舍棄V8 寶馬i8為何使用1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)？

[摘要] 除了技術(shù)因素，嚴(yán)苛的排放法規(guī)和大排量汽車征收的稅費(fèi)也影響了寶馬的決定，小排量渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)增加寶馬i8的競(jìng)爭(zhēng)力。

近年來，渦輪增壓流行成為近年來的一個(gè)趨勢(shì)。像寶馬i8插電混合動(dòng)力使用了1.5T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，而沒有使用V8或者V6的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

寶馬i8插電混合動(dòng)力汽車早在2009年就在法蘭克福車展上展示，不過當(dāng)時(shí)的名字叫做Vision Efficient Dynamics Concept。

傳言在寶馬i8進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候，最初要搭配V10引擎的，并以此路線進(jìn)行研發(fā)。之后BMW的工程師又把注意力轉(zhuǎn)向了V8與六缸引擎，甚至一度要制造出原型車。

但是最終的結(jié)果，就像我們今天看到的，BMW決定將其設(shè)計(jì)為一款只有三缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力車型，放棄V10、V8等高缸數(shù)引擎，六缸方案也否決掉。

為什么寶馬會(huì)放棄大排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)而選擇小排量渦輪增壓引擎呢？

i8的定位和大排量發(fā)動(dòng)機(jī)的難題

寶馬i8在售價(jià)在10萬歐元左右，大約是寶馬7系高配的價(jià)格，屬于高檔轎跑車。帶有新能源和時(shí)尚的標(biāo)簽，但不屬于超跑的概念，仍然采用雙門四座設(shè)計(jì)，對(duì)車內(nèi)空間和實(shí)用性有一定要求，不能像保時(shí)捷918一樣，純粹從性能考慮，這就是限制了寶馬i8的設(shè)計(jì)。

寶馬i8插電混合動(dòng)力車

而在這個(gè)定位下，寶馬i8如果采用大排量V10或者V8發(fā)動(dòng)機(jī)，無論前置或者后置，剩余的空間就很難再安排插電混合動(dòng)力，特別是強(qiáng)混，新能源的標(biāo)簽也就難以貼上。寶馬i8會(huì)成為一臺(tái)使用了一些減重材料，有低風(fēng)阻的傳統(tǒng)轎跑車。這顯然不是寶馬的初衷。

寶馬后來準(zhǔn)備開發(fā)的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)也遇到了難題，這和寶馬i8的動(dòng)力布局有關(guān)。

寶馬i8采用前后混聯(lián)的混合動(dòng)力方式，有兩臺(tái)電機(jī)，有發(fā)動(dòng)機(jī)有變速箱，有電池，有油箱，總體重量本身就比較大。而V6發(fā)動(dòng)機(jī)本身的重量也比較大，再加上配套的變速箱，車身重量會(huì)非常大。如果采取這個(gè)方案，會(huì)讓寶馬在i8上減重的努力化為烏有。

i8為了控制車重采用了LifeDrive的模塊化結(jié)構(gòu)，底盤選用鋁合金材料，車體采用碳纖維材料制造整體座艙，同時(shí)使用康寧玻璃等一系列高成本的減重材料，如果因?yàn)閯?dòng)力系統(tǒng)最后把車做成超重，那么高昂的減重成本就變成笑談了。

i8的LifeDrive架構(gòu)

此外，大排量發(fā)動(dòng)機(jī)還有一個(gè)散熱問題。因?yàn)榘凑読8的布局，屬于后置發(fā)動(dòng)機(jī)，后置發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱本來就是難題。

更糟的是i8還是插電混合動(dòng)力車型，而動(dòng)力電池是最怕熱的，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量對(duì)電池組的影響必須嚴(yán)重考慮，絕對(duì)不能馬虎。大排量發(fā)動(dòng)機(jī)本身發(fā)熱不說，就是排氣管釋放的廢熱都會(huì)給電池造成危險(xiǎn)，最明顯的例子就是保時(shí)捷918。保時(shí)捷918的排氣管像兩個(gè)馬尾辮一樣直接把廢氣排到天上，就是怕傳統(tǒng)的排氣方式會(huì)加熱電池，造成重大事故，所以寶馬因?yàn)樯釂栴}放棄六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的說法并非空穴來風(fēng)。

除了技術(shù)因素，越來越嚴(yán)苛的排放法規(guī)和大排量汽車征收的稅費(fèi)也影響了寶馬的決定。小排量渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)的排放優(yōu)勢(shì)和稅費(fèi)優(yōu)勢(shì)會(huì)增加寶馬i8的競(jìng)爭(zhēng)力。

市場(chǎng)定位和技術(shù)上、非技術(shù)上種種的難題是寶馬i8放棄大排量發(fā)動(dòng)機(jī)的第一個(gè)原因。

渦輪增壓技術(shù)的進(jìn)步

傳統(tǒng)上寶馬是非常不愿意在汽車上使用渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的，一直以自然吸氣為榮，而近年來技術(shù)的發(fā)展讓寶馬逐漸改變了對(duì)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的看法。能在i8上使用渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與近年來渦輪增壓技術(shù)的進(jìn)步也有很大關(guān)系。

寶馬在二戰(zhàn)時(shí)是做飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的，做渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)間非常早，對(duì)早期渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的弊病有很深的認(rèn)識(shí)。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的問題主要有三點(diǎn)。

1、燃油效率低帶來的高油耗

我們知道，內(nèi)燃機(jī)只能把燃料熱能的三分之一左右轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，剩下三分之二能量都變成熱能排放掉了。渦輪增壓可以帶來更高的功率，同時(shí)也就產(chǎn)生了更多的廢熱，而廢熱帶來的高溫容易引起燃料的震爆。

震爆是指燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)還沒有等到花火塞點(diǎn)火就先燃燒爆炸了，嚴(yán)重影響動(dòng)力，甚至?xí)斐砂l(fā)動(dòng)機(jī)損壞。震爆和氣缸內(nèi)的燃料濃度、溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。而渦輪增壓既提升了壓強(qiáng)，又增高了溫度，就特別容易產(chǎn)生震爆。使用中冷器可以緩解，但是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的總壓縮比還是比自然吸氣引擎還大。

為了解決這個(gè)問題，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)的時(shí)候就不得不提供一部分多余的燃料霧化成氣霧用于帶走多余的熱量，防止震爆的產(chǎn)生。

這樣的設(shè)計(jì)是建立在犧牲燃油經(jīng)濟(jì)性之上的。要完整燃燒汽油，理想的空氣與燃料之比是14.7:1，而通常一部擁有渦輪增壓引擎車在最大的空氣與燃料值大約是12:1。這就增加了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗，所以早期的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)名義上排量小，但是實(shí)際油耗并不低。

2、動(dòng)力不線性和渦輪遲滯

廢氣渦輪增壓，是靠排氣排出的能量推動(dòng)渦輪，然后給發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣部分加壓，提供更多的空氣，增加氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)，提升功率。

但排氣排出來的能量并非隨叫隨到。首先，渦輪有個(gè)起作用的轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定水平，能夠帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，才會(huì)產(chǎn)生作用，低轉(zhuǎn)速下，渦輪是不工作的。

因?yàn)闇u輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候空氣與燃料比值小，效率比自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)低，排氣管內(nèi)的渦輪又阻礙了廢氣的排放，又吃掉一部分功能。所以在達(dá)到一定轉(zhuǎn)速前，廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的功率反而是不足的。

而深踩油門之后，渦輪起作用，動(dòng)力會(huì)有一個(gè)比較突兀的增加，這種非線性的變化就影響了駕駛的感覺，尤其是市區(qū)駕駛，經(jīng)常一腳油門后又不得不一腳剎車。

此外，踩下油門后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升，排氣增加，帶動(dòng)渦輪，增加進(jìn)氣，發(fā)動(dòng)機(jī)功率提升。這個(gè)過程需要一個(gè)時(shí)間。所以，渦輪增壓的車有一個(gè)遲滯，自然吸氣動(dòng)力隨叫隨到，而渦輪增壓就需要延遲幾秒。

同樣，在收油的時(shí)候，油門是松了，但是渦輪由于慣性停不下來，還繼續(xù)著加壓的過程，這就需要泄壓閥來排出過多的空氣，汽車油門的響應(yīng)同樣有個(gè)延遲，這種渦輪與控制動(dòng)作的時(shí)間延遲就是渦輪遲滯。渦輪尺寸較大的車型尤其明顯。

對(duì)于強(qiáng)調(diào)操控感的寶馬來說，這種影響駕駛體驗(yàn)的問題是不能接受的。

3、壽命和可靠性

最早的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)故障頻頻，后來盡管可靠性有所提高，但是故障率依然較高。因?yàn)闇u輪的轉(zhuǎn)速極高，對(duì)渦輪的材料、工藝要求就很高，這就是造成了渦輪增壓器的成本居高不下，而且維修更換費(fèi)用高。

同時(shí)，極高轉(zhuǎn)速的工作給保養(yǎng)、散熱提出了高要求，機(jī)油要好的，機(jī)油清潔度要求高，臟了要及時(shí)更換。散熱要求高，以前渦輪增壓的車停車后是不能馬上熄火的，而是要待機(jī)一段時(shí)間保證潤滑和冷卻系統(tǒng)的工作，以免損壞渦輪。

近年來，隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展，特別是電子控制技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸找到了解決渦輪增壓種種問題的辦法。

1、電子油門和缸內(nèi)直噴解決高油耗

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性不好的原因是為了防震爆，犧牲了燃油的經(jīng)濟(jì)性，而節(jié)油的關(guān)鍵就在于解決震爆問題。

受益于新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在大多數(shù)的汽車都是電子油門，引擎管理系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)時(shí)溫度、燃料品質(zhì)、海拔高度及其他因素控制歧管壓力與燃油壓力，通過傳感器感知信息，控制供油，進(jìn)而防止震爆成為可能。

通過電子控制手段，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性問題有了很大提升?，F(xiàn)在的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)油耗不再偏高，甚至同等功率下油耗還低于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)不少，有很好的經(jīng)濟(jì)性。

2、雙渦輪、雙渦管減少遲滯和非線性

渦輪的非線性和遲滯，與渦輪的大小密切相關(guān)。渦輪尺寸越小，越容易帶動(dòng)，起作用的轉(zhuǎn)速就可以低一些。但是高速的時(shí)候加速作用有限。渦輪越大，延遲越嚴(yán)重，但是高速的時(shí)候作用明顯。

為了解決這個(gè)矛盾，發(fā)展出來雙渦輪技術(shù)，一個(gè)小渦輪易于推動(dòng)，一個(gè)大渦輪在高速時(shí)發(fā)揮作用。這樣渦輪動(dòng)力的非線性和遲滯依然存在，但是程度減輕了很多。

雙渦輪(左)、雙渦管(右)渦輪增壓結(jié)構(gòu)

雙渦輪雖然不錯(cuò)，但是兩個(gè)渦輪把成本進(jìn)一步提高，只能應(yīng)用于高檔車型上。于是，人們又從排氣上想辦法發(fā)展出雙渦管。正常渦輪接到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上，但是發(fā)動(dòng)機(jī)有多個(gè)氣缸，沖程不同，有的氣缸進(jìn)氣，有的氣缸排氣影響了排氣的效率。而雙渦管把氣缸分組，沒有進(jìn)氣氣缸干擾，提高了排氣的效率，也就提升了渦輪的效率。所以雙渦管的渦輪介入可以早一點(diǎn)，渦輪遲滯可以輕一點(diǎn)?，F(xiàn)在被寶馬廣泛應(yīng)用，BMW記的汽油機(jī)用的都是雙渦管技術(shù)。

3、新材料、電控技術(shù)解決壽命

渦輪過去難以普及的重要原因就是成本，極高轉(zhuǎn)速、高溫對(duì)材料和工藝的要求非?？量?，成本高、壽命短。而最近幾年，新材料的發(fā)展和機(jī)械加工，尤其是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，讓渦輪的制造加工難度降低、成本降低、壽命提升，這就給渦輪增壓的普及鋪平了道路。

對(duì)于渦輪增壓不能馬上熄火的問題，也用電控來解決了。即使駕駛員立即熄火，行車電腦依然會(huì)保證一段時(shí)間渦輪的潤滑和冷卻系統(tǒng)工作，避免了渦輪損壞。

因?yàn)閷汃Ri8的定位和布局問題，大排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)遇到種種技術(shù)難題，難以采用；而隨著渦輪增壓技術(shù)的進(jìn)步和傳統(tǒng)弊病的解決，使得寶馬可以比較放心采用渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)勁的動(dòng)力、更低的油耗，更小的體積和更輕的重量。而就寶馬i8的定位和布局來看，恰恰需要更低的油耗貼上環(huán)保標(biāo)簽，需要更小的體積給電機(jī)、電池留出空間，需要更輕的重量配合高成本減重材料。綜合權(quán)衡之下，寶馬i8選擇三缸1.5T的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)也就不足為怪了。