一盘更大的棋? 宝马新3.0T发动机全揭秘

- N54/N55的“退休”另有隐情？

　　要想深入认知B58发动机，最好的方法是先去了解一下它的前辈，这样我们才能明白在一些具体细节上，B58为何会采取那样的设计方案。

　　N52高功率版发动机在美国市场短暂的一年生命之后，宝马重拳出击，推出了双涡轮增压的N54。这是一款革命性的发动机，除了它优异的“双300”输出（马力、扭矩都是“300”，美国市场用的扭矩采取英制单位lb-ft，300lb-ft相当于407N·m），它采取的两个涡轮增压器，把以往增压发动机“涡轮延迟”这个弊病在很大程度上掩盖掉，因此实际开上去给人一种小型自吸V8发动机的感觉，这是别的竞争对手所望尘莫及的。

　　虽说当年N54发动机以这种近乎铺天盖地的优势夺得了很多荣誉，但因为它是宝马在特殊情况下“加急”推出的，通过和后继的N55进行交叉对比就能发现一些仓促的痕迹：

　　第一类，属于“因为是第一次这样干，不知道耐用性如何，所以采取过量设计”的情形，比如说N54的曲轴采取锻造的设计，强度高但是成本也高。

　　第二类，属于“因为猛料太多工期太紧，为了控制进度和成本，只好采取一些妥协”，比如说N54/N55的缸套都采用最传统和便宜的铸铁，而不是宝马其它同期发动机上的高硅铝缸套。

　　第三类，属于“一时大意没考虑周全”。最著名的例子就是N54上高压油泵（HPFP）缺陷的问题。这个事件曾经闹得很大。作为弥补，宝马在美国市场为涉及的车辆提供10年或12万英里的保修。

　　N54推出三年之后，宝马发布了它的“改进版”N55，首先应用在2010款5系GT 535i上。N55可以说是N54经过几年市场应用，宝马根据实战经验作出的调整和改进。比如说，N54的锻造曲轴待遇过高，所以N55上改回用铸造的形式；铸铁缸套没对使用造成影响并且成本低，予以保留；高压油泵经过历次改进，问题已经不大；N54上用的压电式喷油器也被证明成本过高而没有必要，所以N55改而用螺线管喷油器。除此之外，N55加进了N54所没有的Valvetronic技术、用一个双涡管的增压器取代原先的两个独立增压器。在当时，N55拥有了宝马几乎所有最新的发动机技术。

　　N55名义上虽然拥有更多新技术和新改进，但是在爱好者圈子里面一直都有这样的看法：N55的输出实际上略差于N54。曾经有一家媒体做过功率机实测，的确显示出N55在高转区域的输出、还有峰值轮上功率都比不过N54。这里请注意，虽然宝马标称N54和N55发动机都是300马力，这并非意味着它们恰好一定是300马力。美国的法律规定你不可以多报，但是允许你少报。因此宝马的涡轮增压机器厂方标称有时候是保守数值。

　　尽管N55是一台很优秀的发动机，但自2015年开始它逐渐受到同级竞争者的威胁，它们共同的特点就是输出都是350马力左右。比如说奔驰C 450 AMG，362马力；奥迪新S4，354马力；捷豹XE3.0，340马力。搭载N55的335i以区区300马力去竞争显得力不从心。

　　这里，宝马并非是不想提升N55发动机的输出，而是N55在一些基础层面上的架构使得它并不适合承受太大的增压和输出，在下面的章节我会详细解释。因此这就是宝马这次要推出全新设计的B58发动机的缘由。

● B58的重要亮点

　　因为是完全新一代的设计，跟N54/55相比B58当然在各个方面上都有很多不同的设计。有些是属于进化式的改进；有一些却体现了焕然一新的技术特征。我们先挑重点来讲，看看B58有哪些最本质的亮点。

　　B58发动机有两大质的飞跃：1.采用了封闭式水道缸体，跟开放式水道的N54/55相比是天壤之别；2.涡轮增压的中冷改用水冷方式，而N54/55采用的是风冷。

- 如何承受更大的压力？

　　先说一下封闭式水道。这种架构的发动机缸体，除了留有冷却液管道开孔之外，气缸上部跟气缸本体外壳闭合连接，起支撑作用；这可以增强气缸强度，因此可以承受更大的缸压。而对于开放式水道的发动机，假如缸压过大、超出设计极限的时候，可能会造成气缸移位甚至缸壁破裂。所以这就是为何宝马一直都不把N54/55的功率往上抬太多的根本原因；这也是为什么现款M3上用的S55发动机，宝马要不惜成本把N55的缸体改成是封闭式水道的结构。顺带提一下：很多高性能发动机都采用封闭式水道缸体。

　　封闭式水道的设计也有其缺点。比如说它的生产制造成本比开放式水道要高，并且由于冷却液在里面流动的顺畅度比开放式水道结构差一些，因此它对发动机的冷却系统也提出了更高的要求。另一方面N54/55的开放式水道缸体也并非一无是处，除了上面提到过的低成本、冷却效果更佳之外，它的重量也更轻，在缸压要求不大的场合下更加适用。

- 取消了缸套更耐磨？

　　B58全方位采用了宝马最新的发动机技术，觉得之前N54/55上用的铸铁缸套耐磨性和轻量化程度不够？没问题，B58这回用上行业里最新兴起的铁离子热喷镀技术。热喷镀之前成本比较高，所以只有少数跑车发动机才用得起（比如说日产GT-R、雷克萨斯LFA）。最近这几年这项技术的发展使得成本大幅下降，近来大有普及到中低价位车型领域的趋势，比如说宝马之前的N20、还有福特的EcoBoost家族都有采用。

　　B58采用这种缸体，表面上看生产成本贵了；但从全局角度来考量反倒还可能还给宝马省了钱呢。原因在于B58并非是一个单一的产品，它实质上是宝马新的B系列发动机家族中的其中一员。B58跟B57柴油发动机共享缸体（作为对比，N57柴油发动机就无法与N54/55共享缸体）；同时由于基于模块化的设计，同家族的四缸发动机B47/48和三缸发动机B47/38都可以跟B58在设计和制造上共享流程，它们甚至单缸的缸径和活塞行程都是一样的。

- 小缸径长行程

　　这里还有一点值得注意：虽然排量类似，但跟N55相比较，B58发动机缩小了缸径（82毫米），增长了活塞行程（94.6毫米）。有的读者可能会说这不是卡车发动机的特征吗？事实上它们并无必然联系。尤其是对于直6这种形式的发动机，缸径大并不是好事。因为假如采用大缸径，那意味着必须有更大的缸心距，而直列6缸发动机需要把6个气缸并列放在一起，这样会导致整个发动机的长度变得更长，从而带来三个不利因素：1.安装进汽车发动机舱时空间不容易安排；2.不利于车子前后50：50的重量分配；3.需要更长的曲轴，曲轴长度越长强度就越低。

　　同时，活塞长行程对于涡轮增压发动机也有一定好处：尤其是发动机低转速时车子需要突然急加速、或者车子静止起步的时候。在这些情形下，由于涡轮需要一段时间才能达到足够转速来提供额定增压值，因此这小段时间内发动机仍然需要依赖自然吸气的潜力来提供扭矩。长行程意味着活塞在上止点时的瞬时速度、加速度都更大，进/排气气体流速更快，因此在低转速的时候发动机拥有更好的填充效率，提供更大的扭矩。所以开340i突然深踩油门的时候，那瞬间突然而来的推背感，大部分功劳要归在B58那长达94.6毫米的活塞行程上的。

　　宝马绝大多数3L排量的直6发动机，活塞行程都大于缸径。活塞行程长的缺陷是会使得连杆/行程比偏低，对每个气缸来讲运行振动变大，假如要拉高转需要更坚固的零部件。但是幸亏直列6缸架构是一个完美的力平衡体系，因此不用担心振动的问题；对于B58的日常应用场合，在有涡轮增压保证扭矩和功率的基础上，拉高转也并不是非干不可的事情。因此这些因素叠加起来权衡考虑，就是B58现在这样的几何设计方案。

- “退烧”不再靠“兜风”

　　接下来我们看一下水冷式中冷器。从大部分讲究性能的涡轮增压机都用水冷式中冷器我们就能猜到，在高负荷应用场合下水冷式中冷效果更加可靠。除了更稳定的冷却效果之外，宝马的工程师这回还把中冷器集成到发动机的进气稳压腔里，使得发动机的体积更紧凑。这种集成最主要的好处是整个进气管道的长度大大缩短——因为它不需要像N54/55那样，通过管道先从涡轮绕到安置在保险杠那里的中冷，然后再绕回到发动机进气口，这对于改善发动机的油门响应大有好处。

　　总的来讲：封闭式水道缸体和水冷式中冷，让B58发动机真正具备了高性能增压发动机的特征和实力。这是也它跟N54/55在本质上的区别。除此之外，还有一些特征表明了宝马是准备把B58定位在高输出发动机，其潜力应该远不止目前用在340i上的320马力。比如说之前N55的曲轴是铸造的，但现在B58上宝马又换回是类似N54上的锻造曲轴，这种曲轴能承受更大的功率输出。另外B58的活塞连杆同样也是锻造的，待遇很不错的。

　　上述两大改进并非互相独立。在接下来的细节介绍里面我们就能看到，B58发动机各方面的安排存在因果关系、是互相关联的。通过对B58应用在340i上的这个实例进行观察，可以认为宝马在尽力提高、注重性能的同时，对于日常可维护性和便利性也不得不作出一些让步，在下面的章节里会有具体说明。