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3/9/2015

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宝马3系PK奔驰C级，结果会怎样？
2015-03-10 06:00作者：李霄伟274113话题：技术解读
声明：本文由说客作者撰写，观点仅代表个人，不代表汽车之家。文中部分图片来自于网络，感谢原作者。

[导读]很想弄清楚宝马和奔驰的技术究竟谁会更好些？看看我的分析有道理吗？
（本文代表我个人观点，仅供读者参考。温馨请求：驾车时勿将垃圾抛出窗外）
宝马和奔驰都是德国原创的世界顶级车，如果从发动机技术层面比较一下，谁会更好一些？
我们从分析宝马3系搭载的N13B16A发动机和奔驰C级搭载的M274发动机参数入手，结合两款车的综合耗油量看看结果如何。
宝马3系发动机参数（1.6T）：

发动机型号N13B16A、排气量1598ml、压缩比10.5:1、缸内直喷、涡轮增压、最大输出扭矩220Nm/1350-4300rpm、发动机特有技术Double-VANOS和Valvetronic，配有发动机自动启停技术，综合耗油量6.2L/100km。
奔驰C级发动机参数（1.6T）：

发动机型号M274、排气量1595ml、压缩比9.8:1、缸内直喷、双管单涡轮增压、最大输出扭矩250Nm/1200-4000rpm、发动机特有技术Camtronic、多重火花点火、单行程多次喷油技术、低惯量涡轮增压，配有发动机自动启停技术，综合耗油量6.1/100km。
1、参数比较：
我们对比一下两款发动机的基本参数。
（1）排气量、压缩比和燃烧室：
宝马：燃烧室=排气量/（压缩比-1）=1598/（10.5-1）=168ml
奔驰：燃烧室=1595/（9.8-1）=181ml
两款发动机的汽缸容积基本相等，宝马把燃烧室设计的更小一些，可以减少燃油消耗；奔驰的燃烧室比宝马大13ml，工作时需要多消耗13ml的压缩混合气。
（2）扭矩贡献值
宝马：扭矩贡献值=220/168=1.3Nm/ml
奔驰：扭矩贡献值=250/181=1.38Nm/ml
奔驰的燃烧室效率（毫升扭矩）比宝马高一点。尽管发动机专业人员还是采用升功率和升扭矩来评判发动机性能，本质上是在提高燃烧室效率，也就是每毫升燃烧室容积可以生产的输出扭矩。
（3）最大扭矩转速
宝马：1350-4300rpm
奔驰：1200-4000rpm
奔驰的最大扭矩起始转速更低。在驾驶过程中，轻点油门就可以使发动机转速上到1200rpm，发挥出发动机的最大做工能力有很多意义。比如与无极变速箱配合，可以在发动机低转速区间配合较高的转速比，大大减少燃油消耗率。
奔驰的M274发动机用了比宝马大13ml的燃烧室增加了30Nm的扭矩和提前150转的最大扭矩起始转速，综合耗油量还低了0.1升。
我将在后面从另一个角度继续讨论这个问题。
（4）发动机启停技术
宝马和奔驰都使用了这项技术，对于提高市区行驶的燃油经济性来说作用很大，然而，这项技术的关键在于人机配合，面对复杂的市区行驶，如果“人机合一”设计的不好，相反会引起很多麻烦。有的车友在驾驶配备启停功能的车过红灯时，发现发动机的启停有点延时，你想走时发动机还没反应过来，一启动又会向前冲，手忙脚乱的。
2、特有技术比较：
发动机参数中有一栏是“发动机特有技术”，对于理性的消费者来应该仔细看一下。如果想要深入解读，还需要在网上多收一下。
（1）气缸进气控制技术
宝马使用了Double-VANOS（双凸轮轴可变气门正时系统）和Valvetronic（电子气门升程控制系统）。

可变气门正时技术已经被广泛使用，多数自主品牌汽车的发动机上都有。尽管具体设计有区别，基本原理是通过调节进气门开放时间控制（降低）发动机转速低于2000rpm时的汽缸进气量，是通过时间来控制；
可变气门升程技术也已经被部分车企使用，多数发动机使用了二阶梯模式，也就是一个高凸轮（气门全开）、一个低凸轮（气门部分开启）。宝马设计的Valvetronic是把气门升程分成了若干个等级（图中的调节齿轮），通过伺服电机的快速准确定位方式进行控制，气门升幅的调节范围从0.18mm-9.9mm。
如果把进气门比作一个水龙头，Double-VANOS/Valvetronic系统可以做到“定时定量”控制，气缸的进气量被精确地控制在负荷需求的最佳值。这个控制系统可能是目前最先进的。
奔驰采用的是Camtronic（可变气门升程）系统。

Camtronic系统使用的是二阶梯结构，设计很简单，与宝马的Valvetronic系统相比还是有很大距离的。从气门控制技术的角度看奔驰发动机不如宝马，其实包括自主品牌在内的很多车企在研究发动机技术时都把精力放在了“技术”层面。我们接下来看看奔驰的研发者是怎样做的。
（2）缸内直喷技术
两款发动机均采用了缸内直喷技术。最近十几年来，很多车企都在积极研发更利于燃烧的缸内直喷技术，比较有代表性的是混合气分层技术，也就是大家经常看到的两次喷油。分层是把混合气分为周围的稀混合气区和靠近中心部位的浓混合气区，这样设计的目的是为了保证点燃混合气，使燃油燃烧的更加充分，减少有害物质排放。
宝马的N13B16A发动机并未注明采用了特殊喷油方式，奔驰的M274发动机在介绍中专门注明了是“第三代BlueDIRECT”技术，同时使用了可以在一个行程内最多喷射5次燃油的压电式喷油嘴。
为什么奔驰要使用多次喷油技术？这让人想起了HCCI（均质混合气压燃Homogeneous Charge Compression Ignition）技术，意思是用压燃的方式使稀薄混合气（空燃比＞18-20）自己燃烧。HCCI具备三个要素：a、混合气是均质状态，b、稀薄混合气，c、依靠高压使混合气自燃；特点是可以在燃烧室多个地方同时压燃混合气形成火源，使火焰传播时间缩短和使整个燃烧周期缩短；结果是混合气燃烧充分、生产的扭矩大和理论上不产生有害物质。用进气管喷射的预混模式比较容易形成均质稀薄混合气，缸内直喷就有点难了。原因之一是时间太短：从压缩冲程开始到结束的最长时间（r=800rpm）只有0.0376秒，如果发动机转速=4000rpm，只有0.0075秒。我们假设奔驰采用多次喷油方式是为了在短时间内使混合气更加均匀，看看我在下面的进一步解释是否符合逻辑。
（3）点火方式：
同样，宝马发动机也没有注明使用了什么特殊的点火方式；奔驰发动机使用了“多重火花点火技术”，这项技术可以在1毫秒内连续放电4次。
混合气在被压缩时是在不断运动的，以每毫秒4次的速度放电相当于不断点燃流过火花塞的混合气，人工形成类似HCCI的多点火源，促使燃烧时间缩短和燃烧更加充分。因为这种点火模式在均质稀薄混合中更加稳定，所以奔驰研发人员就使用多次喷油的方式制造缸内直喷模式的均质混合气，应该说奔驰把心思用在了怎样提高燃烧效率上。
（4）涡轮增压技术
宝马和奔驰同样都用了涡轮增压技术，不同的是奔驰宣称自己使用的“低惯量涡轮增压”能最大限度地缓解涡轮迟至现象，从1200rpm开始就可以输出最大扭矩。

其实低惯量涡轮增压在很多车企的发动机上（比如福特的Ecoboost发动机）也有使用，虽然对发动机中低转速时有很好的反应性，似乎在1200rpm时就能输出最大扭矩的结论有点勉强。对于奔驰这样的汽车理论制定者来说，总会隐藏一些技术秘密，在解释一些技术问题时难免有所保留或者声东击西，连宝马这样的技术大腕也只能紧跟其后，其它车企也只能说啥听啥了。
我们从发动机的基本工作原理层面来试着分析一下奔驰真的是依靠低惯量涡轮增压技术在1200rpm达到最大扭矩？
3、解释不清的问题：
（1）为什么涡轮增压发动机的输出扭矩是平台型？
曲轴是依靠活塞推动的。以四缸发动机为例，每个气缸做功时推动半圆（180°），四个气缸每工作一次可以推动曲轴转两圈。测量曲轴的扭矩是在一定转速条件下完成的，比如1000rpm时的曲轴输出扭矩是多少？所以测定的曲轴输出扭矩不是活塞推动曲轴旋转一次产生的扭矩，而是发动机在以1000rpm的速度旋转时输出的“平均扭矩”。
四缸发动机在1200rpm时每个气缸工作了600次，如果此时输出的扭矩是这台发动机的最大扭矩，就意味着这时每个气缸达到了做功的最大值。当达到2000rpm时每个气缸工作了1000次，如果每个气缸还是用最大值做功，输出的扭矩逻辑上应该比1200rpm时大；如果最大输出扭矩和1200rpm是相等，就说明每个气缸实际做的功小于在1200rpm时做的功。按照涡轮增压高转速比低转速增压作用更好的基本逻辑，发动机转速在2000rpm时气缸充气效率应该更好而不是不变。
这个问题真的需要请专家在回帖中帮助解释一下。
（2）进气控制和输出最大扭矩存在矛盾：
无论是宝马的Double-VANOS/Valvetronic系统还是奔驰的Camtronic系统本质上是在减少发动机转速低于2000rpm时的气缸进气量，所以，宝马1350rpm和奔驰1200rpm时就可以输出最大扭矩和上述系统的工作原理是矛盾的。我在写《涡轮增压的缺陷与前景》时已经意识到顶级车企大肆宣传涡轮增压神乎其神的用心是为了将自己的先进技术隐藏起来。
仅仅看这些顶级汽车企业发布的参数是很难知道背后的技术支持。想要真正掌握发动机核心技术只能靠自己去做大量实验，弄清楚燃烧原理，掌握并控制燃烧方式和燃烧过程。

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