輕松輪上600匹,寶馬N54引擎為何被稱為歐洲2JZ?

搭載N54引擎的寶馬E9X的3系,即使在現在這個時候,依然是玩家手里寶貝一般的東西,這款寶馬在2006年第一次大規模量產的渦輪增壓直列六缸引擎,直列六缸搭配了原廠僅僅8.8psi(0.6bar)小尺寸渦輪,動力輸出如自然吸氣一樣順滑。
但是,N54最大的魅力在于無窮的潛力,絕大多數BMW改裝商認為N54可以在原廠情況下(更換渦輪不是必需的)達到輪上550hp-650hp的輸出。
而如此的可玩性,也是N54經久不衰的原因。
為了嘗試新的渦輪技術,寶馬在N54上使用了大量的高強度材料,是一個典型的overengineered的案例,這是它能有歐洲2JZ稱號的原因之一。
N54,至今依然是魅力滿滿。
本文僅給那些想玩N54的車友們做一個參考,真正的那些N54的大玩家們,現在早已經具備了開立寶馬引擎專修的技能(這里是個玩笑話,不過玩車修車強化車才是樂趣)。
不過這也是樂趣的一種,畢竟那些嘗試的過程,最為有趣。


BMW N54引擎是BMW于2006年引入的第一代大規模量產型渦輪增壓直列六缸引擎,最早搭載在335i 的E90/E91/E92/E93的3系車型上。
渦輪的使用是區分N54和之前幾乎所有BMW直列六缸引擎的方式,因為使用了僅僅只有8.8psi(0.6bar)小尺寸渦輪,N54的渦輪延遲極小,動力輸出如自然吸氣一般順滑,廣受褒揚。

在某些程度上可以和E46 M3齊名的1M Coupe上,也是搭載了代號N54B30TO的N54直六引擎,輸出335bhp/450Nm的動力。

上一次BMW生產渦輪引擎還要追溯到1986年的M106,而且M106并未真正大規模量產過,雖然在2016年就開始逐步被下一代BMW渦輪引擎N55所取代,但是N54的口碑在改裝圈極佳,潛力極大。
圈內人士普片認為N54是一代改裝神機,潛力極大。

而根據多年的改裝經驗,絕大多數BMW改裝商認為N54可以在原廠情況下(更換渦輪不是必需的)達到輪上550hp-650hp的輸出。
而部分改裝商認為N54可以達到原廠輪上700-750hp的動力。Youtube上甚至有將原廠N54改裝至輪上753hp的案例。

07年寶馬推出了三臺新的直六發動機分別是N52KPN51N54N54是這些引擎里唯一使用渦輪的引擎
N54有以下幾個特點
N54使用了氣旋式油氣分離裝置
# 發動機結構 #
在07年寶馬推出的這三款發動機里,和N52區別最大的引擎是N54。
# 首先是曲軸箱上的區別 #
BMW使用了曲軸箱這個名詞,但是大多數現代引擎(包括N54)的曲軸箱是和缸體集成在一起的,所以為了說起來順口下文我會使用缸體這個名詞,下文里的缸體和曲軸箱代表的是同一個東西。
N54缸體

N54的整個缸體為了適配更高的輸出做出了改變。缸體使用了鋁合金(AL226合金)材質,并且有鑄鐵的缸套。鋁合金缸體為壓鑄而成。N52的缸體則采用了鋁鎂合金。
N54整個缸體的大小和N52一致,并且它們都采用了兩片式的設計,曲軸被固定在主缸體缸體底板之間。
N54的變速箱接口和N52不一樣,所以N54使用了新設計的機腳。N54的曲軸是鍛造鋼制,而N52KP和N51的曲軸是鑄鐵制。
在現在的眼光看,因為N54有著寶馬對渦輪技術的新嘗試,所以寶馬在N54上使用了大量的高強度材料,是一個典型的overengineered的案例,這是它能有歐洲2JZ稱號的原因之一。
# 螺栓 #
N54采用了鋁制的螺栓。
N54使用了寶馬傳統的扭矩/角度鎖止方法,在用這種螺栓固定東西的時候,要先用扭力扳手將其擰到一個扭矩,在繼續擰一定的角度
螺栓示意圖

這些鋁制螺栓都是一次性的(TTY,Torque To Yield)在擰緊之后螺栓會變形,每次重組發動機都要用新的螺栓。
N54固定缸頭的螺栓

# 氣門室蓋 #
早期的N52使用了鎂制氣門室蓋,但是三臺新的NG6引擎都使用了塑膠的氣門室蓋。對于塑膠氣門室蓋和其中集成的油氣分離系統在上一篇文章里有介紹。
# 缸頭 #
三臺新的NG6發動機使用的缸頭各不相同,三種缸頭皆為鋁制。N54的缸頭為了使配直噴做出了特殊設計。
N54缸頭切面

N52KP使用了和N52大致相同的缸頭,N51使用了一種特殊的缸頭來降低壓縮比來滿足更嚴格的排放法規。
# 凸輪軸 #
三臺新的發動機都使用了從N52上“繼承”來的輕質的,液壓成型的凸輪軸。
為了節省成本,有一些發動機使用了一半的鑄造凸輪軸,鑄造的凸輪軸和液壓成型的凸輪軸可以互相替換,甚至一個發動機可以在進/排氣側使用液壓成型凸輪軸,另一側使用鑄造凸輪軸也不會影響引擎運轉。
液壓成型的中空凸輪軸

# VANOS #
三臺新的NG6發動機都使用了雙VANOS無級可變氣門正時系統
VANOS系統由兩部分組成:VANOS電磁閥和VANOS主體。VANOS電磁閥會根據引擎工況決定VANOS具體提供多少氣門正時,VANOS主體的結構如下圖 ——
1&2:VANOS主體,3&4:凸輪位置傳感器,5&6:VANOS電磁閥

紅色部分和正時鏈條連接,藍色部分和凸輪軸連接,紅色部分和藍色部分相對位置決定氣門正時advance多少還是retard多少。
電磁閥控制機油以箭頭方向流入紅色部分和藍色部分之間,油壓推動藍色部分,另一側多余的的機油從橙色開口流出。由于液體難以壓縮,當電磁閥關閉時紅色和藍色部分的位置相對固定。電磁閥釋放油壓時中間的彈簧會把藍色部分歸位。
N54上的VANOS使用的可變角度和其他發動機使用的可變角度范圍是不一樣的,如果在一臺發動機上使用不和其適配的VANOS系統可能會導致發動機損壞。
# Valvetronic #
Valvetronic是寶馬的無級可變氣門升程技術
Valvetronic系統

N54沒有使用Valvetronic。
Valvetronic技術比較復雜,要詳細的介紹這個技術文章長度就控制不住了,這里就簡單放個動圖大家體會一下。
此時凸輪軸不動,只有偏心軸在動,注意氣門開度


這套系統就是電控的偏心軸推動點A,凸輪軸推動點B,當點A在不同位置時氣門升程會變,參考點C位置(綠圈和黃圈)。
反正N54也沒有用這套系統,大家想了解的話我以后寫N55的時候可以展開一下。
# 墊片和密封圈 #
新的發動機缸墊設計和N52大致一樣。
N54使用了一個特別設計的缸墊以滿足渦輪帶來的更高動力要求的更好密封。N54的缸墊采用了多層式設計,而且沒有N52缸墊上突出的邊緣。這個突出的邊緣是為了防止缸體和缸頭的金屬接觸腐蝕,而N54的鋁制缸頭不會有接觸腐蝕,所以沒有對這個突出的邊緣的需求。
N54的缸墊
N54的主缸體和底板之間采用了和N52上一樣的注入式密封材料。
# 活塞,連桿和曲軸 #
N54的活塞設計和N52不同。N54的活塞頂被設計成了一個能幫助直噴系統噴出的油更好和空氣混合的形狀。
N54活塞,連桿和曲軸

N54的連桿是鍛造的,曲軸是鍛造鋼制。幸好N54沒有rodbearing磨損問題(S85 S65 S54出來挨打(¬_¬))。
# 扭轉減震器 #
扭轉減震器(Torsional Vibration Damper)一般集成在曲軸皮帶輪上,它的使用是為了抑制發動機的首級震動。
它位于曲軸末端,那一根和發電機,水泵,壓縮機什么的連著的皮帶就是被扭轉減震器帶動的。每個汽缸做功時會造成曲軸微小的形變,活塞做功沖程結束之后曲軸會彈回原來的形狀,在高轉下曲軸可能會共振而導致噪音和機械損傷。
扭轉減震器可以防止共振發生。
N54的皮帶輪

N54上的扭轉減震器不能和N52通用。
為什么N54高轉表現比N55好

理論上講,增壓值和扭矩是直接相關的。
想要在高轉時保持扭矩輸出,就要保證渦輪壓力。但是所有車在高轉速,接近紅線的時候渦輪都會掉壓,有些渦輪管理套系統比較好的原廠/副廠套件可以減少掉壓,但是因為渦輪的物理特性掉壓是不可避免的。
乍一看渦輪工作原理就是被廢氣推動然后壓縮空氣送給發動機,所以高轉速更多的廢氣就等于更多的空氣被壓縮然后送到發動機里,但是在進氣管路里面不只有這個渦輪在一邊吹,還有發動機在另一邊吸。
如果吹的比吸的快,進氣管里壓力就會增加,吸的比吹的快壓力就會下降。
每個渦輪都有一個理想的工作區間,區間之外渦輪工作效率會大大降低,不僅壓縮空氣與廢氣的比會降低,壓縮出來的空氣溫度也會大大提高。
N55單渦輪的設定高低只能顧得上一邊,所以為了達到比N54更早起壓的目的只能犧牲高轉表現。高轉速下渦輪壓縮的量跟不上進氣沖程活塞運動吸進去的量,掉壓就比較嚴重。所以那些扭矩平臺能頂到7.5k轉紅線的怪物們在日常駕駛4k轉以下可能跑不過邊上坐滿人的V6 Camry.

雙渦輪的優勢就在于氣缸到渦輪之間的距離比較短。
在單渦輪的設置下排氣在到渦輪之前的距離很長,如果你想要用等長頭段就更長了,在subie論壇里面也能看到UEL的EJ起壓比EL的快,主要原因就是一側的排氣就貼著渦輪。
單渦輪等長頭段
N54原廠頭段

對比一下,單渦輪是不可能把渦輪放的和排氣門很近的,而雙渦輪就可以。

當然,如果你是這種人,當我沒說。

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