1、新宝马 528i 的动力系统具有高效动力性和舒适性的四缸电火花点火涡轮增压发动机摘要：宝马新款 528i 汽车的发动机继续始终如一的坚持着宝马发动机一贯的小型化且高效率动力的战略风格。这款新的 2.0 升双涡轮增压发动机作为一款完全的四缸发动机，给其配备了许多先进的技术，例如可变气门升程，涡轮增压和直喷技术，这些技术使其实现最高的驾驶性能和高效率。宝马已经具备了生产并提供给汽车更大的动力性能和驾驶性能的发动机的能力，并且能够通过较少的汽缸数和较少的体积使其达到一个较低的燃料消耗率和排放量。这款发动机还通过大量的优化发动机声学和振动特性使其达到一个优秀的空间结构和噪声传播水平。创新补偿的概念是在
2、发动机惯性自由下特别是在减小振动的水平是，增加了其平稳性，并能通过最高转速轻而易举实现发动机的动力要求。新宝马528i 的发动机所强调的是以上层阶级的舒适性为导向，具有出色的驾驶性能，高端品味和经济的燃油消耗率的特点。1.引言我们的客户要求使我们生产出宝马 528i 汽车要同时具备出色的驾驶性能和低油耗的特点。他们期望能有一款高级的，燃油消耗率随着相应转矩变化而变化，并且低噪音和高等级的舒适性。为了实现低油耗和出色的驾驶性能的目标，而实现这些目标造成了一系列的技术方面的冲突。对于新宝马 528i 汽车的发动机开发的基本目标源自于客户的期望值。图 1 展示了这些经过讨论的目标。Fuel econ
3、omy 燃油经济性 Driving performance 驾驶性能 Supremacy 尊贵的 Character 特征 Acoustics 噪声图 1：客户对宝马 528i 汽车的基本要求2.宝马 528i 汽车新的发动机的油耗和驾驶性能自从 1995 年以来，高效动力战略使宝马能够通过降低发动机排量并提高车辆在同一时间的驾驶性能，使其在艾森市场获得超过 25%的市场销售份额。如图 2:2010 年以宝马为交通工具的车辆排放值时低于宝马的直接竞争对手。然而同时，宝马汽车的平均输出功率是高于竞争对手的汽车的平均输出功率。图 2：与竞争对手的输出功率和油耗对比到目前为止，整车制造经过严格的油耗
4、优化处理，已成为有助于高效动力策略成功的一个主要因素。遍及整车的轻量化设计、最优化辅助设备。能耗最优化管理以及气体力学和滚动阻力的改善成为高效动力策略的重要措施，到目前为止，超过一半的下降得油耗的获得是因为动力系统概念的技术创新，在将来动力系统仍旧对降低油耗能做出重要贡献。另一点应用高效动力策略框架的事装配一个具有涡轮增压的四缸火花点火发动机在中高级 BMW 轿车上并首先用 2.0L 的双涡管单涡轮发动机装配在新的BMW528i 汽车上。当 TVDI 发动机装入 X1 28i 汽车上时，驱动特性的显著该社实质性的消耗降低就已经得到强有力的正面证据。BMW 汽车从引入 TVDI 技术开始，凭此，
5、六缸 TVDI 发动机精确派生出四缸火花点火双涡管单涡轮发动机，四缸发动机的应用时一个合理继承的精简模式发动机。四缸双涡管单涡轮发动机和其 TVDI 技术的主要部分如图 3 所示：涡轮增压器（T）,充分进气可变阀门升程的可变电子气门控制(V)和缸内直接喷射(DI)。图 3 宝马 528i 发动机主要部分由于 TVDI 技术的应用，在下文中发动机将被当做 TVDI 发动机。双涡旋的概念已经被应用到涡轮增压器上。由于六缸 TVDI 发动机的可变电子气门控制系统已经来完成进气可变阀门升程，发动机运转时用200Bar（1bar=0.1Mpa=100kpa）喷射压力作用在特性曲线图的广大区域中。该款发动
6、机主要行程和缸孔尺寸对应符合六缸 TVDI 发动机的尺寸。燃烧室内火花塞和喷油器的中央式布置也是类似于 6 缸发动机。这不仅使旨在使六缸发动机燃烧稳定所采纳的相位调节和屏蔽措施得到了保证。同时，也为更经济的燃油消耗提供了一个良好的基础，以及确保符合未来的排放法规。这款发动机将应用于世界各地。它将满足 EU5（欧 5）和 ULEV（超低排量汽车）的排放标准并为将来 EU6（欧 6）和 SULEV（超低排量汽车）的要求做好准备。最重要的发动机尺寸如图 4。图 4 宝马 528i 发动机主要结构和技术参数最大功率，最大扭矩，最高转速，额定功率，额定扭矩，主要尺寸，Cubic capacity缸径，冲
7、程，行程缸径比，单缸排量，连杆长度，连杆比，Block height，气缸间距，压缩比，阀门，直径 进气/出气，进气凸轮轴调节范围，出气凸轮轴调节范围，阀门最大升程 进气/出气新款宝马 528i 动力总成 TVDI 发动机补充的若干高效动力措施为客户的低油耗需求提供一个非常好的基础。主要的措施是在手动和自动变速箱的车辆中安装一个 map-controlled 油泵，电动水泵结合一个 map-controlled 自动调温器和自动启停功能。与之前相比，上述措施可能使宝马 528i 的油耗量减少13（手动变速箱） ，15（自动变速器） 。如图 5。图 5 宝马 528i 在循环测试时的燃油经济性和
8、其其他型号发动机的比较3.驾驶与动力性能除了低油耗，我们的客户也期望一个较高的动力总成和出色的驾驶性能。这里的 TVDI 四缸发动机产生其最大输出功率 180 千瓦，在转速 5000-6500 转/分钟时它达到最大输出功率 180 千瓦，在转速为 1250 转/分钟时，就能达到最大扭矩 350 牛米。如图 6，它展示了这款发动机动力系统的扭矩和功率特性与它的前一款 3.0 升六缸自然吸气发动机对比曲线。可以看出，在一个较大的转速范围内，这款发动机的增大的扭矩是显而易见的，这在普遍的涡轮增压发动机中是不常见的。这样使这款发动机在顾客经济能力范围内，也满足了顾客的动力要求。这里的较高的低转速扭矩（
9、LET）是在一个双涡轮增压器中获得的。1 缸 4缸的废气与 2 缸 3 缸的分别在不同的两个涡管流动。直到进入涡轮机，废气就立刻汇合在一起，充分利用废气的能量获得较好的动态性能和低转速下的高扭力。如图 7，即为排气管和涡轮增压器的示意图。图 6 新款宝马 528i 与老款的扭矩和功率特点对比图图 7 排气管和涡轮增压器的示意图。图 8 显示了两个不同的发动机系统在快速达到满负荷时的转矩特性。本文中所描述的双涡管单涡轮增压 2.0 升四缸 TVDI 发动机器相比与一台单涡轮增压2.0 升四缸 TDI 发动机。图 8 不同的发动机概系统在转速为 1500rpm 时的扭矩变化对比图TVDI 引擎的转
10、矩变化远远快于没有电子节气门的引擎。TVDI 引擎的更大的排气歧管压力极大的缩短了进气歧管进气时间，使汽缸内相应的转矩迅速增加。当自然吸气达到满负载点时，在 TVDI 引擎的可变节气门可以用来减少残余废气比例的同时最大限度地提高容积效率，以此作为提高扭矩的手段。在发动机系统的入口和出口双方的凸轮轴执行器可以方便地定位有利于迅速地冲洗掉残留气体，并实现在涡轮增压发动机转速低频段最佳的容积效率。如上所述，双涡管涡轮增压器技术提供了一种废气动力优化利用的方法，从而使得其比单涡轮增压发动机更快的增压和更快速的扭矩增加。TVDI 引擎增加到所需的扭矩速度比单涡轮增压发动机引擎的速度快超过 40。良好的响
11、应速度使其有可能实现我们客户在动力总成上的要求。TVDI 技术的运用改善了驾驶性能和优越性并降低了成本。图 9 为新款宝马528i 与其旧款和竞争对手在驾驶动力性能和燃油消耗上的直观对比。图 9 新款宝马 528i 与其旧款和竞争对手在驾驶动力性能和燃油消耗上的对比。4 音质客户对中高级轿车的期望主要是由杰出的声音和动力传动系统的震动参数构成。因此当整合设计这款新的 4 缸涡轮增压火花点火发动机时，尤其注意了使这些方面最优化，借以使其在动力传动系统中生效并且适合整车，这样就能满足这个动力传动系统观点的特别要求。其中首要的改进就是影响客户的在主要的操作状况下尽可能的减少噪音。发动机转速高达 25
12、00 转是一个关键的操作范围具有高概率出现在客户的日常生活，是由于发动机和协调转移特性的自动变速器在低转速时提供的出色的扭矩范围。除了配备了消音装置在车辆上以外，为了减少发动机的声音，发动机直接排放在空气中的噪音已经被最优化。我们已经能够在很大程度上降低动力系统整体水平上的排放在空气中得噪音，尤其是在低转速的情况下，与一 6 缸直列式发动机排放的对比显示在表 10 中。新款 4 缸发动机剩下的排放的噪音非常少与同水平和其他转速范围的 6 缸直列式发动机相比，因此可以为在车中感受到高标准的舒适性创造了先决条件。一些在发动机中执行了最优化的方面显示在表 11 中。图 10 4 缸 tvdi 发动机
13、和 6 缸自然吸气发动机排放在空中的噪音对比图 11 发动机中的噪声音优化方法1 发动机上覆盖了消音泡沫，2 单独的轨道 ，3stop-choc 安装在喷油器，4 更硬的缸体，5 最优化正时链在曲轴和平衡重之间。其最重要的方面是在发动机上覆盖消音泡沫，独立的供油轨道和安装在喷油器上的 stop-choc 把供油系统排出的噪音减至最低。而且，正时链驱动平衡重和机油泵抑制链条发出噪音。为了减少声音排放缸体变的更硬。除了无法去除在空气中的声音，回响，震动，高转速的动力系统是另一个重要的舒适特性。4 缸直流发动机被提出一个特殊的要求是关于自由的一类二阶的惯性力和惯性矩。舒适性发动机观念有两个平衡轴，这
14、样可以有能力补偿大范围的惯性力和惯性矩。平衡的转动惯量可能会被改变平衡轴的高度产生的对抗曲轴转动的自由转动惯量影响。新款的 4 缸火花点活发动机采用了新发明的方法优化力矩补偿：在此设定一个对高度平衡的限制，这个可以在设计方面完美的解决，平衡重的补偿力矩的效果由于两个平衡轴不同重量产生的巨大力矩相当于一个很大效果的高度平衡提高了。惯性力继续被完全的补偿。对惯性力更好水平的补偿造成了低水平的震动，尤其在低负载范围，这个被采用进车辆的构造在发动机悬置方面。效果被制成图 12，显示了再滑行模式下二阶垂直加速度发动机平衡轴传统安装和平衡轴不对称的比较。图12 垂直加速度发动机平衡轴和安装传统不对称平衡轴的比较
