国产X5中期改款即将发布,一直对有比较先进的内燃机比较感兴趣,B58TU2资料比较少,直到大神pkpk1说了一些这款发动机的情况。
省流量:
1、基础结构未作更改,缸径、行程均未变,根据最大扭矩转速延后推测,涡轮尺寸加大,功率增加;
2、缸盖采用3D打印技术,冷却效率更高(S58似乎也是这技术);
3、VANOS系统电气化,有助于降低冷启动排放,ASSH机构与valvetronic结合,滑行时封闭进排气,减少机械和泵气损失;
4、直喷压力未变,增加歧管喷射,减少进气积碳,适应国六B、欧7;
5、新7的ISG电机功率13kW,中改X7电机功率9kW,应该是发动机+变速箱长度不一样,X7是中改,放不下功率更大的ISG电机(个人猜测),机油采用0w12(这么稀?)。
以下内容来自微博大神pkpk1,链接:https://m.weibo.cn/1755295525/4827780434625661https://m.weibo.cn/1755295525/4827780434625661
虽然随着新7系的公布,B58TU2也跟着面世了。不过网上实际技术信息很少,这里就做个B58TU2变化解析。
首先,B58TU2其实已经是属于宝马新内燃机策略中,Efficient Dynamic Next (EDN)系列的模块化发动机了。
这个系列中,48v电气化以及降低运行阻力是是优化重点,发动机本身也要同时实现高功率输出以及全域lambda 1燃烧。
以下就以9张图说说其变化:
【图1】基础对比
发动机本体基础硬件设计没有根本性的更改,排量和压缩比均保持和TU机型一致。但由于以下技术的引入,整体WLTC油耗比上一代B58TU减少0.6-1.0升/100公里;
【图2】缸盖新设计
缸盖设计重点主要分为两方面,一个是在散热水套上适配Lambda 1燃烧概念,另一方面是整合ASSH和eVANOS系统。这个缸盖是和Schäffler合作开发的,使用了3D打印技术来制造铸造模具。由于VANOS不再是液压动作的,所以其油管也可以省去。3D打印的塑造模具优势在于水套的几何形状设计自由,可以与发动机的冷却要求最大可能的匹配。
此外,和之前的B58TU(这里包括后期ZIK)不同,缸盖的散热水道做了几乎重新的设计,不再仅仅是冷却液从侧边进入然后直接“冷却”一次后从排气侧的出口流走,而是采用了反向冷却的概念:现在缸盖的进排水口都在进气侧,冷却液在缸盖内是一个类似8字的走向,充分利用冷却液的冷却能力。
【图3】eVANOS
B58TU2在进气和排气两端都换用eVANOS。与之前传统的液压VANOS相比,eVANOS在发动机启动瞬间,不需要等机油建压力就可以就对凸轮的相位优化,从而大大减少了冷启动时的原始排放。因为其实现在大部分的污染物排放,都是在冷机启动时排出的,在工作温度日常行车时候,现先进发动机的排放其实都极低。
相位作动电机是三相的永磁电机,通过谐波齿轮对凸轮轴相位进行调整,进排气侧的电机完全一致,但这个机构并不由DME直接驱动。
【图4】ASSH机构
一句话解释,他就是和valvetronic结合,用于进排气门停止作动的机构,用来降低fuel cut滑行阶段时候的拖拽阻力的。通过停止进排气门的作动,一来减少了作动的机械损失,二来让气缸密封,空气在里面就像一个弹簧被压缩&膨胀,减少泵气和机械损失。
如何实现?
进气门就很简单了,直接使用宝马看家的valvetronic技术,但TU2上的升程范围拓展到了0,普通车型上则没有。
那排气门也做一个简化版的valvetronic就好了:具体实现原理是通过两根杆子,分别对应135, 246缸,对气门摇臂的固定pin进行移位,让摇臂滚轮与凸轮间产生间隙,从而使得凸轮压缩作动失效。
在大众集团里,ACT技术里的进排气门的停止都是零升程凸轮来实现的。由于宝马这个只用在断油滑行阶段起作用,并不能做到行驶中的歇缸效果,所以原理和结构都相对简单不少。
【图5】双喷射
直喷压力依然维持在350bar,喷油嘴设计以及位置和TU机型保持一致,仅在进气道加入了低压喷射系统。
【图6】Lambda1 燃烧和米勒循环
全域的均质燃烧确保了后处理的三元催化可以在全工况下都能高效处理排放物,也为全球不同市场的排放标准的打下了坚实的基础。
为了同时实现功率提升和全域Lambda1燃烧,除了前面提到的需要优化缸盖水道来提升散热效率,内部需要需要引入米勒循环来降低燃烧&排气温度。为了实现米勒循环,进气cam的开启时间短了26°。但同时由于进气门早关,涡轮的压气效率要进行提升,才能在短时内压入足够多的空气,才满足高功率输出的要求。为此,涡轮的本体做了改变,让压比和空气流量共同扩大,同时满足米勒循环和功率提升的要求,涡轮段的耐温为1050°。为了协同高压比设计,水冷中冷器的冷却能力也提升了26%。
【图7】原生颗粒物排放和热效率
增加歧管喷射主要是降低颗粒物排放,其中途中1区域是全进气歧管喷射区域,这个区域的和之前的直喷策略相比并没有减少颗粒物排放,但歧管喷射允许较高的残余气体含量,以优化消耗量。而占比较大的2区域则是直喷和歧管喷射混用区域,直喷的使用比大大降低,原生的颗粒物排根据工况点不同可以降低50%-95%。而低转高扭区域则是全直喷,保证动力响应和输出,但由于新的燃烧方式和标定上的优化,颗粒物依然能降低20%-50%
通过双喷射,米勒循环,lambda1以及其他标定措施的优化,B58TU2在非常广的区域内都实现了240g/kWh的油耗,最低点甚至到了224g/kWh,相对应热效率为37.58%。
【图8】48V混动系统
7系上市宣传的其中一点是它的48V系统可以低速纯电行驶,结合之前ZF推出的带P2结构48V电机的4代8HP,很容易就让人想到7系上搭载了48V P2混动系统,其实并不是!新7系的48V混动系统是和奔驰W223 S级的一致,均为P1无K0断开离合器的结构。也就是说,7系的纯电行驶是带着发动机来走的!
宝马对采用此策略的解释是主要有3点:
·研发阶段的确有考虑过P2结构,但由于48V系统仅在低速时候激活纯电策略,故启动的时候需要额外的电能才能确保发动机在低速下的启动无感。经过在实际行驶工况中,由于得益于各种减阻措施,这种P1的结构反而比P2更省。
·由于发动机一直被拖拽着,所以其转速可以大部分时间维持在怠速以上,也就是直接高转速点火,从根本上消除点火时的抖动。这样一来,即便是频繁的点火熄火,也不会让车内的人察觉到,nvh得到了提升,这对于7系车型定位来说十分重要。
由于省去了一个离合器及作动机构,纵向空间得以减少。
从图中可以看出,ASSH配合Valvetronic在关闭气门的时候,其2000rpm转速以下的拖拽阻力减少了65%至多,仅仅为10Nm出头,这可比不少1.5 4缸发动机还要优秀。
这个阻力值对于14kW的P1 48V电机来说真是小菜一碟。
【图9】尾气后处理
B58TU2发动机满足全球所有的排放标准,后处理系统能依然分为带(欧洲和中国大陆)和不带GPF(北美以及其他要求低于欧6c排放的地区)的版本。其中对于带GPF的版本,GPF从之前位于车底的位置直接移动到了前三元后面,采用紧耦合的设计,同时GPF还带有催化涂层(相当于四元),承担部分因前三元体积缩小带来的额外催化工作。同时GPF的内部设计还进行了革新,缓解了高背压与捕捉效率之间的矛盾,在保证100kW/l的输出功率比情况下,还能达到85%的颗粒捕捉效率。至于部分对CO和NOx要求严格的地区,车底还会有一个后置三元。
在原生排放以及后处理系统的整体优化下,排气管出口的排放物水平整体下降了44%,不仅满足现在全球所有的排放标准,在面对将来的欧盟的欧7和中国的国7以及北美的完全版LEV III都可以在不改变布局/设计的情况下,通过调整贵金属用量和内部结构,满足法规要求。
总结:
B58TU2是首台采用EDN策略&技术的B系列发动机,未来新5系上会搭载使用EDN策略的新B48发动机。
未完待续。。。
上次解析完B58TU2后(微博正文),又得到了一些额外的信息,还有G70新7系和X7 M60i上用的S68部分图解,图片简单明了就直接放图自己看就好了,说说里面比较有意思的点。
1、宝马在B58TU2上采用歧管喷射的其中一个目的写得清楚就是避免进气门积碳。从看它的工作区域来看,除了低转高扭采用纯直喷外,其余的1和2区域都有歧管喷射的参与,而且工作占比不小,所以的确有用冲刷进气门的作用。而大众集团EA888只在低扭矩阶段采用歧管喷射,其余全是直喷的策略导致了实际使用中歧管喷射的占比娇小,冲刷能力娇弱,进气门积碳依然不容乐观。这也一定程度上解释了为什么大众集团在后续发动机研发中是走升级喷油压力的路线,而宝马是加入了混合喷射。
PS:其实早于B58TU2,横置平台的B48TU2 也早已经在2021年加入了混合喷射。
2、非常惊讶的,宝马居然用上了0W12机油。查看最新的SIB,宝马的确是给X7和新7上的B58TU2配备上了0W-12, Longlife22FE+的机油,实在是让人“敬佩”,不知道是否能坚持欧洲2年3万一换的周期。
3、S68具体都是小修小补了,也没有太大的更新,都是为了满足法规而做的调整。宝马也没有办法做什么新的投入了
到目前为止,宝马应该是唯一一家同时售卖3种构型48V轻混系统的厂家。
市售的车型中,既有P0构型的BSG,还有P1和P2.5构型的ISG。
有些有意思的地方值得说下:
1、P0 构型的BSG是最早出现的,首搭载车型为LCI后的G3x 520d车型。
· 此构型延至今依然使用,并广泛搭载在横置、纵置,四缸、六缸车型上。其最高输出功率为8kW。
· 由于传动比的原因,电机输出功率并不能叠加内燃机来提升整体系统输出功率,只能在中低转速区域进行Boost。
· 系统里的48V锂电池和DCDC都采用了连接了单独的低温水冷回路。电机本体是风冷的,功率电子模块则是连接了机油热交换器的高温回路。
2、P1构型是随着最先是B58TU2出来的,国内外的新7系和改款后的X7均有搭载,在欧洲还和上述两款车型的柴油版进行适配。
· 电机位于在变速箱与发动机之间,属于变速箱的模块之一,而变速箱本体属于第四代采埃孚8HP序列。目前宝马使用的P1构型48V电机最大功率为13kW(G70 7系)和9kW(G07 X7 LCI)。
·有意思的是:这里在汽油机动力序列里,功率是无法叠加的,内燃机最大功率=系统最大功率
但在柴油机序列里,功率则会叠加:
例如740d标示的最大功率220kW=210kW内燃机+10kw 48V P1电机
例如X7 40d标示的最大功率259kW=250kW内燃机+9kw 48V P1电机
3、宝马的P2.5构型可能并没有被大多数人所熟知,因为它是2021年首先在代号U06的2系旅行MPV改款上搭载的,与B48TU2发动机搭配,U11代号的新X1也是此款动力总成。
· 电机采用Add-on方式直接侧加在变速箱上。变速箱是麦格纳的7HDT302/400,48V电机只与偶数挡位轴相连,最大输出功率为14kW。
· 有意思的是:
在这个平台里,无论是汽油机还是柴油机,系统功率都是在内燃机功率上+10kw
例如X1 23i标示的最大功率160kW=150kW内燃机+10kW 48V P1电机
例如X1 23d标示的最大功率155kW=145kW内燃机+10kW 48V P1电机
· 冷却构型上宝马为其做了完善的冷却,专用的低温冷却回路串联了电机,DCDC,锂电池。