轻松轮上600匹,宝马N54引擎为何被称为欧洲2JZ?
国际汽车性能改装联盟
2021-08-27 17:56
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搭载N54引擎的宝马E9X的3系,即使在现在这个时候,依然是玩家手里宝贝一般的东西,这款宝马在2006年第一次大规模量产的涡轮增压直列六缸引擎,直列六缸搭配了原厂仅仅8.8psi(0.6bar)小尺寸涡轮,动力输出如自然吸气一样顺滑。


但是,N54最大的魅力在于无穷的潜力,绝大多数BMW改装商认为N54可以在原厂情况下(更换涡轮不是必需的)达到轮上550hp-650hp的输出。


而如此的可玩性,也是N54经久不衰的原因。


为了尝试新的涡轮技术,宝马在N54上使用了大量的高强度材料,是一个典型的overengineered的案例,这是它能有欧洲2JZ称号的原因之一。


N54,至今依然是魅力满满。


本文仅给那些想玩N54的车友们做一个参考,真正的那些N54的大玩家们,现在早已经具备了开立宝马引擎专修的技能(这里是个玩笑话,不过玩车修车强化车才是乐趣)。


不过这也是乐趣的一种,毕竟那些尝试的过程,最为有趣。


BMW N54引擎是BMW于2006年引入的第一代大规模量产型涡轮增压直列六缸引擎,最早搭载在335i 的E90/E91/E92/E93的3系车型上。


涡轮的使用是区分N54和之前几乎所有BMW直列六缸引擎的方式,因为使用了仅仅只有8.8psi(0.6bar)小尺寸涡轮,N54的涡轮延迟极小,动力输出如自然吸气一般顺滑,广受褒扬。



在某些程度上可以和E46 M3齐名的1M Coupe上,也是搭载了代号N54B30TO的N54直六引擎,输出335bhp/450Nm的动力。



上一次BMW生产涡轮引擎还要追溯到1986年的M106,而且M106并未真正大规模量产过,虽然在2016年就开始逐步被下一代BMW涡轮引擎N55所取代,但是N54的口碑在改装圈极佳,潜力极大。


圈内人士普片认为N54是一代改装神机,潜力极大。



而根据多年的改装经验,绝大多数BMW改装商认为N54可以在原厂情况下(更换涡轮不是必需的)达到轮上550hp-650hp的输出。


而部分改装商认为N54可以达到原厂轮上700-750hp的动力。Youtube上甚至有将原厂N54改装至轮上753hp的案例。



07年宝马推出了三台新的直六发动机

分别是

N52KP

N51

N54

N54是这些引擎里唯一使用涡轮的引擎


N54有以下几个特点


N54使用了气旋式油气分离装置


# 发动机结构 #


在07年宝马推出的这三款发动机里,和N52区别最大的引擎是N54。


# 首先是曲轴箱上的区别 #


BMW使用了曲轴箱这个名词,但是大多数现代引擎(包括N54)的曲轴箱是和缸体集成在一起的,所以为了说起来顺口下文我会使用缸体这个名词,下文里的缸体和曲轴箱代表的是同一个东西。


N54缸体


N54的整个缸体为了适配更高的输出做出了改变。缸体使用了铝合金(AL226合金)材质,并且有铸铁的缸套。铝合金缸体为压铸而成。N52的缸体则采用了铝镁合金。


N54整个缸体的大小和N52一致,并且它们都采用了两片式的设计,曲轴被固定在主缸体缸体底板之间。


N54的变速箱接口和N52不一样,所以N54使用了新设计的机脚。N54的曲轴是锻造钢制,而N52KP和N51的曲轴是铸铁制。


在现在的眼光看,因为N54有着宝马对涡轮技术的新尝试,所以宝马在N54上使用了大量的高强度材料,是一个典型的overengineered的案例,这是它能有欧洲2JZ称号的原因之一。


# 螺栓 #


N54采用了铝制的螺栓。


N54使用了宝马传统的扭矩/角度锁止方法,在用这种螺栓固定东西的时候,要先用扭力扳手将其拧到一个扭矩,在继续拧一定的角度


螺栓示意图


这些铝制螺栓都是一次性的(TTY,Torque To Yield)在拧紧之后螺栓会变形,每次重组发动机都要用新的螺栓。


N54固定缸头的螺栓


# 气门室盖 #


早期的N52使用了镁制气门室盖,但是三台新的NG6引擎都使用了塑料的气门室盖。对于塑料气门室盖和其中集成的油气分离系统在上一篇文章里有介绍。


# 缸头 #


三台新的NG6发动机使用的缸头各不相同,三种缸头皆为铝制。N54的缸头为了使配直喷做出了特殊设计。


N54缸头切面


N52KP使用了和N52大致相同的缸头,N51使用了一种特殊的缸头来降低压缩比来满足更严格的排放法规。


# 凸轮轴 #


三台新的发动机都使用了从N52上“继承”来的轻质的,液压成型的凸轮轴。


为了节省成本,有一些发动机使用了一半的铸造凸轮轴,铸造的凸轮轴和液压成型的凸轮轴可以互相替换,甚至一个发动机可以在进/排气侧使用液压成型凸轮轴,另一侧使用铸造凸轮轴也不会影响引擎运转。


液压成型的中空凸轮轴


# VANOS #


三台新的NG6发动机都使用了双VANOS无级可变气门正时系统


VANOS系统由两部分组成:VANOS电磁阀和VANOS主体。VANOS电磁阀会根据引擎工况决定VANOS具体提供多少气门正时,VANOS主体的结构如下图 ——


1&2 :VANOS主体,3&4 :凸轮位置传感器,5&6 :VANOS电磁阀



红色部分和正时链条连接,蓝色部分和凸轮轴连接,红色部分和蓝色部分相对位置决定气门正时advance多少还是retard多少。


电磁阀控制机油以箭头方向流入红色部分和蓝色部分之间,油压推动蓝色部分,另一侧多余的的机油从橙色开口流出。由于液体难以压缩,当电磁阀关闭时红色和蓝色部分的位置相对固定。电磁阀释放油压时中间的弹簧会把蓝色部分归位。


N54上的VANOS使用的可变角度和其他发动机使用的可变角度范围是不一样的,如果在一台发动机上使用不和其适配的VANOS系统可能会导致发动机损坏。


# Valvetronic #


Valvetronic是宝马的无级可变气门升程技术


Valvetronic系统


N54没有使用Valvetronic。


Valvetronic技术比较复杂,要详细的介绍这个技术文章长度就控制不住了,这里就简单放个动图大家体会一下。


此时凸轮轴不动,只有偏心轴在动,注意气门开度



这套系统就是电控的偏心轴推动点A,凸轮轴推动点B,当点A在不同位置时气门升程会变,参考点C位置(绿圈和黄圈)。


反正N54也没有用这套系统,大家想了解的话我以后写N55的时候可以展开一下。


# 垫片和密封圈 #


新的发动机缸垫设计和N52大致一样。


N54使用了一个特别设计的缸垫以满足涡轮带来的更高动力要求的更好密封。N54的缸垫采用了多层式设计,而且没有N52缸垫上突出的边缘。这个突出的边缘是为了防止缸体和缸头的金属接触腐蚀,而N54的铝制缸头不会有接触腐蚀,所以没有对这个突出的边缘的需求。


N54的缸垫


N54的主缸体和底板之间采用了和N52上一样的注入式密封材料。


# 活塞,连杆和曲轴 #


N54的活塞设计和N52不同。N54的活塞顶被设计成了一个能帮助直喷系统喷出的油更好和空气混合的形状。


N54活塞,连杆和曲轴


N54的连杆是锻造的,曲轴是锻造钢制。幸好N54没有rodbearing磨损问题(S85 S65 S54出来挨打(¬_¬))。


# 扭转减震器 #


扭转减震器(Torsional Vibration Damper)一般集成在曲轴皮带轮上,它的使用是为了抑制发动机的首级震动。


它位于曲轴末端,那一根和发电机,水泵,压缩机什么的连着的皮带就是被扭转减震器带动的。每个汽缸做功时会造成曲轴微小的形变,活塞做功冲程结束之后曲轴会弹回原来的形状,在高转下曲轴可能会共振而导致噪音和机械损伤。


扭转减震器可以防止共振发生。


N54的皮带轮


N54上的扭转减震器不能和N52通用。


为什么N54高转表现比N55好



理论上讲,增压值和扭矩是直接相关的。


想要在高转时保持扭矩输出,就要保证涡轮压力。但是所有车在高转速,接近红线的时候涡轮都会掉压,有些涡轮管理套系统比较好的原厂/副厂套件可以减少掉压,但是因为涡轮的物理特性掉压是不可避免的。


乍一看涡轮工作原理就是被废气推动然后压缩空气送给发动机,所以高转速更多的废气就等于更多的空气被压缩然后送到发动机里,但是在进气管路里面不只有这个涡轮在一边吹,还有发动机在另一边吸。


如果吹的比吸的快,进气管里压力就会增加,吸的比吹的快压力就会下降。


每个涡轮都有一个理想的工作区间,区间之外涡轮工作效率会大大降低,不仅压缩空气与废气的比会降低,压缩出来的空气温度也会大大提高。


N55单涡轮的设定高低只能顾得上一边,所以为了达到比N54更早起压的目的只能牺牲高转表现。高转速下涡轮压缩的量跟不上进气冲程活塞运动吸进去的量,掉压就比较严重。所以那些扭矩平台能顶到7.5k转红线的怪物们在日常驾驶4k转以下可能跑不过边上坐满人的V6 Camry.



双涡轮的优势就在于气缸到涡轮之间的距离比较短。


在单涡轮的设置下排气在到涡轮之前的距离很长,如果你想要用等长头段就更长了,在subie论坛里面也能看到UEL的EJ起压比EL的快,主要原因就是一侧的排气就贴着涡轮。


单涡轮等长头段


N54原厂头段


对比一下,单涡轮是不可能把涡轮放的和排气门很近的,而双涡轮就可以。



当然,如果你是这种人,当我没说。


来源:CLauto汽车