Project M54 - 13 秘法：菊部爆裂 - 缸体究极强化之安装Time-sert

前情回顾：因为铝合金缸体的脆弱，螺纹在40Nm 90 ° 90 °的暴力下直接崩断。

虽然换了新缸体，克服铝缸体的这个阿基里斯之踵刻不容缓。

传统解决这个问题的手段是俗称的“种牙”，也就是扩孔后给丝孔安装一个同样尺寸的钢质牙套，螺栓螺牙直接与牙套接触，避免了铝合金螺牙不堪受力而崩断的情况。

坊间常用的螺纹牙套，本质上就是一根类似弹簧的东西。

扩孔后，将牙套旋入螺纹内，牙套内径正好等于先前的尺寸。

虽然现在驻马店的钢丝螺套卖的很便宜，但实际上专利是美国Helicoil的。目前最流行最常用的就是钢丝螺套。

除了Helicoil钢丝螺套之外，还有一种如今不太常见的牙套形式，就是Time-sert。 Time-sert是德国伍尔特的品牌，其特点是牙壁一体，整个牙套是一整个套筒。

因为施工繁琐、精度要求高、不容易制造、价格更高等因素，Time-sert目前在国内几乎看不到了，前两年我还看到伍尔特国内官网有订货，目前连订货信息都没了，只在欧美还继续销售。国内也基本没见过山寨，不像钢丝螺套简直泛滥。

可以看伍尔特的宣传片大致了解一下。

Helicoil跟Time-sert官方标称的强度其实很接近，youtube上也有人做了测试，Helicoil跟Time-sert的强度不相上下。

但我还是决定采用Time-sert：

1、发动机缸体用不到极端大的锁紧力度；

2、牙壁一体式的设计对铝合金缸体的保护更好；

3、长牙套，可以提供至少35mm以上的长度；

4、肩部设计让深度控制更精准；

5、独特的***设计让牙套固定更牢固；

6、最关键的，***更高。

Time-sert的施工繁琐体现如下，它有四个工序，分别是：

1、钻孔

2、钻0.6mm沉头孔

3、攻丝

4、用专用扩张器安装Time-sert，扩张尾部螺纹；

Time-sert的尾部螺纹设计很有意思，可以说是它的独门秘技：

菊部爆裂。

可以看到最后几圈螺纹并不是完全成型的，伍尔特称为扩张或者挤压螺纹，当安装到位时，螺栓的螺纹会从内部挤压这些不成形的部分，使之紧贴内外螺纹。

挤压成型

所以，得益于菊部的特殊设计，Time-sert的安装首先是不可逆的……，其次是不需要使用螺纹胶的，最重要的是，其定位是极其牢固和精准的。

从ebay订的货到了，加长版的Time-sert，转为发动机缸头设计，更长的牙套可以使螺纹受力分摊在更长的长度上，提高了安全性。

干活的家伙，这应该是米沃奇电钻中功率最大的一款了。

钻头

说到攻丝，最要命的问题就是垂直度了。我看过很多外面修理厂给发动机上牙套，师傅都是用手固定电钻给发动机扩孔的……mmp啊，稍微好点的会用台钻，但是台钻的问题是，台面比起缸体来太小了，固定和定位堪忧，用台钻的人基本都是用手眼来定位钻头的……mmp！

在我这里当然是不允许的，精准定位和垂直对准必须到位。此外，Time-sert涉及到3种不同的加工尺寸，就需要有一套工具能够为这三种钻头提供定位。于是我还是自己设计制作了一套工具。

成品，三个螺孔内径10mm，安装三根缸头螺丝后，剩下的一个孔也就被精准定位了。施工孔厚度45mm，提供垂直定位。

四种工具

首先给缸体做好密封保护

安装工具。这东西，姑且就取名叫Sanluo plate吧。

攻丝挡

可以看到，我使用了钻头定深环。有Sanluo plate，手持电钻也不会打歪螺孔。

第二步开始攻丝。原厂的螺栓是M10的，我需要先扩孔到M12，然后安装Time-sert，这样内孔尺寸仍旧会是M10。

使用英国Rokcl的手动切削油作攻丝润滑。

功完丝，钻好沉头孔，之后就是彻底的清洁了。

化清剂

猪毛刷

高压空气

不能让螺孔里有一点点碎屑。

可以看到内部十分干净。

尽管官方说明不需要使用任何胶水，保险起见，我还是打算使用螺纹胶。

乐泰263是一种厌氧固化螺纹胶，要求接合面干净无油，所以清洁工作这么彻底也是我的考虑的。

在螺栓上抹上机油，将Time-sert拧到位，用力扩张它的菊部，使其完全咬合住缸体。擦干净多余的胶水。

完成。

看看这光洁的沉头孔，镶嵌在白色铝合金里，黑色稳重的Time-sert……

同样痛苦的过程重复了14遍，终于完成了。我要不说别人根本看不出来这是经过强化的缸体，有了Time-sert的菊部加持，我可以自豪地宣称，M54再也不是铝合金软脚虾，让扭力来的更狂暴些吧！

不说了，我去打扫卫生了。

Project M54 - 21 合体！安装气缸盖

喝杯酒定定神

还记得拆机时看到过的那个dowel吗，被压扁变形，又强行安装回去的。缸头上有两个dowel，作用是精确定位缸头和缸体的位置，能把这个搞变形也是服了。

买了全新的原厂定位销，郁闷的是不能拆卖，只能买一大包。

小小定位销宝马也有安装要求：施加螺纹胶，同时接缝方向朝向车头，好吧。

安装到位

接缝朝向车头

接下来是原厂缸垫。

早些年玩车的时候还接触过石墨缸垫，现在几乎都是多层金属MLS了。

放上垫子，并在齿轮箱两个接缝部位涂抹少许rtv胶。

安装缸头是个吃腰的货，缸头非常重，又要让两个定位销精准到位，没有吊臂之类的辅助，完全就靠腰了。

好在准备了两根定位木棍，省却很多瞄准工作。

之后就是缩进缸头了。曾经在安装torque plate时闹出过拧断螺丝的事故，主要原因是没有润滑到位。

手动润滑螺栓垫片。

稍微带紧螺丝。

稍微带紧螺丝。

又能打扭矩又能打角度的扳手，再也不用角度规了，幸福。

安装完毕，封存。

鉴于好多人对我的修理车间（并不存在）和修理生意（并不存在）提出了一些建议和疑问，下篇我会讲一讲我是干什么的。

Project M54 - 10 缸体测量 Torque Plate 祸从天降

还记得缸体吗，因为包师傅对工作的关心，就把它放在了离包师傅生活很近的地方。

下一步需要对缸体，主要是缸径进行测量，主要包含了缸径、锥度、不圆度三个方面。

在开始测量前，要提一下这个东西：Torque plate，或者也叫做Honing plate。

按照理论，因为受力形变，安装缸头并打上扭力后，缸体会产生轻微的形变，进而影响到缸径。Torque plate就是用来模拟缸头，并留出加工空间的一块工件，是的缸体能在受力状态下被测量和加工。

我几乎没见到过国内有使用torque plate进行发动机修复的，自然也没看到过有人统计说安装之后到底很有多大的形变量。

（后来的测试结果表明，安装torque plate之后，缸径在曲轴旋转方向上有0.01mm的变化，对于高性能发动机至少精确到±0.01mm的缸径加工来说，这点形变是不可不重视的。）

目前型号最齐全的商家是BHJ Products。B家最拿手的就是honing plate，以至于他们的logo就是一块honing plate。

BHJ作为知名engine blueprinting工具品牌，旗下有着大量工具，型号齐全。当然，价格同样也是不菲，算上国际运费，一整套工具可以买好几台发动机了。

不想买，接下来我就自己做了一块。

物勒其名。

在这之前，我先不带torque plate做了一次测量，

原厂缸径要求

我的第一次测量结果：

经过测量，我的缸体的磨损在原厂允许范围内，不圆度和锥度虽然较大但也没超标。但对我来说还是不能接受，我的目标是一台完美的发动机，气缸应该完美且规则，所以换缸套重新珩磨加工是避免不了了。

安装torque plate时用到的ARP的螺纹膏我在这里介绍过（为了Blueprinting 一台M54B30引擎，我准备了哪些工具https://zhuanlan.zhihu.com/p/32770027），APR出改装用强化螺栓，也提供专用螺纹紧固膏，用来分散扭力，让螺牙均匀受力，同时在打非常高的扭力时，加快螺纹散热。溶解于机油，可排出。

按照原厂的顺序进行紧固。

因为力量不够，我特地找了一根套筒来加长扳手。

原厂的安装要求是40Nm 90 ° 90 °，力道很是暴力。

拧到第五颗螺丝的时候，我突然发现，螺帽变……变形了……

再用一下力，螺帽……断了……

祸不单行的是，第8颗螺丝嘣地一声，崩牙了，螺丝连着螺纹都出来了，螺孔成了光洞…………

事后我总结反省，事故原因主要有两个：

1、没有安装6号钢质平垫圈并上油，导致螺帽与铝合金torque plate摩擦力过大，直接拧断了螺帽头部。

2、铝合金的螺纹还是太脆弱，痛定思痛，将来还是要上雷霆手段改造缸体。

Project M54 - 11 祸不单行拔缸套

刚出厂的缸套应该是个完美的圆柱形，随着使用的磨损，和活塞长期摩擦，缸套直径会变大，大到一定程度就会报废。

此外，除了缸径变化，因为缸套底部和顶部的磨损程度不同，缸套长期运行会呈现出上大下小的锥形。

另外，因为活塞并不是直上直下，它会围绕活塞连杆销，沿曲轴旋转方来回旋转摆动。在做工行程和压缩行程中，活塞受到连杆的反作用力，分别向两侧缸壁施加压力。因而，曲轴旋转方向的两侧缸壁的磨损比轴向磨损更快，导致气缸截面更像是个椭圆。

我们就用缸径、不圆度和锥度这三个尺度来衡量缸套的磨损情况。

经过测量，我的缸体的磨损在原厂允许范围内，不圆度和锥度虽然较大但也没超标。但对我来说还是不能接受，我的目标是一台完美的发动机，气缸应该完美且规则，所以换缸套重新珩磨加工是避免不了了。

螺牙崩坏多少让我有点破罐破摔的想法，于是更换缸套的计划就被提前了。

发动机缸套的发展经历了几个阶段的发展，从最早的铸铁缸体直接挖个洞，到后来铝缸体流行后，开始在铝缸身里嵌铸铁缸套，到后来直接用铸铝缸体，在铝基内壁上做硅或其他材质的热熔沉积，并且在铸铝缸体的基础上，又发展出来了open deck 跟 close deck两种。

铸铁缸体，没有缸套。直接在缸体内加工缸套，每次加工后都需要更换更大尺寸的活塞。

N52的开放式水道缸体open deck

在铝基上直接电弧喷涂的缸套

M54属于铸铝镶嵌灰铸铁缸套closedeck这种。相对来说缸体结构比较强。

按照工序来说，此类缸套的更换流程是：

1、无损拔出缸套；

2、用液氮浸泡新缸套降温，然后用液压机压入缸体内；

3、加工磨平deck

所以，新的缸套已经买好了。

拔缸套的家伙什也来了，不过貌似这是柴油机用的大家伙。

配套的卡块并没有M54可用的型号。M54发动机缸体的下方确实预留了拔缸套用的位置，但是在原厂手册中并没有提到特殊工具（special tool）的存在。所以只能自己测量加工了。

绘图

CNC成品到手

尺寸正好卡入

从下方卡住原厂缸套

各就各位

我这台把缸套器是5吨的型号，也就是说，能够向上施加最大5吨的拉力，一开始并没有动静，我也怀疑是不是并不管用，毕竟从来没有听说过谁拔过宝马的缸套。

直到一瞬间，缸套突然动了……

出来了！
几乎快要全部出来了

完全拔出，ok！

新旧缸套对比

然而奇怪的是，旧缸套上有类似焊点的东西……，这是怎么来的呢，而且，铸铁跟铝合金怎么会在这里焊接呢？

再一看缸体，妈呀，对应的焊点直接把缸体拉出花了。这下，这个缸体，算是彻底凉凉了。

事后检讨，这些类似焊点的东西，怀疑应该是缸体运行过程中局部过热，导致的不同金属间的熔接，具体学名不清楚，希望明白的人帮我解答一下。

Project M54 - 12 新缸体 镗缸

连续而来的打击让我受惊不小，老的缸体算是废了。

赶紧买个新缸体压压惊。

劳大家费心了，新缸体很好买，2000就能买个很好的，还有很多可以挑。反正是让老板给我挑了台成色不错的。

买来自然少不了原来那套：

清洗、

测量、

上torque plate

……

此处略去一千字，等于重走长征路了。

再镗缸工厂安装新的缸套并珩磨。厂里并不像我一样拔缸套，而是直接用刀头将老缸套连着一层铝缸体切削掉，然后直接压一个尺寸更大的铸铁缸套进去。将整个缸平面打平0.1mm后，我安装好torque plate，就开始最终的珩磨了。

气缸珩磨标准

加工完毕的缸体

彻底清洁之后，就开始了最终的测量。

BMW要求的测量精度是±0.010mm，为了得到有效的测量结果，在我买得起的范围内，怎么也要搞个最好的千分表，了解到计量院标配德国马尔后，我就用了Mahr 1086， 0-25mm量程。跟汽修、改装的同行比起来，全电子Mahr让我显得完全不像是干这行的（虽然我真的不是干这行的），居然还有USB接口可以导出数据。

已知缸径84mm，已知内径千分表量程25mm，所以要把内径千分表基准值设定在84.000mm左右，教科书和坊间的做法是，用一把螺旋百分尺设定到84mm来做基准，问题是，你怎么能用一个百分尺去校准一把千分尺？设定百分尺最好用千分尺，设定千分尺，那怎么也得是万分尺啊，我搜索了万分尺，瑞典货，价格让我放弃，好在后来找到了光面环规这个东西，85mm的万分环规价格仍旧让人崩溃，退而求其次选择了千分环规，毕竟，虽然降低了标准，然而这个精度标准，我觉得还是可以凑活了。

用过内径表的朋友知道，过去的指针式量表测量的其实是差值，需要自己换算实际值。但这玩意可以设定基准值，然后直接测量读出绝对值，简直太方便。

最终测试结果：

镗缸前

镗缸后

完美的数据，强迫症现在就爽了。

铸铁部分在半个小时之后就开始生锈。

之前一直用的机油，那会老缸体还健在。

还是亲手给肛壁做清洁加涂油密封，隔绝空气。

封存，一桩心事总算了了。

Project M54 - 17 吹毛求疵的活塞与连杆balancing

改装圈一直流传的都市神话就是spoon改装的本田发动机，像我这样的热血少年就是憧憬着spoon神话长大的。

精确到0.1g的活塞配重，精确到0.1cc的燃烧室容积，在我们那个只有桑塔娜和富康的年代，这简直就是神话。

spoon是御用厂队，地位跟mazda speed，hks，tmd类似，只不过比他们更极端，以至于我在gt4里买的第一台车就是spoon civic。

SPOON B16B 红头引擎

SPOON F22C 红头引擎 S2000AP2用

最新款的SPOON K20C，还未上市

 当然，spoon搞得都是接近赛用的玩意，M54作为买菜机，宝马原厂对垂直运动件的要求其实只有活塞连杆（conrod）一项，要求最大重量差在±4g，这个范围就大得惊人了，而且还没算上活塞可能存在重量差。

M54原厂连杆（不含轴瓦）允许重量偏差就达±4g

你以为高性能高帅富的M3会好吗？

太天真了。

E46 M3上的S54B32，同样是4g

加上后面测量出来，活塞的重量偏差也接近±4g，总的偏差最大可能达到±8g！！

所以，我作为一个非主机厂工程师的角色猜测，有两种可能：

1、宝马觉得±8g的偏差不会影响动力，哪怕是在M3这样的高转高性能车辆上也不会影响，所以没必要细抠。 但这怎么解释其他高性能发动机比如spoon就这么细抠呢？

2、宝马觉得提高一致性所需的制造成本，和带来的体验相比，不值得投入，反正用户也察觉不出来，还不如降低标准多拉一拉毛利？不然凭什么60万就能卖你一台M3？

如果想要测量精确到0.1g，测量手段得要能精确到±0.01g。所以我去搞了台电子天平。

校准

一套六个新活塞

活塞销和活塞是一一配对，而且与活塞一起更换。

首先对活塞进行称重。包含了活塞、活塞销、活塞销卡口、三道活塞环。

每套活塞得重量都标注在盒子上，并编号。

可以看到，从412.8g到416.5g，光是活塞的重量偏差就已经有3.7g了。

我首先做的就是修整活塞重量。一般blueprinting修整活塞有两个办法，一是最通用也最简单的，从活塞底偷重，用钻头浅钻孔。下图重可以看到，虽然M54的活塞是铸造的，但是在活塞底部等位置有加强筋结构，此外M54活塞比较薄，铝活塞重量也很轻，同样的重量需要打掉不少材料，所以我不太大愿意选择第一种方法。

第二种方式是从活塞销，也是那一根粗铁棍的内孔中打磨偷重，此方法仅适用于调整较小的时候，因为活塞销受力极大，过分切削影响强度。

因为需要调整的在接近4g，所以我选择从活塞销孔偷重。

做完活塞配重平衡，就要做连杆的测量和配重了。因为连杆两头的运动轨迹不同，小头连接活塞，无限接近于垂直运动，而大头连接曲轴轴颈，更像圆周运动，因此一般需要对连杆两头分别进行测重。

连杆测重方式

专用的连杆测重台

准备仓促这次没买这台专用的台子，我看远离也不复杂，就自己山寨了一个。

连杆重量基本接近，因为做了ptfe镀膜的缘故，最大偏差在6g，我分别对连杆大小头做了切削修整。

测量、修整数据，本着尽可能少切削材料的原则，修整完后的连杆和活塞重量仍不是完全一致的，但并不要紧，最后我把两者按总重配对，尽量做到6组部件在垂直运动端和曲轴端重量一致。

又是吹毛求疵的一夜。

包师傅表示很欣慰

Project M54 - 9 Cylinder Header收工

我把每个螺丝孔都做了连线，按此进行全面的测平。远非横竖加斜线随便测测那种。

原厂手册的测平要求如下:

普通直尺是什么？专门测平用的刀口直尺。

原厂手册是不超过0.05mm就行，但我还是按照0.02mm为最低标准来测量。

三角形为达标线段，X未达标，基本依旧在0.03mm。这个情况还是让我很不爽。

原厂手册中，缸头高度140mm，允许加工高度139.7mm，加工极限0.3mm。

最后我决定，一劳永逸，直接上机床做平面加工，打薄0.1mm。

经过计算，如不更换气缸垫厚度，压缩比变化为0.1。但之前因为对燃烧室进行过修整，导入修整后扩大的容积，压缩比就几乎等于原厂值，所以还是可以使用标准型号汽缸垫。

其次是测量气门导管磨损间隙，原厂允许摆动间隙为0.5mm。否则就要重新镶嵌气门导管。

换用全新气门测量，各气门导管间隙基本都不超过0.25mm，完全在允许范围内，不需要更换。

终于收工了！

文章是浓缩的汗水，看着简单，实际上花了我4个多月的时间，忆苦思甜，先来看看当初的照片回味一下。

最后清洗并烘干整个机头，给铁质部件上油，封存。

之前烂尾的一个答案，我想，可以算是补充收尾了。

古董车/收藏车如何保证车况？

https://www.zhihu.com/question/62201639/answer/196111644

Project M54 - 14 和光同尘，腹内镀膜

马上就要组装发动机了，开始之前，我去了趟某工厂。

据老板说，他们是给某首艘起降飞行器国产大型水面舰艇做零件表面处理配套的小作坊，姑且就先这么吹吧。

老板之前也没处理过车辆配件，在探讨之后，我们决定试一试。

所有需要处理的配件都已经清洗干净待用，气门购买了全套全新的，传动链条购买了全新的原厂件。

部件coating在过去几乎全是赛用发动机的专利，这些年随着技术发展，民用发动机也越来越多地开始运用，比如进气道涂层、气门座圈涂层等，要在一台老款发动机上运用这些技术，只能自己来。因为没有前人经验，所以也属于摸着石头过河，一半实操一半探讨。

表面处理主要是几个思路：

1、摩擦件全部做moly coating，目标是减少摩擦，主要材料是二硫化钼，包括链条、正时机构；

2、气门杆同样做减磨的镀膜，初定也是moly，但需要考虑到极端高温，主要是排气门的工况，待探讨；

3、油底壳内壁、曲轴连杆、机油泵做避油涂层，主要是PTFE，加快机油流速，减少运动阻力。

4、探讨合用的燃烧室镀膜手段；

5、探讨排气管内壁涂层的手段，降低排气阻力；

6、探讨排气管外壁涂层手段；

1、Moly Coating

二硫化钼作为一种常用的“固体润滑剂”，能有效减少金属件摩擦，除了对间隙有严格要求的地方，我把几乎所有摩擦部件都做了镀钼处理。

活塞同样是摩擦件，原厂活塞本身就已经有了镀层。

左侧的M54新活塞整体应该是镀了类似二硫化钨的材料，裙部有较厚的涂层，一说是二硫化钼，一说是石墨，目前我也不确定

坊间销售的所谓锻造活塞，有一部分是全光的，也就是什么涂层都没的低端货

部分好一点，在裙部有镀钼层

再高端一点的，针对极端工况的活塞，顶部有类似陶瓷或金刚石镀层。主要是隔热，防止热量继续往活塞内部传导。

事实上，针对不同的用途和工况，活塞表面处理的手法有很多

2、气门处理

鉴于老气门已经彻底报废，我买了全套24根新气门。

气门杆部做了钼涂层，但感觉较厚。

老板说这种涂层二硫化钼耐高温在500度左右，我觉得用作进气门使用应该没问题，但用作排气门还是有点堪忧，毕竟排气温度肯定是超过500度的。但没有更好的处理手段，也只好先这样了。

老板还说让我放心，过段时间他会给我惊喜……

3、PTFE涂层

PTFE，也就是聚四氟乙烯，或者通俗地叫“特氟龙”，作为一种不粘涂层，有很好的表面清洁性。

原厂3.0排量的M54曲轴就做了表面处理，2.5及以下的就没。

原厂曲轴countweight部分也做了疏油表面处理，具体材质不知，谁懂得告诉我一下

刚清洁完毕的连杆

活塞连杆涂层

顺带把腹内部件都做了涂层。

刚送去时候的样子

机油泵

油底壳内侧和机油泵附件

油底壳安装面需要磨掉涂层并重新平整

油底壳安装面需要磨掉涂层并重新平整

4、燃烧室探讨

燃烧室的处理有陶瓷涂层、金刚石涂层等，此外还有运用PVD的氮碳化钛、氮铝钛涂层等，主要目的是降低热量散失，即通称的thermal barrier，兼带一定的防止积碳的能力。遗憾的是，我认识的工厂并没有这项能力，并且pvd貌似也不能运用在铝合金上，所以目前仅仅是停留在探讨阶段。此外，在不对散热做调整的情况下改变燃烧室热量传递的方式，后果也有待考虑。

5、排气管内壁涂层

计划是要上等长直通头段的。

目前，排气管外壁完全可以加工至镜面，但内壁就很难顾及了，我看过摸过一些排气管，内外壁粗糙程度区别相当大，属于面子好看里子不能看的类型。

做排气管内壁涂层的我目前只看到这一家有产品，主要是耐高温，增加表面光洁度，防腐蚀功能。

尽管在amazon上的评价两极分化严重，我还是打算买来一试

6、排气管外壁涂层

排气外壁涂层的两个作用，一是提高排温，进一步提高排气流速，为高转速做准备，二是适当降低引擎室温度，E46的机舱温度真的不是普通车子可以企及的，能下来一点是一点。

常见的排气管隔热手段有涂层和包覆两种，经过了解，我发现包覆的隔热水平大大超过涂层。

我记得之前曾经查过一款高炉用的隔热涂层数据，一般高炉要涂30-50cm厚的涂料，排气管隔热要达到普通石棉布的效果，估计要敷上2-3cm厚的一层……

一般taobao销售的就是VHT的涂料，我只能说，聊胜于无。

techline的这款开始有效了，但国内没得卖，我估计也没人用过。棉花糖倒是介绍过。

过程中我发现了目前做thermal barrier材料很牛的一家企业Zircotec，虽然他们家的陶瓷喷涂很有名，但他们家最牛的产品还是隔热布，F1、超跑，以及其他军工和工业领域大量使用他们家的产品。

Zircotec的多彩涂层，够骚气

我订购了一平米，看看效果。

最主流的产品Zircoflex隔热布，比起淘宝大量销售的石棉布隔热条，它更轻，隔热效果更强。

0.25平米售价在600元左右。想想你的法拉利为什么那么贵，因为人家全车包了不知道多少这种布。

取走样品后的第二周，老板又给我打电话了，说他最近一直在琢磨车用镀层，发现市场空间不小，打算加大力度研究研究。并告诉我，关于气门镀层，他有了新的发现，性能更好，问我愿不愿意试试。

试啊，我当然试啊，你要是下礼拜还有新技术，我肯定还试，边试边砸厂。MMP……不早说，害我又买一套气门。

新的技术是使用二硫化钨替代二硫化钼，二硫化钨可耐800度以上高温，润滑性能与二硫化钼不相上下，据他说使用了新的镀膜手段，镀层更薄，结合里更好，反正要继续出血就是了。

新旧镀膜方式对比

“老”气门

“新”气门。看在这个色泽的份上，我忍住没动手打老板

以上就是

Project M54 - 15 Double Vanos正时翻新

总装之前还有些微小的工作要做，比如vanos的修复 。

Vanos是宝***变气门正时技术的统称，是一种连续可变的控制机械。早期宝马使用的是Single Vanos，只控制进气一侧凸轮轴，后期开始使用Double Vanos，对进排气都进行控制。从单到双，是很大的进步。这也是为什么E36 M3前后款的两台发动机，S50B30（Single Vanos），S50B32（Double Vanos），后者达到了100匹/升的升功率。

1998年后，宝马车搭载的新一代Double Vanos经过重新设计，可控气门角度达到进气40°、排气25°，性能更佳。

Double Vanos在高转速下的进排气气门角重叠

不过它也有个致命的缺点。早期BMW Vanos的原理是：凸轮轴与花键轴向啮合，在转动惯性下，花键总是向外甩出，而Vanos用机油压力推动活塞顶住花键，在内外两个力的平衡下，精确控制凸轮轴的啮合深度，达到需要的正时偏角。

油压推动活塞，压入花键
Double Vanos持续控制花键深度

所以保持压力非常重要，但恰恰是这一点上出了问题。BMW很鬼畜地使用了Buna (Buna-N, NBR, Nitrile）丁腈橡胶密封圈。

Buna密封圈很常见，但严格受到化学和温度的限制。在发动机内部恶劣工况下，它明显不胜任。老化、变硬、收缩、断裂，任何一种都会导致Vanos功能失效。2000年左右，第一批搭载此款Double Vanos的车型就陆续开始出现问题，最后厂方也介入了，但宝马的最终回应是：“No further development will be done”。

所以一切只能自己来了，

拆散的vanos本体

小圈子里受到好评的产品

来个近照

跟原厂的丁晴橡胶不同，我用了氟胶做内圈，杜邦的铁氟龙料做外圈，铁氟龙作为一种摩擦阻力小又耐磨的材料，同时具有一定的弹性，能够很好地密封，很适合用在这里。

铁氟龙圈的精度特别重要，在这里精确到了±0.01mm，因为vanos活塞既要保持油压，又要能够迅速响应转速变化，进行活塞运动，因此厚度既不能太大也不能太小，在试验了很多批次之后我才找到了最好的尺寸。

密封圈表面做抛光处理，外侧面边缘做倒角，进一步提升密封、缩小接触面积，降低摩擦阻力。

更换活塞上的密封圈

组装完成后，晃动vanos，活塞不会跟着动，但用手指轻推，活塞又能被轻松推动.

完工备用

Project M54 - 16 元首的愤怒！曲轴测量与安装

新一期的project M54又来了，继续带给大家心脏压迫。

一大箱新配件，半台发动机在里面

首先从缸体开始，曲轴，作为一台发动机运转核心，各种运动件都围绕它依附于它，所以安装的第一步也就先从它开始。

不过开始前的第一步，还是先安装缸底喷油嘴。在前文中我们讲到过，这东西的作用是给难以供油的活塞底部和活塞销润滑和降温用的。（Project M54 - 2 继续拆解 ）

上螺纹胶，安装

缅怀一下过去

之后便是安装曲轴轴瓦了。

当然，直接安装是不可能的。永远记得，测量是第一步、加工是第二步、买新件是第三步、再测量是第四步、安装只是水到渠成的结果。很多时候，第二步根本就不存在，直接就跳到了第三步。

工欲善其事必先利其器，一堆工具到位

测量曲轴间隙用的是platigage，也就是俗称的塑胶尺。

彻底清洁曲轴轴瓦和颈部，扯下一小根放在每个曲轴轴瓦颈部。

按照原厂扭矩安装曲轴。因为曲轴螺丝是一次性使用的，一般都建议用旧螺栓打扭矩来测量，最后安装时再使用新螺栓。

不过我还是用了新螺栓来打，别问我为什么，吃过亏。我一共准备了三套，两套测试，一套最终安装，为什么要两套测试呢，别急，看下去就知道了。

万恶的宝马，螺栓是按根卖的，一根螺栓比得上人家一台车用的。

测量的过程极其徒劳，拧完螺丝，静置一会马上又拆开，一套螺栓就报废了……安装过程中切忌不可转动曲轴，然后极有可能出事故。

测量塑胶尺被压扁后的宽度，可以知道曲轴间隙是多少

我的轴瓦间隙全部都在允许范围内，且一致性很好。因为并不打算变动发动机转速或者做增压，也不变动机油压力，所以我就不打算调整轴瓦间隙了。

有志调整轴瓦间隙的同学，可以参考宝马的配件库，宝马提供多达6种间隙尺寸的轴瓦套，总有一套适合你。

虽然，曲轴间隙的测量在坊间极其罕见，除了个别改装动力的工作室，我很少看到有人测量。然而实际上，用塑胶尺测量也只是种便宜法门。

和气缸会产生不圆度一样，曲轴轴颈孔也并非正圆，各个方向上的直径并非一致，严谨的做法应该使用内径表测量至少两个方向上的轴孔直径。

原谅我的偷懒

测量完主轴承座的间隙，就要开始做第二遍测量了。

先把所有的塑胶尺清洗干净。

给轴颈抹上机油之后，再次安装曲轴，开始测量曲轴轴向间隙。

用橡皮锤前后敲击曲轴，检查第二片止推轴承thrust bearing的最大间隙

对比原厂手册，间隙也都在范围内。

两道测量做完，结果无误，最后的组装才算开始。

为了应对冷启动的磨损，宝马原厂建议使用机油做安装润滑。

此外，4S、修理厂、宝马原厂也建议用少量机油润滑螺栓，以求保护螺纹和获得更精准的接合力矩。

我用的是assembly lube，相比机油，它有着更高的抗剪性能，更少的流动性，在组装完成后，不用担心机油流失导致润滑不足，哪怕放置一年以上也不是问题，同时它快速溶于机油，在启动后的数十秒后就可以被机油溶解冲走。

抹，不要心疼，好东西要使劲抹。

抹，就像我吃芝士蘸酱一样。

抹到都溢出来了。

螺栓当然也要用最好的组装油。

然后，杯具来了。

曲轴转动阻力好大，都不能欢快地旋转，难道不应该像别人视频里一样，轻松地旋转吗。用尽了力量才能转动几下。

到底问题出在哪里呢，我做了完整而严谨的测量，我用了全新的件，我用了最好的组装材料，为什么为什么？

万不得已，我拆开了曲轴，这也就意味着，第三套螺栓也报废了……

祸不单行：

轴瓦出现了磨损

轴瓦磨损

噩耗！我做的那么好，为什么老天要么对我！

修理厂瞎拧螺丝的小工组装的发动机也能转得比我顺滑！

照这个样子组装的发动机，发动2秒钟就可以抱瓦报废了！

我找了很多高手问，最后在美国搞blueprinting的mianhuatang，也是我的启蒙人，给了我一个答案：问题可能出在组装油上。

他让我拍几张照片给他看看。

于是我就发给他了。

于是问题就找到了，组装油（或者应该说是膏）用多了。

这是一种性能完全和机油不同的东西，流动性极差，但抗剪性极强，使用的时候，只需要使用：

一点点

一点点

一点点

但是包装盒上完全没写用量和注意事项啊？

于是我跑到redline的官网，终于在产品特性下找到了很小的一行字：

only a small amount........

这么重要的事情不写在包装上，害我损失了一整套螺栓和轴瓦。

欺负新手吗？

生气归生气，不得已，又只好准备一套材料，bmw原厂货啊，哎，这么算下来，我一共干掉了四套原厂螺栓。

redline组装膏的正确用法，在经过我研究测试后，只需要very very thin的一层，稀薄到像直男在脸上抹精华液那样，可有可无，那一大罐4oz，我个人估计可以组装100台发动机都有余。我买了两罐，几乎可以垄断华东地区一段时间内的高性能发动机组装量。这种重复消费率，这种企业，怎么能好，怎么能在主板上市，MAGA怎么能够实现。

宝马的轴瓦，也是按片卖的，坑爹企业

要是还不顺滑，我就砸了这台机器

Project M54 - 18 日月换新天，活塞与连杆安装

没完没了的测量，没完没了的加工，经过这一切，终于可以愉快地组装了。

其实组装的部分相比前期工作而言超级简单，如果手脚麻利精力足够，半天就能做完。看起来最热闹的组装，其实只是金字塔上最后一块转而已。

…………不过话还是说早了，其实还有测量

测量活塞环切口间隙

测量活塞环轴向间隙

跟官方要求对照，全部都在范围内。其实OEM件基本不可能超标，改装发动机、定制件倒是需要做非常严格的测量和加工。

关于切口间隙end gap:

金属热胀会导致间隙缩小，如果测量时切口间隙过小，活塞环就会顶住甚至变形，因此活塞环间隙需要考虑到发动机设计工况，包括转速、进气方式、散热等因素，考虑初始间隙，过大则会密封不严导致燃烧室窜气严重，过小则会顶住，理想状态的间隙最好是能在设计工况区间内保持尽可能小的切口间隙，原厂oem不需要考虑那么多，改装引擎则需要精密加工了。

切口间隙加工器

关于轴向间隙axial gap：

在谈及轴向间隙的时候其实还涉及一个back clearance。

两者存在的最大意义是允许燃烧室气流进入环槽内，向外推动活塞环，垂直压紧缸壁。不正确的间隙则导致活塞环翻转，不能很好地密封，增大燃烧室窜气和磨损。

当然条件所限，我没法测量back clearance，只能相信oem产品了。

谈完活塞环，开始组装。

redline又有用武之地了，使劲抹

组装好活塞销

上好活塞环，待用

今昔对比一下

这里就来到另一个重要环节了，活塞环的开口方向：

官方的要求是三道活塞环各自间隔120°且不允许在活塞销开口上方，不允许在曲轴旋转方向90°上。

具体怎么开口，有很多种说法，考虑到提供主要气密的是第一和第二道环，我选择的方式是：

1、第一道和第二道环180°对向；

2、第三道环和第二道环间隔90°；

3、所有切口避开活塞销上方；

4、所有切口避开曲轴朝向90°。

2个环的活塞很容易布置，3个环最烦，但并不是活塞环越多越难布置，在4个环的活塞上，问题又简单了，上下两道之间都是180°布置。

组装完成的活塞环

压缩活塞环

到这里就不得不又吐槽了，这种厂件的弹簧钢片式压缩器，超难用！

难用在哪里呢，因为是旋转压紧式的，当你旋转钢片收缩，钢片会带动活塞环旋转……，老子好不容易对准的活塞环开口角度！

更恶劣的是，当你把活塞环箍紧，把他举在手里，活塞环是被固定住了，可是活塞还是会转动……

对我来说，活塞环开口角度那可是大事，装个活塞搞得我跟穿针眼一样，来来回回搞了一个多小时。

这才想起来，以前看到过的另一种活塞安装工具的好。

活塞安装漏斗

顾名思义，它上宽下窄，把活塞放进里面，不需要旋转收紧，直接一按，活塞和活塞环就会乖乖被塞进气缸里，一点不会改变角度。

大众系官方都采用这种工具，羡慕

宝马还是那么脑残

没办法，还是自己画一个作出来，以备将来所需。

先给气缸壁上油润滑。

终于一个一个地把活塞塞进去了。

开始把活塞连杆小头安装到曲轴上。

今昔对比一下，换了人间天啊。

当然，测量工作还是要做，连杆小头轴瓦的间隙测量，过程同曲轴大瓦。
参考原厂间隙数据，都在范围内。

然后开始真正的组装，用了一套全新的原厂连杆螺丝。

连杆因为运动轨迹不规则、受力巨大，因而对于连杆螺丝的强度和紧固的要求都非常高，有着极端工况的改装发动机在换用连杆后，一般都会换用强度更高的连杆螺丝。

此外，在连杆螺丝的紧固上，也会用到Rod Bolt Stretch Gauge，直接测量螺栓伸长量，来测量紧固强度。

其实所有的螺栓都应该采用这种方式来测量，然而实际上，只有连杆螺丝因为独特的位置优势（通孔），可以被测量到伸长量。比较遗憾，我因为没有这套设备，只好按照官方的办法来，扭力 角度。相比直接测量伸长量，扭力 角度的方式在我看来相当于“盲测”，螺栓的预紧、螺纹的清洁和一致性等，都对最终结果有较大影响，因此，我之前做的螺纹清洁和导正，是极其有必要的。

费那么大劲清洁所有螺孔，还是有必要的

除了清洁，另外还准备了利器。

按照官方要求来吧。

这次我发现了redline的一个偷懒用法，再也不怕卡住了：涂抹适量组装油后，再滴上几滴机油，组装油溶于机油，马上就变得富有流动性，十分方便。

活塞安装完毕。

今昔对比一下。

Project M54 - 19 知乎大V拯救宝马？气门与密封安装

老规矩，上来先测量。

懒得买千分表座了，用土法测量吧。

都在允许范围内

气门组装

来个今昔对比。

开始做气门气密测试。

严格来说，还是要给气门做加压（燃烧室）或负压（气道）测试的，本来想好了的，不过实在找不到设备，这次就算了。

鉴于有些人处于好心或出于其他想法提出的专业度的要求，我想说，你倒是在自己卧室里放台空压机和三坐标啊。

原厂大修包里的且气门密封圈，valve stem seal

全套气门拆装工具

你猜猜原厂送的这跟塑料管子有什么用？

全部安装到位

开始安装气门弹簧

我也是后悔，买了最原始的一种气门弹簧安装工具，弓形弹簧夹，效率低到无语。差一个气门就要拧半天，早知道就买快拆了。

用布包上接触面，以免划伤气门

安装完毕

原先拆下来的气门螺杆，已经清洗完毕

安装到位

安装到位

今昔对比一下

我就知道事情没那么简单。

E46这台车很有名，几乎每个知乎上的二手车大V都知道它有个最大的特点：烧机油。

烧机油的最大的罪魁祸首，就是气门油封了。

知乎上很多主机厂大V都表示，他们的车子都是经过了几十万公里的路试，他们的部件都是经过了实验室严谨的测试，然后再量产的。而他们的工作，就是设计并执行这项高大上的工作。

我相信他们说的这些手段，在2005年之前的德国宝马，应该是不存在，或者说执行不到位的。

不然也不会出现十万公里的E46气门十台漏八台的情况，基本就是这个气门油封失效导致的。

再加上以前我讲到过的Vanos密封失效，大家声讨宝马，宝马表示我知道但我不打算改进。

再加上大量的E46油底壳漏油、机油座漏油、气门室盖垫漏油……，我相信，宝马密封件的测试和供应是长期处在一种失控的状态的，以至于到了E90和F30这两代新宝马上，密封件泄漏的事件还大量发生，频率和失效周期远超其他品牌车辆。

我一直怀疑宝马橡胶件的供应商是亲属裙带关系。

对了，我也一直在想，宝马怎么就不从我们知乎挖几个专业大V过去呢，有了他们的专业度，解决宝马的密封短版，指日可待啊。

指望官方是指望不上了，同人来救场。

本来气门弹簧都安装好了，结果后来知道有了改进版的气门密封圈。

我想都没想就买了。新的气门密封圈一套分两种规格，分别是进气用和排气用，据说用了比原厂更耐久的材质，杜邦原厂的氟橡胶料，其中排气门配方不同，可以承受更高的温度。因而也可以缓解甚至解决M54气门密封泄漏的问题。

新旧对比

再苦再累也要把自己装的套拔出来，可惜了一套全新原厂密封

安装完毕！

Project M54 - 20 关爱下半身，机油泵、油封、油底壳组装

歇了几天，开始组装M54的下半身。

M54的下半身包括了几样东西：

1、机油泵

2、挡油板

3、后曲轴油封

4、油底壳

机油泵相对简单

黑色的外表是因为特氟龙涂层

按要求打扭力

黑色的一整块就是机油挡板，防止颠簸状态下机油溅得太高太多，乙方面增加阻力，乙方面导致oil starving，吸不上油。

说到oil starving，下赛道或者经常做大G力运动比如漂移的，M54改装标配的还有oil pan baffle。

在原来空空荡荡的油底壳上打孔安装这东西，挡板带活动挡片，可以限制机油溢出，如果不改装干式油底壳，继续保留湿式油底壳，又要参加赛道或者漂移之类活动，就是必须的配置了。总的来说对M54是个很好的补充。我这次没有采购，将来如果再次解体保养才考虑吧。

安装前油封

更换后油封

在更换后油封的时候遇到个问题，因为发动机翻转台架是紧固在发动机尾部的，正好遮挡了油封位置，所以想要更换油封，就只能先把发动机放下来。但是液压顶已经被我扔掉了，怎么才能把几十公斤重的半台发动机卸下来呢。

我就想到了干船坞这种类似的东西。

垫上大量的稿纸。然后缓缓抽出反转架。

成功！后油封暴露出来了。

更换就是很简单的事了。

安装整个油封盘。

重新装回台架。

心血来潮搞了个钛合金强磁油底壳螺丝。