[摘要] 除了技術(shù)因素，嚴(yán)苛的排放法規(guī)和大排量汽車征收的稅費也影響了寶馬的決定，小排量渦輪增壓的發(fā)動機(jī)會增加寶馬i8的競爭力。

近年來，渦輪增壓流行成為近年來的一個趨勢。像寶馬i8插電混合動力使用了1.5T渦輪增壓發(fā)動機(jī)，而沒有使用V8或者V6的自然吸氣發(fā)動機(jī)。

寶馬i8插電混合動力汽車早在2009年就在法蘭克福車展上展示，不過當(dāng)時的名字叫做Vision Efficient Dynamics Concept。

傳言在寶馬i8進(jìn)行開發(fā)的時候，最初要搭配V10引擎的，并以此路線進(jìn)行研發(fā)。之后BMW的工程師又把注意力轉(zhuǎn)向了V8與六缸引擎，甚至一度要制造出原型車。

但是最終的結(jié)果，就像我們今天看到的，BMW決定將其設(shè)計為一款只有三缸渦輪增壓發(fā)動機(jī)的混合動力車型，放棄V10、V8等高缸數(shù)引擎，六缸方案也否決掉。

為什么寶馬會放棄大排量自然吸氣發(fā)動機(jī)而選擇小排量渦輪增壓引擎呢？

i8的定位和大排量發(fā)動機(jī)的難題

寶馬i8在售價在10萬歐元左右，大約是寶馬7系高配的價格，屬于高檔轎跑車。帶有新能源和時尚的標(biāo)簽，但不屬于超跑的概念，仍然采用雙門四座設(shè)計，對車內(nèi)空間和實用性有一定要求，不能像保時捷918一樣，純粹從性能考慮，這就是限制了寶馬i8的設(shè)計。

寶馬i8插電混合動力車

而在這個定位下，寶馬i8如果采用大排量V10或者V8發(fā)動機(jī)，無論前置或者后置，剩余的空間就很難再安排插電混合動力，特別是強(qiáng)混，新能源的標(biāo)簽也就難以貼上。寶馬i8會成為一臺使用了一些減重材料，有低風(fēng)阻的傳統(tǒng)轎跑車。這顯然不是寶馬的初衷。

寶馬后來準(zhǔn)備開發(fā)的六缸發(fā)動機(jī)也遇到了難題，這和寶馬i8的動力布局有關(guān)。

寶馬i8采用前后混聯(lián)的混合動力方式，有兩臺電機(jī)，有發(fā)動機(jī)有變速箱，有電池，有油箱，總體重量本身就比較大。而V6發(fā)動機(jī)本身的重量也比較大，再加上配套的變速箱，車身重量會非常大。如果采取這個方案，會讓寶馬在i8上減重的努力化為烏有。

i8為了控制車重采用了LifeDrive的模塊化結(jié)構(gòu)，底盤選用鋁合金材料，車體采用碳纖維材料制造整體座艙，同時使用康寧玻璃等一系列高成本的減重材料，如果因為動力系統(tǒng)最后把車做成超重，那么高昂的減重成本就變成笑談了。

i8的LifeDrive架構(gòu)

此外，大排量發(fā)動機(jī)還有一個散熱問題。因為按照i8的布局，屬于后置發(fā)動機(jī)，后置發(fā)動機(jī)的散熱本來就是難題。

更糟的是i8還是插電混合動力車型，而動力電池是最怕熱的，發(fā)動機(jī)的熱量對電池組的影響必須嚴(yán)重考慮，絕對不能馬虎。大排量發(fā)動機(jī)本身發(fā)熱不說，就是排氣管釋放的廢熱都會給電池造成危險，最明顯的例子就是保時捷918。保時捷918的排氣管像兩個馬尾辮一樣直接把廢氣排到天上，就是怕傳統(tǒng)的排氣方式會加熱電池，造成重大事故，所以寶馬因為散熱問題放棄六缸發(fā)動機(jī)的說法并非空穴來風(fēng)。

除了技術(shù)因素，越來越嚴(yán)苛的排放法規(guī)和大排量汽車征收的稅費也影響了寶馬的決定。小排量渦輪增壓的發(fā)動機(jī)的排放優(yōu)勢和稅費優(yōu)勢會增加寶馬i8的競爭力。

市場定位和技術(shù)上、非技術(shù)上種種的難題是寶馬i8放棄大排量發(fā)動機(jī)的第一個原因。

渦輪增壓技術(shù)的進(jìn)步

傳統(tǒng)上寶馬是非常不愿意在汽車上使用渦輪增壓發(fā)動機(jī)的，一直以自然吸氣為榮，而近年來技術(shù)的發(fā)展讓寶馬逐漸改變了對渦輪增壓發(fā)動機(jī)的看法。能在i8上使用渦輪增壓發(fā)動機(jī)與近年來渦輪增壓技術(shù)的進(jìn)步也有很大關(guān)系。

寶馬在二戰(zhàn)時是做飛機(jī)發(fā)動機(jī)的，做渦輪增壓發(fā)動機(jī)的時間非常早，對早期渦輪增壓發(fā)動機(jī)的弊病有很深的認(rèn)識。渦輪增壓發(fā)動機(jī)的問題主要有三點。

1、燃油效率低帶來的高油耗

我們知道，內(nèi)燃機(jī)只能把燃料熱能的三分之一左右轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，剩下三分之二能量都變成熱能排放掉了。渦輪增壓可以帶來更高的功率，同時也就產(chǎn)生了更多的廢熱，而廢熱帶來的高溫容易引起燃料的震爆。

震爆是指燃料在發(fā)動機(jī)內(nèi)還沒有等到花火塞點火就先燃燒爆炸了，嚴(yán)重影響動力，甚至?xí)斐砂l(fā)動機(jī)損壞。震爆和氣缸內(nèi)的燃料濃度、溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。而渦輪增壓既提升了壓強(qiáng)，又增高了溫度，就特別容易產(chǎn)生震爆。使用中冷器可以緩解，但是渦輪增壓發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的總壓縮比還是比自然吸氣引擎還大。

為了解決這個問題，渦輪增壓發(fā)動機(jī)在設(shè)計的時候就不得不提供一部分多余的燃料霧化成氣霧用于帶走多余的熱量，防止震爆的產(chǎn)生。

這樣的設(shè)計是建立在犧牲燃油經(jīng)濟(jì)性之上的。要完整燃燒汽油，理想的空氣與燃料之比是14.7:1，而通常一部擁有渦輪增壓引擎車在最大的空氣與燃料值大約是12:1。這就增加了渦輪發(fā)動機(jī)的油耗，所以早期的渦輪發(fā)動機(jī)名義上排量小，但是實際油耗并不低。

2、動力不線性和渦輪遲滯

廢氣渦輪增壓，是靠排氣排出的能量推動渦輪，然后給發(fā)動機(jī)吸氣部分加壓，提供更多的空氣，增加氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)，提升功率。

但排氣排出來的能量并非隨叫隨到。首先，渦輪有個起作用的轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定水平，能夠帶動渦輪轉(zhuǎn)動的時候，才會產(chǎn)生作用，低轉(zhuǎn)速下，渦輪是不工作的。

因為渦輪發(fā)動機(jī)設(shè)計的時候空氣與燃料比值小，效率比自然吸氣發(fā)動機(jī)低，排氣管內(nèi)的渦輪又阻礙了廢氣的排放，又吃掉一部分功能。所以在達(dá)到一定轉(zhuǎn)速前，廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī)的功率反而是不足的。

而深踩油門之后，渦輪起作用，動力會有一個比較突兀的增加，這種非線性的變化就影響了駕駛的感覺，尤其是市區(qū)駕駛，經(jīng)常一腳油門后又不得不一腳剎車。

此外，踩下油門后，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提升，排氣增加，帶動渦輪，增加進(jìn)氣，發(fā)動機(jī)功率提升。這個過程需要一個時間。所以，渦輪增壓的車有一個遲滯，自然吸氣動力隨叫隨到，而渦輪增壓就需要延遲幾秒。

同樣，在收油的時候，油門是松了，但是渦輪由于慣性停不下來，還繼續(xù)著加壓的過程，這就需要泄壓閥來排出過多的空氣，汽車油門的響應(yīng)同樣有個延遲，這種渦輪與控制動作的時間延遲就是渦輪遲滯。渦輪尺寸較大的車型尤其明顯。

對于強(qiáng)調(diào)操控感的寶馬來說，這種影響駕駛體驗的問題是不能接受的。

3、壽命和可靠性

最早的渦輪增壓發(fā)動機(jī)故障頻頻，后來盡管可靠性有所提高，但是故障率依然較高。因為渦輪的轉(zhuǎn)速極高，對渦輪的材料、工藝要求就很高，這就是造成了渦輪增壓器的成本居高不下，而且維修更換費用高。

同時，極高轉(zhuǎn)速的工作給保養(yǎng)、散熱提出了高要求，機(jī)油要好的，機(jī)油清潔度要求高，臟了要及時更換。散熱要求高，以前渦輪增壓的車停車后是不能馬上熄火的，而是要待機(jī)一段時間保證潤滑和冷卻系統(tǒng)的工作，以免損壞渦輪。

近年來，隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展，特別是電子控制技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸找到了解決渦輪增壓種種問題的辦法。

1、電子油門和缸內(nèi)直噴解決高油耗

渦輪增壓發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性不好的原因是為了防震爆，犧牲了燃油的經(jīng)濟(jì)性，而節(jié)油的關(guān)鍵就在于解決震爆問題。

受益于新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在大多數(shù)的汽車都是電子油門，引擎管理系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)時溫度、燃料品質(zhì)、海拔高度及其他因素控制歧管壓力與燃油壓力，通過傳感器感知信息，控制供油，進(jìn)而防止震爆成為可能。

通過電子控制手段，渦輪增壓發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性問題有了很大提升?，F(xiàn)在的渦輪增壓發(fā)動機(jī)油耗不再偏高，甚至同等功率下油耗還低于自然吸氣發(fā)動機(jī)不少，有很好的經(jīng)濟(jì)性。

2、雙渦輪、雙渦管減少遲滯和非線性

渦輪的非線性和遲滯，與渦輪的大小密切相關(guān)。渦輪尺寸越小，越容易帶動，起作用的轉(zhuǎn)速就可以低一些。但是高速的時候加速作用有限。渦輪越大，延遲越嚴(yán)重，但是高速的時候作用明顯。

為了解決這個矛盾，發(fā)展出來雙渦輪技術(shù)，一個小渦輪易于推動，一個大渦輪在高速時發(fā)揮作用。這樣渦輪動力的非線性和遲滯依然存在，但是程度減輕了很多。

雙渦輪(左)、雙渦管(右)渦輪增壓結(jié)構(gòu)

雙渦輪雖然不錯，但是兩個渦輪把成本進(jìn)一步提高，只能應(yīng)用于高檔車型上。于是，人們又從排氣上想辦法發(fā)展出雙渦管。正常渦輪接到發(fā)動機(jī)的排氣管上，但是發(fā)動機(jī)有多個氣缸，沖程不同，有的氣缸進(jìn)氣，有的氣缸排氣影響了排氣的效率。而雙渦管把氣缸分組，沒有進(jìn)氣氣缸干擾，提高了排氣的效率，也就提升了渦輪的效率。所以雙渦管的渦輪介入可以早一點，渦輪遲滯可以輕一點。現(xiàn)在被寶馬廣泛應(yīng)用，BMW記的汽油機(jī)用的都是雙渦管技術(shù)。

3、新材料、電控技術(shù)解決壽命

渦輪過去難以普及的重要原因就是成本，極高轉(zhuǎn)速、高溫對材料和工藝的要求非?？量?，成本高、壽命短。而最近幾年，新材料的發(fā)展和機(jī)械加工，尤其是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，讓渦輪的制造加工難度降低、成本降低、壽命提升，這就給渦輪增壓的普及鋪平了道路。

對于渦輪增壓不能馬上熄火的問題，也用電控來解決了。即使駕駛員立即熄火，行車電腦依然會保證一段時間渦輪的潤滑和冷卻系統(tǒng)工作，避免了渦輪損壞。

因為寶馬i8的定位和布局問題，大排量自然吸氣發(fā)動機(jī)在設(shè)計時遇到種種技術(shù)難題，難以采用；而隨著渦輪增壓技術(shù)的進(jìn)步和傳統(tǒng)弊病的解決，使得寶馬可以比較放心采用渦輪增壓發(fā)動機(jī)。

小排量渦輪增壓發(fā)動機(jī)提供強(qiáng)勁的動力、更低的油耗，更小的體積和更輕的重量。而就寶馬i8的定位和布局來看，恰恰需要更低的油耗貼上環(huán)保標(biāo)簽，需要更小的體積給電機(jī)、電池留出空間，需要更輕的重量配合高成本減重材料。綜合權(quán)衡之下，寶馬i8選擇三缸1.5T的渦輪增壓發(fā)動機(jī)也就不足為怪了。