宝马V10发动机

2011年08月15日 02:00 来源：汽车之家类型：原创编辑：冯景毅
［技术设计技术讲堂］在汽车工业一百多年的历史长河中，有诸多经典的设计被人们津津乐道，而发动机作为一个具有很高技术含量和科技水平的工业产品在一定程度上反映了一个厂商，甚至一个国家的工业技术水平，同时也代表了一款车的实力。

今天起我们将开启一个新的系列文章，全面回顾和剖析历史上的经典发动机，带您去了解每款发动机的设计亮点以及隐藏在其背后的技术秘密。

BMW的M系列车型可以说是BMW汽车设计理念的极至体现，每一款M车在驾驶乐趣方面都毫不妥协，然而专门为M系车型开发的发动机更是展现了BMW的技术实力，而且深深吸引着众多性能狂热者。

而专为M系车型开发和调教，且曾经搭载于M5和M6上代号为S85B50A 的V10发动机则堪称经典。

因为它是迄今为止，BMW唯一量产的V10发动机，其整体结构和
电控系统都源自F1赛车的设计，同时最高转速超过了8000rpm。

所以说很大程度上，它的面世在发动机工业具有里程碑式的意义。

虽然它已经被动力性更为出色的双涡轮增压发动机所取代，但是不可否认这款发动机上众多的设计亮点和很高的科技含量，接下来我就全面剖析一下这款史无前例的经典发动机。

『被公认为当时F1赛场中的动力之王——BMW P84』
在上个世纪90年代中后期，F1进入了V10发动机的时代，这种形式的发动机无论在升功率、扭矩，还是在功率重量比、平顺性上，可以说都达到了内燃发动机的最高技术水准。

作为发动机供应商，BMW凭借自身强大的技术实力打造的P84，被公认为是当时赛场中的动力之王，而搭载于M系上的这台V10发动机的很多设计恰好也源于此。

『S85 V10发动机』
S85发动机采用了V型90度夹角的设计，这对抑制发动机的振动以及在发动机运转的平顺性上都能取得很好的效果。

在如何提高发动机的动力性上，BMW的工程师选择了提高发动机转速的解决方案，因此这款发动机的最高转速达到了令人痴狂的8250rpm，虽然相比普通发动机只多出了2000转左右的最高转速，但就是增加的这2000转转速会对发动机的正常运转产生一系列不良的影响。

这种提高发动机动力性的方法对技术有着极高的要求，因此BMW的工程师需要付出更多的努力来保证其正常的运转以及达到与车辆本身一样长的使用寿命。

『普通发动机通过轴瓦盖对曲轴进行固定』
『分体式曲轴箱右侧为特殊设计的“台板”结构』
S85的曲轴箱主要由铝和硅合金制成，而且曲轴箱不带有气缸套，气缸的内表面为坚硬的硅晶体，而经过镀铁处理的活塞，可以直接在不经过涂层的气缸筒中运行。

由于S85的高转速对曲轴箱提出了很高的要求，因此BMW的工程师利用了源自赛车的技术，将曲轴箱分为两个部分，一个为曲轴箱主体，另一个结构则被称作“台板”。

这个铝质的台板结构能为缸体提供足够的扭转刚性，同时可以对高转速下的曲轴提供精确的支承。

『采用钢制锻造工艺制造的高强度曲轴』
发动机的高扭矩输出对曲轴的强度提出了很高的要求，S85的曲轴采用了钢制锻造工艺，不仅做到了轻量化，而且达到了很高的扭转强度。

而高转速下曲轴的动平衡也关系到发动机整体运转的平稳性，所以曲轴在经过高精度的加工工艺处理后，能够在8000rpm时保持良好的运转，不会产生相关振动和噪音等问题。

『一体式轻合金气缸盖』
BMW的工程人员为了降低这款大排量自然吸气发动机在冷启动时CO和HC的排放以及尽快让三元催化器达到正常工作温度，在气缸盖内集成了二次空气喷射装置。

它可以在发动机工作时，特别是冷启动条件下向排气歧管内泵入新鲜的空气，使废气在排气管中进行二次燃烧，降低有害物质的排放，同时可以加快提高三元催化器的温度，使其在最短时间内达到正常工作温度。

『空心铸造的凸轮轴』
『普通发动机的正时传动机构』
『S85发动机的正时传动机构』
为了降低发动机的整体重量，S85的凸轮轴采用空心结构。

通过上图我们还可以看到，S85发动机每一侧的进气凸轮轴通过链条与曲轴相连接，而排气凸轮轴则是通过齿轮直接与进气凸轮轴相啮合，这样的设计使得配气相位机构的结构更加紧凑，提高充气系数和进气门的充气效率，同时可以为发动机在高速运转时提供精确的配气正时。

拿下S85的进气集气箱，你会惊奇的发现在每个气缸的进气道上都布置有一个节气门体，这种设计是这台性能机器与普通发动机最明显的不同。

从机械的角度来看，这样无疑是很复杂的做法，但是它却可以使发动机获得最迅捷的油门响应，保证对驾驶者的动作有最大的反应能力，提供最出色的驾驶感受。

S85 V10发动机每侧气缸的节气门都通过机械装置耦合在一起，每侧的5个节气门可以进行联动，同时它会由一个电动调节器进行控制，而且电动调节装置会借助每侧的节气门位置传感器来进行调整。

节气门位置传感器可以每秒测量和感应油门的位置200次，用来准确的传输驾驶者的意图给节气门控制器，然后10个节气门同时作用来控制发动机的工作。

而且只需要120毫秒的时间，节气门就可以完成从关闭到打开的过程。

『伸到进气集气箱中的10个气流经过优化的进气喇叭口』
BMW的工程师在每个气缸侧设计有怠速调节阀，由于在怠速工况下，10个独立的节气门处于关闭状态，所以新鲜的空气是通过怠速阀进入进气歧管，在发动机处于低负荷时也同样由怠速阀来调节空气的摄入量。

『排气管内部经过800bar的高压加氢处理管壁厚度仅为0.8毫米』
排气系统的设计也会直接关系到发动机的动力性能，为了有效降低排气背压以及优化废气的流动，BMW的技术人员采用了两条走向经过特殊设计的不锈钢排气管，然后分两条气流通道向后延伸，直至消音器，最后通过4根排气管把废气顺利排出，而且排气声浪也非常的强劲有力。

『离子流控制装置』
由于S85发动机的最高转速超过了8000rpm，而且其压缩比达到了12:1，传统压电式的爆震传感器已经无法满足高转速和高压缩比对爆震的精确监控，因此BMW创新的应用了离子流爆震控制装置。

由于混合气在燃烧过程中会释放出带电的离子，而且其数量由燃烧的质量决定，而离子流控制装置会在点火结束后，在火花塞上施加一个恒定电压，这样火花塞便成了一个传感器，通过它可以测量出离子流，即电流的大小，从而可以对每个气缸的燃烧情况做出精确的判断。

『可变流量式机油泵』
『干式油底壳』
S85发动机采用了干式油底壳的设计，并且有4个机油泵来为其提供充分的润滑。

车辆在极限操控下，特别是急转弯时，机油会被压入弯道外侧的气缸盖中，导致中央油泵的供油不足。

当横向加速度超过0.6G时，两个电动油泵会启动，它们会将位于气缸盖中的机油抽回到油底壳中。

同时在大力制动时，位于油底壳前部的机油泵会将机油抽回到后面的大油底壳中，这样的设计可以使车辆在任何极限操控下，发动机都能得到全面的润滑保护。

『发动机的大脑——电子控制单元』
要想保证这样一台设计如此精良的发动机正常运转，那么一个聪明的“大脑”则是必不可少的，这台发动机的电子控制单元可以利用50多个传感器的信号来确保发动机的各个部件可以精确默契的配合在一起工作，控制单元内部集成有3个32位的处理器，每秒钟可以进行2亿次的独立计算，而且它并不是出自于经常给BMW提供电控系统的BOSCH公司和SIEMENS公司，而是完全由BMW的研发中心自己开发的。

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