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寶馬新型雙渦輪增壓直噴式直列六缸汽油機

宝马公司在相隔20年之后,第一次重新引入了带涡轮增压的汽油机 。通过将第二代汽油直喷(高精度喷油)与两种紧凑型涡轮增压器相结合,樂成地克服了迄今为止涡轮增压器保存的两项缺点:高油耗和迟缓的响应特性 。

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涡轮增压汽油机在宝马公司已经有很长的历史 。1973年推出的宝马2002涡轮增压发动机是世界上第一台带涡轮增压发动机的量产轿车 。十年后,波拉巴姆宝马公司的乃尔孙·皮奎特以一台涡轮增压的汽车赢得了一级要領式赛车冠军称号 。
涡轮增压明显的缺点是高油耗和迟缓的响应特性,成为宝马公司自从上世纪80年代末以后放弃了开发其他涡轮增压汽油机的原因 。

通过新技术的采用,樂成地排除了经典涡轮增压技术的缺点 。油束主导(Sprayguided)的第二代汽油直喷燃烧要領通过燃油在气缸内的蒸发使燃烧室獲得冷却,从而得以明显地提高了压缩比,并提高了效率,使得全负荷特性在自然吸气发动机的水平提高了一步 。由于在增压器上采用了耐高温的質料,明显地降低了通过混淆气加浓来降低废气温度的須要性 。同时,采用了转动惯量较小的小型增压器 。使得相应特性也有所改善 。

開發目標


宝马直列六缸增压汽油机的目标定得很高 。在适当地提高发动机功率的同时,特别要求明显地提高扭矩 。当时要求努力将其最大扭矩提高到4.0L排量的八缸发动机所能达到的水平,並且要求在一个明显较宽的转速范围内都达到这样的扭矩



直列六缸发动机的重要优点是它的运行平稳性和旋转平衡性 。这些特点使得它没有不平衡的惯性力和惯性力矩 。为了充分地发挥这些优点,将这台涡轮增压发动机的转速定在了7000r/min这么一个自然吸气发动机的高水平上 。特别重要的是,克服了经典涡轮增压发动机的缺点 。


为了广泛地应用于宝马公司的车型型谱中,对发动机的体积巨細和重量提出了附加的挑战 。

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發動機看法


增压的六缸汽油机新計畫的基础是2004年推出的新一代直列发动机 。


這台發動機是一個新型發動機系列的第一個代表,它除了其他特點以外,特別是因爲全可變的氣




门控制结构(Valvetronic)和镁-铝混淆结构的轻金属曲轴箱而崭露头角 。该发动机自推出以来可以搭载在任何一款宝马的车型系列上,迄今为止已经生产了超过50万台,并可用于甚至能满足最为严格的SULEV(美国特超低排放)废气限值的车型 。
无论是这里介绍的增压发动机,还是分层燃烧的自然吸气式发动机,都是以高精度喷油(一种第二代的汽油直喷要領)为基础的 。这种高精度喷油最重要的结构特点是喷油器置于燃烧室中央,并由一台高压泵和一个共轨系统供油的压电式喷油器 。




由于要明显地提高功率和扭矩,必须对原型发动机进行改动 。例如要将它改成使用全铝的曲轴箱,并要使用粘性扭振减振器来取代橡胶扭振减振器 。

增壓系統




1.目標簡直立


通过大宗的仿真计算,对进气和增压空气管道进行了优化 。这些管道短小而粗大,弯头很少,所以使流动阻力达到了最小化 。
因为对于涡轮增压发动机来说,不要求可变进气管长度,所以塑料进气管比在自然吸气发动机中简单一些 。而压力管在高温区域是用铝合金制成的,其余部分则用塑料制成 。集成了空气滤清器的进气系统消声器装在进气系统的上面,与发动机牢固在一起 。
在设计增压空气冷却器时,借助于广泛的计算,在冷却速率和压力损失之间进行了折中 。

2.
盤算機輔助的設計歷程




高達1050℃的废气温度导致了很高的热交变载荷,因而导致了极高的涡轮应力 。在结构设计中进行了大宗的计算机辅助工程(CAE)事情,其目的是在准备阶段袒露薄弱环节并排除之 。




为了确保零部件强度不出问题,通过试验和仿真,配合确定了一系列开发重点 。这些开发重点包括保证排气歧管和涡轮壳体的热学-機械穩定性、確定轉子在全負荷下的轉速可靠性、預計渦輪葉輪的生命周期以及確定整個系統(進排氣歧管、增壓器、催化轉化器、管道和消聲器)的振动载荷 。




在對渦輪殼體進行熱學-機械評估時,首先對渦輪殼體質料的不穩定加熱和冷卻進行了盤算(熱沖擊) 。由此得出的温度场可以计算出这个温度场所引起的零部件应力分布和可能出现的损伤 。




在实际情况下,涡轮壳体被认为是危险的具有高塑性变形的区域,在试验中就显示出了裂纹 。通过结构设计和计算事情的紧密配合,樂成地设计出了牢固的零部件 。对于叶轮也进行了类似的过程 。叶轮转速可高達200000r/min,这会引起惊人的离心力,这种离心力在高温下对叶轮質料构成了强大的载荷,以致从一个确定的转速开始,可能出现塑性变形 。




葉輪在200000r/min的轉速和1050℃的涡轮进口温度下发生塑性变形的区域,变形从叶片根部开始 。在用于确定超速运行的寧靜性的破坏试验中也显示出了损伤 。在这项试验中获得了出现损伤的转速 。与此平行的,还通过有限元计算对这一数值进行了估计 。在实际试验中,在1050℃的溫度下,當轉速抵達285000r/min时发生了破坏 。在一次试验中,涡轮葉輪在300000r/min的轉速下爆發破壞,這說明了CAE剖析具有良好的预见性 。




憑據皇冠现金app專修奔馳,寶馬維修连锁维修专家指出:发生破坏的这个转速,基本上与用于检验涡轮叶轮的铸造质量吻合得很好 。如果采用的是贵重的均匀组织的質料,那么试验获得的破坏转速在各次试验中的可重现性相当好 。




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