,它不需要真的纯粹。

  • 宝马3系 2017款 318Li 时尚型 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    10.60 39.20 7.50
    测试文章:点到即止 2017款宝马318Li性能测试
    评测编辑-王子平:

    这是一台宝马,从配置和舒适性来看,它的性价比还是不错的,有着豪华车该有的样子。行驶质感也相当不错,三缸发动机没有表现出廉价感。可是这偏偏是一台3系,很多人对它的期望都放在了动力和操控方面,这台318Li在这方面的表现难免会让人有点失望。所以大部分对速度有追求的年轻人都不会对它太感冒,318Li只能在那些喜欢3系但对动力要求不高的实用型消费者身上才能找到下手机会。

    评测编辑-梁海文:

    宝马318Li作为一款入门级的豪华运动风格轿车应该说是称职的,首先品牌够档次,外观和配置依旧紧跟潮流,开出去有面子。操控上保留了宝马车系的优良操控功底,转向和底盘表现令人满意。动力的确不是很强劲,加速成绩也不算很理想,但在城市中穿梭不成问题。如果是主要在城市出行使用,318Li可以满足需求,还能有较好的燃油经济性。如果要追求速度快感,还是选择2.0T发动机的型号更合适。

    评测编辑-曹昊旻:

    作为一个对三缸有偏见的人,我或者消费者都得习惯小排量少缸的趋势,毕竟大趋势可不会错。宝马3系的318Li其实从动力方面来说真的够用,运动模式下也有着宝马一贯的乐趣,降低的也无非是声浪、震动的质感,而这种细小的差异也得算老司机才能明显察觉,所以对于都市通勤,或者女司机而言,它依旧值得推荐。最后,318Li毕竟是3系入门车型,所以它的存在也并非走量,那就更没问题了。

  • 宝马3系 2016款 328i xDrive M运动型 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    5.64 39.24 10.60
    测试文章:日臻完美 测试2016款宝马328i xDrive
    评测编辑-张郁达:

    这台3系有着极佳的操控感和车辆稳定性,尤其是M风格的方向盘让人爱不释手,提速相当出色,就是匹配的P7轮胎太逊色,拉了后腿。总体来说这车确实不错,只是价格略贵,如果真是喜欢,看看哪个经销商可以给出超值的优惠幅度吧。

    评测编辑-张子仪:

    虽然这代3系已经向舒适性妥协了,但实际测试感受之后你会发现它依然可以称得上同级别的运动冠军,悬架中后段的支撑依然稳健,N20+ZF8AT的动力组合传统效率令人称赞,另外四驱的3系给人的体验确实和后驱不一样,慢慢的会让人喜欢上,要是能便宜点我就买了。

    评测编辑-罗浩:

    我不是资深Bimmers,也曾经为这代3系加长的轴距而感到遗憾,实际感受过之后我慢慢改变了自己观点,最令人感动的就是动力系统,245马力+8AT的组合竟然能跑出5.X秒的成绩,配合攻守兼备的悬架,可以算是一次全面进步。

  • 宝马3系 2015款 316Li 时尚型 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    8.79 38.17 7.30
    测试文章:够用就好 测试华晨宝马316Li 时尚型
    评测编辑-苑璐:

    我是一个对动力要求不太高的人,316Li的常规动力表现基本可以让我满意,它虽然是入门级车型,但它配备了氙气大灯、座椅加热、老板键等,在配置方面的表现还是不错的。再加上品牌号召力和比较亲民的售价,我觉得作为一款家用车型它的表现还是很出色的。当然,前提是您不要对动力有过高的要求。

    评测编辑-罗浩:

    宝马316装备低功率版1.6T发动机 日常使用来说动力基本够用了,配置方面不差,品牌算是它最大的亮点之一了。在动力方面它不可能提供你什么驾驶乐趣,对于我来说算是能接受的范围。

    评测编辑-罗浩:

    使用1.6T低功率版本的加长宝马3系,这对于宝马的粉丝来说可能根本不屑一顾,但我想这并不会影响其销量。316Li的外观和使用2.0T发动机的伙伴几乎一致,并且配置也不算低,1.6T发动机用在这辆车上动力虽谈不上澎湃,平常开确实也够用了,采埃孚的8速自动变速箱也保证其拥有足够平顺的驾驶感受,这是宝马争夺更多市场,牺牲了一些性格的宝马3系,品牌和空间才是它最大的卖点。

  • 宝马3系 2015款 328Li 豪华设计套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    5.61 39.73 8.60
    测试文章:且运动且豪华 四款后驱豪华中型车横评
    评测编辑-李佳:

    现在这代3系在刚推出的时候,确实有不少争议,现在争议很少了,基本上都是认可这款车的,不管是设计还是动力系统,包括驾驶感受,在同级别车里还是可以排在前列。不过几年过去了,跟近一两年新出的车相比,短板也很明显,就是配置,尤其是驾驶辅助方面的配置328Li提供得非常有限。

    评测编辑-张可:

    动力,强!空间,大!驾驶感受,上乘!同级别中我觉得宝马328Li真是个非常好的选择,能舒舒服服的日常代步,也能满足偶尔的暴躁,它是一辆不那么极端的车,但又内心充满性格。不过配置并不高,内饰的豪华感稍显欠缺。如果你真的不知道自己到底想要什么,就买3系吧,肯定不会错,不会悔。

    评测编辑-张子仪:

    平顺、强劲的动力是宝马328Li最突出的卖点,但是我并不喜欢这一代3系柔软的底盘,感觉丧失了宝马该有的性格。如果综合分析的话,3系的实力很全面,我非常愿意把3系推荐给身边的朋友,但我自己不会选择它。

  • 宝马3系 2013款 335Li 风尚设计套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    5.70 40.50 --
    测试文章:改变驾驶路数!测试新宝马320Li/335Li
    评测编辑-梁巍:

    同样是新一代3系,如果说320Li是个焕然一新的蜕变,那335我只能说是个小小的退步。能花60万买一辆3系的用户一定是宝马的死忠,一定是为了它强大的动力和操控而来,不过新335Li似乎在这方面没有给我们太多的惊喜,加速成绩似乎还不如老款,有些小小的失望。

    评测编辑-胡正暘:

    宝马一直给335配225宽度的轮胎,性能测试时起步阶段不少动力都因为这流失了。我只想说配个宽点的行不行啊?

    评测编辑-罗浩:

    强大的动力是335Li的最大特色,它适合于那些比较注重动力和配置的高端客户,偏高的价格使它注定无法成为销售主力,但作为提升车型形象的产品,它的作用是不可或缺的。

  • 宝马3系 2013款 320Li 豪华设计套装 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    7.88 38.90 --
    测试文章:改变驾驶路数!测试新宝马320Li/335Li
    评测编辑-梁巍:

    这一代3系是个让人纠结的矛盾体,一方面如今的320这个型号不再只是样子货,2.0T发动机+8AT的组合让你行走在路上时底气十足;不过另一方面,已经把“运动”二字深刻在骨头上的宝马也终于加长了,这让很多人怀疑了它对运动的坚持。不过我倒是觉得这代3系一定能热卖,面子有了、空间有了、动力有了,对于90%的用户来说已经足够了,真正能玩出3系运动精髓的能有几人呢?

    评测编辑-胡正暘:

    新3系实力太强了,以至于奥迪不得不给仓促的给A4L加上了S tronic和quattro。320Li各方面都让人满意,只是328i还没测试,满分就先留着吧。

    评测编辑-罗浩:

    新款320Li装备的2.0T发动机相比老款有巨大提升,适合日常驾驶,长轴距在空间方面已经非常充裕,如果对性能和驾驶乐趣的要求不是太高的话,它基本能满足多数消费者的需求了。

  • 宝马3系 2010款 320i 时尚型 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    11.20 40.40 --
    测试文章:动力免谈/上手难度降低 测试宝马320i
    评测编辑-韩路:

    比较弱的动力让它成为很多人抨击对象,什么二奶车啊,小白脸车一顿寒碜。不过赛道上,因为前面发动机不沉,所以赛道感觉完全中性,虽然赛道成绩并不突出,但是操控乐趣真是太到位了!我喜欢320i赛道的感觉,它比325i赛道乐趣强,看清楚是乐趣!不是成绩。

    评测编辑-梁巍:

    虽然改款了,但基本还是那样。320i的动力实在是跟不上,可惜了3系这么好的操控,现在又出了318i。难道现在小排量自然吸气发动机真的没什么前途了?动力弱归弱,毕竟它还是比较亲民的一款宝马,销量肯定不错。

    评测编辑-孟庆嘉:

    喜欢320i的人首先是有着坚实的宝马精神!其次,对动力的需求或许无奈但依然会固执的为操控精髓买单,我不喜欢这种凑合用的感觉,即使要买3系,我想325i才是旗帜。

  • 宝马3系 2005款 325i 领先型 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    7.92 39.99 --
    测试文章:完美操控与品味同在 新宝马325i评测
    评测编辑-韩路:

    操控方面的表现会让每一个人爱不释手,能够把品牌韵味和运动性结合如此完美的车寥寥无几,一个中型运动轿车的新标准诞生了。不管是现在,还是在未来的一段时间,宝马新3系都会是年轻有为的消费者的决佳选择!

    评测编辑-王苦公:

    宝马新3系的外形尺寸加大了,操控却更好了。机械部件的结合完美,通过长波路时更体现出宝马3系优秀的悬挂校调。驶过坏路时琐碎的震动也不会传递给驾驶者让其感到不适,每次驾驶他都会有种莫名的兴奋。

    评测编辑-孟庆嘉:

    作为一款中型运动轿车,宝马新3系是完美的,他并没有庸俗的向空间和舒适性做妥协,而是出人预料把操控演义到了更高的境界。高科技的i-Drive让人感觉有点华而不实,他更像是给副驾驶专门设计的娱乐项目。

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