之前車叔對豐田的8AR引擎與大眾的EA888做過詳細的技術對比,而這一次,德日對決進行到下半場,我們接着來看日產與寶馬之間的激烈碰撞,究竟是日產超變擎黑科技後來者居上還是巴伐利亞日耳曼戰士B48實力更勝?
超變擎,到底“變”在哪裏?
在傳統工藝中,一台汽車引擎在設計、製造完成後,它的活塞往復衝程就是固定的,這也意味着發動機的壓縮比基本等於 汽缸內的膨脹比。這種熱機循環模式被運用了將近100年,名為奧拓循環,現在馬路上行駛的燃油汽車,引擎基本還採用着這種運行方式。
然而,在1882年,一名叫James Atkinson的工程師獨具創新的將一組連桿加在了曲軸連桿上,巧妙地讓活塞往復行程變成了一長一短的間歇式動作,讓引擎的做功衝程大於進氣衝程,有效的改良了進排氣情況,更長的膨脹(做工)行程可以更有效地利用燃燒後廢氣仍然存有的高壓,所以燃油效率也比奧托循環更高一些。後人將這種循環形式的內燃機稱之為阿特金森發動機。
膨脹比大於壓縮比是阿特金森發動機最大的特點,它對燃料的利用率更高,有着更好的熱效率,但是由於多加了一組連桿機構,使整體設計更加複雜,不僅造成經濟成本的增加,也不利於故障率控制。另外,這種結構的引擎有一個最大的弊端:低轉速時扭矩輸出極弱,幾乎無法應對高負荷運行的工況,因此,阿特金森發動機在汽車上一直沒有被大規模應用,它更多出現在船舶或發電設施上。
日產是第一家將多組連桿結構運用在乘用車發動機上的企業,它通過一組額外的連桿連接在曲軸下方,再通過側面電機進行控制,實現多連桿支點位置可動的結構。從結構上來説,它是最接近阿特金森循環發動機的引擎,但是從效果上來説,它又與傳統阿特金森發動機有着非常明顯的區別。
VC-TURBO的可變行程並不能在一個循環裏實現活塞衝程的改變,也就是説它不能做到進氣衝程比做功衝程更短的設計。而是在一定範圍內持續的改變發動機壓縮比,讓引擎在大缸徑、短衝程做功與小缸徑、長衝程做功之間切換,以此在保證動力輸出的情況下,改善了低負荷運行時發動機的燃油經濟性。
由此可見,日產所謂的超變擎,變的是引擎的壓縮比,而沒有改變循環結構。
至於這台引擎宣傳的雙循環模式,指的是通過晚關進氣門的方式實現膨脹比變化(吸進去的可燃氣體被頂回去一部分),這種循環更接近米勒循環,而非阿特金森。
總結一點:VC-TURBO之所以能實現大動力與高經濟性雙重目標,是因為他們將引擎的高負荷運行與低負荷運行方式徹底分開,在大動力請求時,連桿機構會改變上下死點的位置以降低壓縮比(8:1),從而實現高增壓值、大動力輸出模式。而低負荷運行時,則會增加壓縮比(14:1),降低增壓值,實現稀薄燃燒以減少油耗。
B48TU,在巨人肩膀上再升級
B48引擎是繼N20系列之後寶馬品牌的主力發動機,採用模塊化缸體設計,4缸結構,延續N20開始的雙渦流渦管增壓設計,同時在冷卻系統、潤滑系統以及供油系統上進行了諸多改進,使其擁有遠超N20引擎的穩定性與可靠性,同時高強度的缸體結構也能讓它有更多升級冗餘,在大眾EA888之後,最受改裝界歡迎的普通(非性能)發動機。
而B48TU則是在B48基礎上再升級的產物,對於許多地區來説,它是應對新排放法規的法寶,B48TU在設計之時就將GPF(顆粒捕捉器)融入其中,佈置在了排氣頭段的位置,對比其他品牌搭載GPF的發動機來説,B48TU的GPF更好拆除。另外新機的氣缸蓋也有重要的變化,它再也不是高、低功率共用氣缸蓋了,在低功率版中,寶馬在汽缸蓋內採用了集成式排氣歧管的設計,將每個 汽缸的排氣系統整合起來,分出兩個管路通向渦輪,因此渦輪的位置離排氣門更近,第一個三元的位置也相應前移,這樣渦輪會有更快的響應,而三元則能在冷啓動時更快達到工作温度。
高功率版依然採用非集成排氣歧管的缸蓋,它的佈局更加傳統,以應對更大的渦輪壓力,保證高轉速、高壓力下的排氣通暢程度,避免氣流在合併時相互干涉。非排氣歧管集成式缸蓋的生產成本更高,不但能實現更高功率輸出,也能有效降低排氣温度,保證引擎在高負荷工況下的穩定性。
正式鏈條由兩段減為一段式,傳遞效率更高,噪音更小。曲軸、連桿進行輕量化設計,降低動能損耗。不過連桿在不同功率發動機中也有所不同,高功率版的連桿有加強設計,另外還有活塞,高功率版活塞的材質也有所不同,活塞環設計也有區別,以應對更高的缸壓。
高功率版的B48TU通過冷卻、供油的升級,有效降低了GPF對引擎輸出功率的影響,同時350bar的噴油壓力也讓它的燃燒效率更高,同時降低積碳。
車叔總結
雖然日產VC-TURBO與寶馬B48TU高功率版都屬於民用2.0T發動機中動力較強的引擎,但是兩者在設計理念以及實現大動力、低排放的方式上有着巨大的差別。總體而言,B48TU更有高性能引擎的特點,它輕量、結構強,有着極佳的熱穩定性,同時也有很好的升級方案。而VC-TURBO動力輸出雖然也夠強,但是結構太過複雜,同時由於中間連桿底置的原因,重心也不能做到很低,同時重量也不佔優勢,在運動車型中,無法滿足重心均衡佈局的需求,因此VC-TURBO不是很適合運動車型。
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