寶馬M5和M6轎車(chē)上搭載了高性能V10發(fā)動(dòng)機（圖1），它是首款連續2次入選“世界年度發(fā)動(dòng)機”大獎評選的發(fā)動(dòng)機，此項評選的評委由全球近60位權威行業(yè)記者組成。在如此驕人的成績(jì)背后，離不開(kāi)馬勒公司的大力支持。作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導者，馬勒為V10發(fā)動(dòng)機提供了眾多的零部件，包括活塞、連桿、活塞銷(xiāo)、凸輪軸、空氣濾清器以及排氣歧管等。下面讓我們通過(guò)技術(shù)剖析來(lái)領(lǐng)略V10發(fā)動(dòng)機成功背后的秘密。

圖1 V10發(fā)動(dòng)機

　　V10發(fā)動(dòng)機的概況

　　V10發(fā)動(dòng)機的設計靈感源于一級方程式比賽。工程師選擇了高轉速自然吸氣式發(fā)動(dòng)機，通過(guò)增加扭矩來(lái)提高發(fā)動(dòng)機性能。V10發(fā)動(dòng)機的最高轉速達到了8 250 r/min，這雖然比不上寶馬威廉姆斯F1賽車(chē)發(fā)動(dòng)機轉速（1.8萬(wàn)r/min），但我們必須明白， F1賽車(chē)的發(fā)動(dòng)機在一個(gè)賽車(chē)周期只需要行駛800 km，而V10發(fā)動(dòng)機必須保證在任何氣候條件、交通狀況以及駕車(chē)風(fēng)格中延續使用車(chē)輛的整個(gè)生命周期。

　　經(jīng)過(guò)不懈的努力，最終搭載在寶馬M5轎車(chē)上的V10發(fā)動(dòng)機的質(zhì)量?jì)H為240 kg，與其前任的8缸發(fā)動(dòng)機的質(zhì)量幾乎一致。V10發(fā)動(dòng)機的2列氣缸的夾角為90º，這樣既實(shí)現了結構的緊湊，又可以降低工作振動(dòng)并實(shí)現質(zhì)量平衡。

　　V10發(fā)動(dòng)機的主要部分

　?。?）氣缸體由鋁硅合金制成，氣缸內壁采用堅硬的硅晶體材料，無(wú)需輔助襯套，活塞的運動(dòng)都在無(wú)涂層的內徑為92.0 mm的氣缸中進(jìn)行，氣缸沖程為75.2 mm。極高的燃燒壓力和溫度將增加曲軸箱的壓力，因此工程師選擇了一種源于賽車(chē)的緊湊而堅固的臺板結構設計。鋁臺板帶有灰鑄鐵鑲嵌件，可以幫助降低氣缸的熱膨脹性，確保高精密的曲軸對準，并在整個(gè)工作溫度范圍內保持主軸承的間隙。為了保證與相鄰鋁框架耦合，灰鑄鐵鑲嵌件上都開(kāi)有孔，這種結構還有利于發(fā)動(dòng)機的聲學(xué)性能的改善。

　?。?）堅固且質(zhì)量均衡的曲軸由鍛造鋼制成，質(zhì)量?jì)H為21.8 kg，它使用了6個(gè)支撐軸承。主軸承直徑為60.0 mm，軸承寬度為28.2 mm。

　?。?）輕型活塞由耐高溫的鋁合金和鐵質(zhì)膠膜制成，質(zhì)量為481.7 g。在壓縮比為12:1的情況下，壓縮高度為27.4 mm?；钊ㄟ^(guò)燃油噴射進(jìn)行冷卻。

　?。?）鋁氣缸蓋上集成有空氣管道，可以用于空氣噴射，這種設計對于快速預熱尾氣催化轉化器十分重要。

圖2  驅動(dòng)氣門(mén)的球形挺桿

　?。?）驅動(dòng)氣門(mén)的球形挺桿（圖2）使用了液壓閥，這能夠對氣門(mén)的開(kāi)啟起到補充作用。液壓閥自動(dòng)調節，無(wú)論何時(shí)都能夠提供最佳氣門(mén)調節。通過(guò)系統地優(yōu)化氣門(mén)組件，V10發(fā)動(dòng)機的運動(dòng)質(zhì)量比模型降低了17.5%。

圖3 配氣機構

　?。?）發(fā)動(dòng)機配氣機構中（圖3），進(jìn)氣門(mén)頭部直徑為35.0 mm，排氣門(mén)頭部直徑為30.5 mm，氣門(mén)桿直徑僅為5.0 mm。在吸氣沖程中，這么小的直徑使得氣流的進(jìn)入幾乎沒(méi)有阻礙。

　?。?）發(fā)動(dòng)機的輸出功率越高，對熱量控制的要求就越高。V10發(fā)動(dòng)機的冷卻系統采用了橫流設計，冷卻系統中的壓力損失能夠降到最低。每個(gè)氣缸都能分配到最佳數量的冷卻液，這可以確保氣缸蓋中溫度均勻分布，并降低關(guān)鍵區域的最高溫度。

圖4 雙VAOS控制系統

　?。?）寶馬的雙VAOS（可變凸輪軸）控制系統（圖4）也是V10發(fā)動(dòng)機的一大特色，它可以確保最佳進(jìn)氣和排氣時(shí)間，可以使凸輪軸的角度根據節氣門(mén)的開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機的轉速進(jìn)行調節。為了精確調節凸輪軸，需要非常高的油壓來(lái)驅動(dòng)凸輪軸，因此在曲軸箱中安裝了一個(gè)徑向活塞泵，它將發(fā)動(dòng)機潤滑油加壓到8 MPa。

圖5 排氣歧管

　?。?）排氣歧管（圖5）的壁厚僅為0.8 mm。為了實(shí)現反壓力最低，并優(yōu)化氣體動(dòng)態(tài)設計，工程師在排氣系統的消聲器上使用了雙流量設計。帶有金屬涂層的催化轉化器十分靠近發(fā)動(dòng)機，催化轉化器內部有2種底置式催化劑，能夠清潔發(fā)動(dòng)機的尾氣，使排放符合歐Ⅳ標準。薄壁式排氣歧管具有低壓力損失和高機械強度等優(yōu)點(diǎn)，在冷起動(dòng)后能夠快速達到最佳工作溫度。