寶馬2系A(chǔ)ctive Tourer車型技術(shù)解讀（上）

文：李寅虎

寶馬2系A(chǔ)ctive Tourer車型技術(shù)解讀（上）

文：李寅虎

2015年1月6日，寶馬2系A(chǔ)ctive Tourer正式上市，車型代碼為F45，首批共推出3款車型，分別為218i 領(lǐng)先型、218i 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)套裝以及220i 豪華設(shè)計(jì)套裝。很多人認(rèn)為對(duì)于寶馬來說這是一款革命性產(chǎn)品，不僅因?yàn)槠溟_拓了豪華緊湊級(jí)運(yùn)動(dòng)旅行車的細(xì)分市場(chǎng)，而且因?yàn)樗蚱屏藢汃R車型一貫的前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)（或四輪驅(qū)動(dòng)）布局，成為寶馬品牌第一款“前置前驅(qū)”車型。為了方便廣大維修人員對(duì)該車的了解，本刊在此對(duì)寶馬2系A(chǔ)ctive Tourer車型技術(shù)亮點(diǎn)進(jìn)行解讀。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)

寶馬2系A(chǔ)ctive Tourer（以下稱F45）目前上市的3款車型使用了2款發(fā)動(dòng)機(jī)，即型號(hào)為B38的3缸1.5T汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和型號(hào)為B48的4缸2.0T汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。新款Bx8系列發(fā)動(dòng)機(jī)源自眾所周知的N20/N55發(fā)動(dòng)機(jī)，均采用了渦輪增壓、缸內(nèi)直噴、Valvetronic以及VANOS技術(shù)。由于氣缸數(shù)較少，因此具有重量輕、內(nèi)部摩擦小以及所需安裝空間小等優(yōu)點(diǎn)。通過冷卻液冷卻的鋁合金排氣歧管是3缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)亮點(diǎn)。作為附加高效動(dòng)力措施，所有發(fā)動(dòng)機(jī)均帶有節(jié)能起停功能和智能化發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)功能。

1.正時(shí)鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

Bx8發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是，鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出側(cè)（即變速器一側(cè)），這樣可通過變速器的慣性顯著降低扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而降低施加在鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的負(fù)荷。

由于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（中國市場(chǎng)尚未引進(jìn)）采用統(tǒng)一的曲軸箱，因此Bx8發(fā)動(dòng)機(jī)采用2件式鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（圖1）。下部正時(shí)鏈驅(qū)動(dòng)中間軸鏈輪，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上，該中間軸上帶有高壓泵驅(qū)動(dòng)裝置，而在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，僅通過中間軸將驅(qū)動(dòng)力矩傳至上部正時(shí)鏈。

正時(shí)鏈條始終在未承受負(fù)荷的一側(cè)張緊，鏈條張緊器通過張緊導(dǎo)軌提供張緊力。上部正時(shí)鏈通過一個(gè)位于上部鏈條張緊器內(nèi)的機(jī)油噴嘴進(jìn)行潤滑，而下部正時(shí)鏈則通過曲軸箱內(nèi)的油霧或滴落的機(jī)油確保充分潤滑。

此外，組合式機(jī)油和真空泵也通過單獨(dú)的鏈條由曲軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。特別要注意的是，機(jī)油和真空泵鏈輪的螺栓連接件采用左旋螺紋。

2. Valvetronic系統(tǒng)

新款發(fā)動(dòng)機(jī)使用第4代Valvetronic系統(tǒng)，調(diào)節(jié)范圍由N20/N55發(fā)動(dòng)機(jī)的190°提高至253°，并且可從外部看到更小更強(qiáng)勁Valvetronic伺服電機(jī)。改進(jìn)后的Valvetronic顯著減小了所需安裝空間（圖2），由于更換了進(jìn)氣凸輪軸和偏心軸，因此獲得了顯著的高度空間。中間推桿和槽板采用新位置后簡化了氣缸蓋內(nèi)的動(dòng)力傳遞。槽板僅通過1個(gè)螺栓固定在支撐座上，并通過2個(gè)精確接觸面固定在氣缸蓋內(nèi)。用于中間推桿的回位彈簧支撐在氣缸蓋與軸頸間，不使用螺栓連接而是采用插接方式。偏心軸像凸輪軸一樣采用“復(fù)合式”設(shè)計(jì)。

3.氣缸蓋

Bx8發(fā)動(dòng)機(jī)采用橫流冷卻式氣缸蓋，冷卻液從較熱的排氣側(cè)流向較冷的進(jìn)氣側(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是在整個(gè)氣缸蓋內(nèi)熱量分布比較均勻，此外還可以防止冷卻液循環(huán)回路內(nèi)壓力降低。為了滿足較高的負(fù)荷要求，Bx8發(fā)動(dòng)機(jī)采用了3層彈簧鋼密封墊作為氣缸蓋密封墊（圖3）。該氣缸蓋密封墊采用2種不同的厚度設(shè)計(jì)，當(dāng)對(duì)氣缸蓋進(jìn)行維修時(shí)，需使用專用于售后服務(wù)的附加密封墊（+0.3 mm），且附加密封墊上沒有相應(yīng)的標(biāo)記，只能通過零件編號(hào)來識(shí)別密封墊的厚度。

4.排氣系統(tǒng)

在3缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上沒有使用雙渦管廢氣渦輪增壓器，但是首次使用了鋁合金材質(zhì)的排氣歧管，這樣可較之鋼制歧管減輕重量（圖4）。排氣歧管和廢氣渦輪增壓器殼體為一個(gè)鑄件，無法單獨(dú)更換。由于現(xiàn)在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的平均排氣溫度約為900 ℃，明顯高于660 ℃的鋁合金熔點(diǎn)，因此必須利用冷卻液冷卻排氣歧管。為此渦輪增壓器帶有與氣缸蓋冷卻液循環(huán)回路連接的冷卻通道，通過排氣通道與冷卻液通道間的薄壁鋁合金殼體可確保廢氣向冷卻液良好傳熱。這樣也可縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)階段。由于整個(gè)渦輪增壓器殼體也流經(jīng)冷卻液，因此無需單獨(dú)的冷卻液通道連接渦輪增壓器。排氣歧管上部通過螺栓與氣缸蓋連接在一起，下部通過一個(gè)夾板進(jìn)行固定，使用金屬密封墊進(jìn)行密封。進(jìn)行拆卸和安裝工作時(shí)要特別小心，否則可能會(huì)導(dǎo)致冷卻液系統(tǒng)泄漏。

5.電弧絲噴涂工藝

Bx8發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套帶有LDS涂層（圖5）。這種工藝是對(duì)具有良好導(dǎo)電性的金屬絲進(jìn)行加熱直至其熔化，然后通過高壓將熔液噴涂到氣缸套上。僅有0.3 mm厚的鐵基材料層非常耐磨，可很好地將燃燒室熱量傳遞到曲軸箱并最終傳遞到冷卻液通道。電弧絲噴涂工藝的涂層滑動(dòng)特性出色，因此發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦更小。但是由于電弧絲噴涂工藝的材料涂層較薄，因此無法對(duì)氣缸套進(jìn)行后續(xù)加工。

二、變速器

在寶馬2系A(chǔ)ctive Tourer車型上使用了新型的6擋自動(dòng)變速器GA6F21AW和8擋自動(dòng)變速器GA8F22AW。這2款自動(dòng)變速器均采用相同的齒輪組，但所用的離合器配置、淬火工藝、主減速器傳動(dòng)比以及液力變矩器有所不同。

1.特性

新型自動(dòng)變速器采用了全新研發(fā)的機(jī)械扭轉(zhuǎn)減振器和帶新式閥門的高效液壓系統(tǒng)，配合高效的離合器和制動(dòng)器控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了良好的行駛性和換擋舒適性。此外，還通過以下措施實(shí)現(xiàn)較高的效率：較小的油泵；較低的變速器主油壓；粘度較低且油量合理的自動(dòng)變速器油；較大的擋位間隔；發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較低時(shí)通過三管路控制方式精確調(diào)節(jié)多片式液力變矩器鎖止離合器；為配合發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能起停功能，在液壓單元內(nèi)設(shè)有電動(dòng)油泵；怠速滑行設(shè)計(jì)。其各擋位傳動(dòng)比如表1所示。

2. 結(jié)構(gòu)

GA6F21AW型自動(dòng)變速器共有5個(gè)執(zhí)行元件，其結(jié)構(gòu)功能如圖6所示。制動(dòng)器B1用于鎖止后部行星齒輪組的前部太陽輪；制動(dòng)器B2用于鎖止后部行星齒輪組的行星齒輪架；離合器C1用于連接前部行星齒輪組的行星齒輪架與后部行星齒輪組的后部太陽輪；離合器C2用于連接中間軸與后部行星齒輪組的行星齒輪架；離合器C3用于連接前部行星齒輪組的行星齒輪架與后部行星齒輪組的前部太陽輪。

表1 各擋位傳動(dòng)比

新型自動(dòng)變速器可直接換入所需擋位，甚至還可以實(shí)現(xiàn)跳擋，但只有在所切換離合器或制動(dòng)器需要改變狀態(tài)時(shí)才會(huì)進(jìn)行直接換擋，否則執(zhí)行2級(jí)換擋，但由于變速器控制系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化，因此通常情況下用戶不會(huì)對(duì)該過程有所察覺。例如，可從4擋直接換入2擋，因?yàn)闊o需切換離合器C1；但無法從5擋直接換入2擋，因?yàn)楸仨毲袚Q制動(dòng)器B1和離合器C1。表2以GA6F21AW變速器為例，展示了各擋所切換的制動(dòng)器和離合器。

表2 GA6F21AW變速器各擋位工作元件表

3.選擋桿手動(dòng)解鎖裝置

如果在已打開點(diǎn)火開關(guān)、踩下制動(dòng)器并按下開鎖按鈕的情況下，選擋桿仍然鎖止于P位置，則可以通過手動(dòng)方式解鎖。為此在選擋桿防塵套下方有一個(gè)開鎖桿，可使用螺絲刀等對(duì)其進(jìn)行操作（圖7）。

三、底盤

1.前橋

F45車型使用了單鉸接彈簧減振支柱前橋，其所有組件均經(jīng)過全新研發(fā)（圖8）。出色的車橋運(yùn)動(dòng)學(xué)和較高的剛度可確保靈敏的自轉(zhuǎn)向性能和精確的轉(zhuǎn)向感受，在很大程度上擺脫了驅(qū)動(dòng)形式影響。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)和高強(qiáng)度鋼制造的橫擺臂，可減小非簧載質(zhì)量。經(jīng)過摩擦優(yōu)化的車輪軸承可降低耗油量。后部橫擺臂支座采用液壓支座設(shè)計(jì)。

該車采用了負(fù)主銷偏置距，所謂主銷偏置距，指的是回轉(zhuǎn)軸與路面的交點(diǎn)到車輪接觸面中心的距離（圖9）。在F45上采用負(fù)主銷偏置距，目的是抵消僅通過一個(gè)制動(dòng)回路制動(dòng)時(shí)圍繞車輛垂直軸的偏轉(zhuǎn)力矩。

在F45車型上，只能通過配件部門提供的3種不同角度的轉(zhuǎn)向節(jié)來進(jìn)行車輪外傾校正，每種轉(zhuǎn)向節(jié)之間的外傾角度間隔為0.5°。而車輪前束的調(diào)節(jié)仍可通過轉(zhuǎn)向橫拉桿來進(jìn)行。

2.后橋

F45車型采用了節(jié)省空間的模塊化結(jié)構(gòu)中心連桿后橋（圖10）。車橋工作原理非常適合前驅(qū)車輛的動(dòng)態(tài)行駛特性，此外還為布置四驅(qū)系統(tǒng)創(chuàng)造了前提條件。后橋的所有組件均經(jīng)過全新研發(fā)，有針對(duì)性地使用了高強(qiáng)度鋼以提高懸架的剛度，為形成該車輛等級(jí)的獨(dú)特行駛動(dòng)力性創(chuàng)造了基礎(chǔ)。分開布置的減振器和螺旋彈簧降低了車輪罩內(nèi)的空間要求，可使后排乘客獲得出色的空間舒適性，也提高了行李艙有效利用率。經(jīng)過摩擦優(yōu)化的車輪軸承可降低耗油量。

當(dāng)需要進(jìn)行車輪定位參數(shù)調(diào)整時(shí)，可通過縱擺臂上的支撐座調(diào)節(jié)前束，通過下部橫擺臂上的偏心螺栓調(diào)節(jié)外傾。

3.制動(dòng)系統(tǒng)

在F45車型上采用了對(duì)角分布式雙回路制動(dòng)系統(tǒng)（X形分布），每個(gè)制動(dòng)回路為對(duì)角線位置的前輪和后輪提供制動(dòng)力，因此即便1個(gè)制動(dòng)回路失靈，也始終有1個(gè)前輪和1個(gè)后輪進(jìn)行制動(dòng)。但由于前輪驅(qū)動(dòng)車輛具有后橋負(fù)荷較小的典型特性，僅通過一個(gè)制動(dòng)回路進(jìn)行制動(dòng)會(huì)產(chǎn)生圍繞車輛垂直軸的偏轉(zhuǎn)力矩，因此為了確保足夠的行駛穩(wěn)定性，在F45上采用了負(fù)主銷偏置距。

F45車型采用了電動(dòng)機(jī)械式駐車制動(dòng)器，通過動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）控制電動(dòng)機(jī)械式駐車制動(dòng)器（EMF），因此取消了獨(dú)立的駐車制動(dòng)控制單元。

4.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

F45車型采用了電動(dòng)機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），能夠以可變方式控制轉(zhuǎn)向助力和回位力，因此系統(tǒng)可根據(jù)相應(yīng)行駛狀況以最佳方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向和行駛性能（圖11）。12 V轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大助力功率為0.3 kW，通過平行于輸入軸的EPS單元產(chǎn)生轉(zhuǎn)向助力。EPS單元由以下組件構(gòu)成：EPS控制單元、交流電機(jī)和變流器（將12 V直流電轉(zhuǎn)化為三相交流電）等。電機(jī)將所需轉(zhuǎn)向助力通過蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳輸?shù)叫↓X輪軸上，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時(shí)具有低摩擦特性。在輸入軸旁還有一個(gè)殼體通風(fēng)裝置，這樣可防止因溫度變化形成冷凝物。維修時(shí)，可單獨(dú)更換防塵套、轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭，但無法單獨(dú)更換EPS控制單元或電機(jī)。

F45車型中，并非通過轉(zhuǎn)向盤上的獨(dú)立傳感器探測(cè)轉(zhuǎn)向角，而是通過EPS控制單元計(jì)算轉(zhuǎn)向角。為此，需要對(duì)EPS電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)進(jìn)行分析，此外在EPS控制單元內(nèi)存儲(chǔ)有齒條幾何中心、直線行駛值及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，這些數(shù)值用于確定轉(zhuǎn)向角。

轉(zhuǎn)向角也是繼進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制的重要參數(shù)，因此EPS控制單元通過FIexRay將轉(zhuǎn)向角信息發(fā)送給DSC系統(tǒng)。如果無法按照要求精度確定轉(zhuǎn)向角，就會(huì)在車速超過18 km/h或60 km/h時(shí)接通DSC警告燈。

（待續(xù)）