宝马的V16发动机名叫Goldfisch

在自媒体横行、知识碎片化的网络资讯环境里,抖手上不少编辑也做过关于那台劳斯莱斯100EX概念车,当然少不了找来憨豆先生(Rowan Atkinson)现身介绍自己的座驾,不过,劳斯莱斯的V16发动机并非劳斯莱斯自己的,而是在宝马一台V16原型机基础上发展而来,而这台宝马原型发动机就是Goldfisch。
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16个气缸的发动机在宝马研发V16之前并非前无古人,相反,这种气缸数的引擎在历史曾被量产过,人类第一台V16发动机诞生于法国,它被使用一架名为Antoinette VII型,该该型是在1909年使用了V8缸发动机进行了首飞,这台发动机也是第一批使用火花塞点火的量产汽油引擎,而非还有拥有歧管喷射技术,最大马力有50匹,到了1910年换上了将两台8V发动机合并在一起的V16方案,但只是一种尝试,该发动机并没有随Antoinette VII型飞机投入量产。第一辆使用汽车上的V16发动机由美国凯迪拉克汽车公司在1930年1月发布,它的名字也简单直接,就叫Cadillac V16或者Cadillac Sixteen,该车一共在产11年,合共生产了4,076辆。另外一家美国汽车公司Marmon汽车也曾经量产过V16车型,该车名叫Marmon Sixteen,发动机为全铝材质打造,排气量为8公升,最大马力200匹。虽然Marmon的V16发动机比凯迪拉克更早开始研发,但它在1931年才开始销售,合共生产过400辆V16。
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图:对于Antoinette来说,V16发动机并没有什么大不了的,因为在V16出现前,他们在1906年便开始生产360匹马力的V24船用发动机,而飞机上使用的V16排气量为6.4升,最大马力50匹,后来又推出了14.5升的100匹版本,另外还完成了V32引擎的设计图纸。
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图:凯迪拉克V16使用一台452立方英寸的V16发动机,排气量7407cc,最大马力有185匹,它除了是世界上一台量产的V16发动机外,还是首款采用带有气门间隙自动补偿液压挺杆的发动机。
在赛车场上,首款使用V16发动机的赛车是Maserati Tipo V4,它于1929年9月在GP大奖赛的蒙扎站上首次亮相,该车的发动机采用两台Tipo 26B上使用的直列八缸发动机合并而成,气缸夹角25°,最大马力可达305匹,在蒙扎赛道创造了198.7 kph的最高时速,这个纪录直到1954年才被打破。该发动机的排气量为3961cc,缸径62mm、冲程82mm,压缩比5.5,外加两个罗茨风机增压器,Weber DO型化油器负责供油,DOHC配气机构,每个气缸两个气门,成90°夹角,变速箱为4前速手动,配合上全铝制车架,全车重量仅有980公斤,最高时速可达到260 kph。在单座赛车出现前,Tipo V4算得上是当时一等一的快车,合共出赛七场GP赛事,1930年获得总冠军。不过,进入1930年代后,GP赛车开始普遍采用单座布局,加上以Mercedes为首的德国车队崛起,Tipo V4逐渐丧失了竞争力。Tipo V4退役后被Zagato拿去进行街道化改造,后改名为Tipo V4 Zagato Gran Turismo,此车目前仍在世。
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图:Tipo V4的V16发动机其实就是简单粗暴地将两台直八并在一起,而且使用了机械增压器辅助进气,所以其动力性能尤为突出。
至于历史另外一款很知名的V16赛车就是我们曾经介绍过的保时捷汽车工程公司为Wanderer汽车设计的P-Wagen赛车,该车的底盘是基于Benz Tropfenwagen演化而来,V16发动机则出自Josef Kales的设计,后因为Wanderer与DKW合并为Auto Union AG,所以这个赛车发展也划入汽车联盟名下,切记了,Auto Union AG汽车联盟的合并项目中,Audi因为在此之前已经被DKW收购,是完全没有发言权的,合并后也是整个集团中最不被重视的一个“工厂级别”的品牌,与DKW、Wanderer属于上下级关系,所以奥迪粉们别乱吹一通了,关键是,二战后才成立的Auto Union GmbH跟二战前的AG完全没有关系,扯历史来为自己认识的奥迪贴金,那算是一种单相思的胡扯。该项目的Type A、B、C三种前期型号均采用V16引擎作中置布局,最早一版V16排气量为4.4公升,缸径68mm、冲程75mm,DOHC配气机构、两气门,压缩比7,使用罗茨风机增压,增压值0.61 bar,最大扭力530牛米,最大马力295匹,配以五前速变速箱,车重825公斤,极速280 kph;第二版的排气量升级至5公升,增压值0.75 bar,最大扭力660牛米,最大马力373匹;第三版更是跨入6公升(6010cc),增压值达到0.95 bar,最大扭力853牛米,最大马力520匹,车重仅为824公斤,极速达到了340 kph。后来因为赛例修改,自然吸气发动机的排气量不得超过4.5升,D型只能换上V12引擎。二战后,留给德国人的就只有一辆C型和两台D型赛车,剩下的这台C型属于慕尼黑德意志博物馆的收藏,1980年被修复。后来又陆续找到了三辆C型和D型,但最早的A型和B型已消失,目前能见到的都是复制品。
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图:由保时捷汽车工程服务公司设计的P-Wagen项目,内部代号Typ 22,其底盘绝非保时捷原创,而是借鉴了Benz Tropfenwagen,知识产权属于拉普汽车。
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图:这是Type C上的V16发动机,也是三代V16中最强的。
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图:如果有机会在博物馆见到这台二战前的Auto Union AG Type C赛车,千万别看到车头的四环标志就叫“奥迪”,当时的奥迪在汽车联盟里位于最底层,如果用印度种姓制度的比喻,DKW是婆罗门、Wanderer是刹帝利、Horch是吠舍、Audi就是最底层的首陀罗,所以,如果不懂汽车发展史的,别乱叫,别丢人。
有了许多前车之鉴后,到了1980年代已经在品牌定位和产销量攀至德国第二大车企的BMW,加上在受到石油危机的冲击下,开始了新一轮的新式引擎研发高潮,各种项目中甚至还包括了三缸发动机等,至于缸数更多的V16则被定义为高端车型动力系统的预研项目在1987年7月8日正式开始,动力系统负责人Karlheinz Lange(卡尔海因茨·兰格)决定由M70的工程师Adolf Fischer(阿道夫·菲舍尔)负责推进。必须明确一点,V16形式的发动机是天生便拥有“Engine Balance”的布局形式,这条算数题其实很容易理解,720°÷16=45°,只要两排直列8缸的发动机以45°夹角布置,即可实现一阶和二阶的平衡,发动机运行是最为平稳的。所以,这也就是为什么很多V12的气缸夹角会采用60°、V8发动机采用90°、部分V6发动机会用到120°夹角的物理原因了。从这里可见,V16的引擎平衡夹角只有45°,对于控制车身宽度有着天然优势,加上气缸数越多、引擎震动越少;排气量越大、储备扭力越大这两条物理法则,V16会比V12更适合豪华轿车使用。但宝马并没有采用“45°”对这台V16引擎进行重新设计布局,而是直接借用了刚完成研发的M70 V12引擎作为基础,采用了60°夹角布局,甚至连缸径(84mm)、冲程(75mm)、气缸孔距(91mm)、压缩比(8.8)、配气机构(SOHC)等都是原封不动的M70参数,总排气量为6651cc。唯一区别就是多了四个气缸,长度比M70长了250mm,重量从240公斤增加到了310公斤。
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图:这位就是M70和V16的开发工程师Adolf Fischer(阿道夫·费舍尔),
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图:V16发动机除了长度是缺点外,进气系统的布局也非常重要,加上理想的气缸夹角只有45°,要最前的两组气缸和最后排的两组气缸都有充足的进气量,进气歧管就必须中置,但这又会增加引擎舱高度。
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图:英国的BRM赛车就曾经在1951年制作过一台赛车上使用的1.5公升V16机械增压引擎,气缸夹角为135°,名为Type 15,最大马力460匹/11000转,但这种输出特性根本不适合民用。
正是因为有M70的基础,所以这台V16引擎的研发速度很快,到了1987年12月24日,发动机首次上测功机上测试,在3900转时获得最大的622牛米扭力读数,并在5200转测算出408匹马力。看到这样的参数如果无感的话,咱们用750i(E32)上的M70B50作对比吧,它的最大扭力是450牛米、最大马力是300匹;而数年后推出的850CSi上使用S70B56发动机,最大扭力也就是550牛米和380匹的水平,跟这台V16比较起来还有不少距离,但更不能相提并论的是,M70或者S70的运转平顺度远不及V16。测试车选择了750iL作为基础,变速箱则使用了8系(E31)的手动六前速波箱,动力性能测试部分,据说令测试车手大呼过瘾,使用V16的“767iL”只需六秒便可破百,在无限速路段能加速到283 kph,这种速度表现,能不喜出望外吗?
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图:M70B50是德国二战后第一款正式量产的V12发动机,但宝马当然知道在欧洲,他们远非第一,在德国,也是得Mercedes忙于开发W201所赐而拿到了这个“第一”,所以真没什么好夸夸其谈的,但国内一些宝马吹则乐此不疲,还是那句话,没有汽车文化沉淀的媒体舆论圈、真可怕!
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图:因为完全就是在M70 V12引擎的基础上改造而来,所以研发速度很快,一年后便可以实际装车测试,但宝马到底生产过多少台V16倒是笔者最感兴趣的。
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图:这台测试车虽然被BMW继续挂上750iL的牌子,但行内一般戏称为767iL。
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图:突兀的进气道是因为车头已经没空间放置冷却系统了,只能整体后移到行李舱,不过试验车没什么所谓了。
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既然V16这么好,而且都是基于M70的基础发展而来,Bosch也有对应的引擎管理系统现货供应(DME 3.3),估计增加部分的成本也高不到哪儿去,那为什么BMW并没有将它投入量产呢?其实原因很简单,第一大问题也是出在发动机上,首先是V16可以视作两台直列八缸,在宝马造车的历史上,就从未使用过直列八缸结构,所以在车架、底盘方面的研发成本极有可能数十倍于引擎,在这个未知数的问题上,宝马选择了放弃;其次,BMW的“兄长”Mercedes是直列八缸车型领域的高手,有历史、有口碑、有经验,而且在宝马研发M70之前,圈内人都知道Mercedes早在80年代前便已完成了V12发动机(M120)的研发,只是为了W201等等重点项目而暂时未推出而已,而且V16也在路上了,那么,一旦BMW破坏了这层默契、率先推出V16的话,风头和销量都会被Mercedes占据,可以预见到V16将会引发的“军备竞赛”,且没胜算。所以,宝马对V16的发展选择了“仅作测试用途”,1988年5月进行完首次路面测试、1988年7月7日作内部发布后便暂时消失在公众视野。
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图:对于宝马而言,如果想投产V16、并将之放在7系上使用,发动机硬件部分根本不成问题,最大的问题在于车架底盘,V16的长度等于直八,除非使用前中置布局,不然那个车头导致的旋转中心特性会急剧恶化,这样的车很难驾驭,所以要量产就要重新设计一个全新的底盘,那这个成本就高了去了。
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图:宝马的发展史上并没有任何使用直八发动机的参考和经验,总不能又去找大哥帮忙吧,所以不投产、仅作测试用途的选择是明智的。
当然了,经历过“危在旦夕”考验的宝马并没有这么败家,一个研发项目不会不量产就直接抛弃,这一点比它的大哥要节俭多了,例如大哥家花重金研发的C111、C112项目,都接订单了,说放弃就放弃,真是无语。BMW完成了V16的可行性测试后,作为新技术研发的基础机型,一直被使用着,例如当时BMW还在为劳斯莱斯集团提供汽车发动机的时代,为了给宾利提供V8涡轮增压发动机,还是用了这台V16放到了引擎舱空间更大的Mulsanne里进行测试,这台V16也终于可以让发动机及冷却系统团聚了。90年代,宝马经历了收购Rover路华汽车教训,获得了造SUV和前驱车的相关技术;后又因航空发动机与劳斯莱斯集团的合作关系,加上在一段时间内为劳斯莱斯汽车提供发动机的把柄在手,顺利获得了劳斯莱斯汽车的品牌使用权,这才算完成了历时十多年的品牌二次布局,也才终于有了较为完善的车型布局体系。2003年,宝马正式成立了Rolls-Royce Motor Cars,2004年正值劳斯莱斯两位创始人查尔斯·劳斯和亨利·莱斯在1904年5月4日第一次会面的百年庆典,于是便以传统的劳斯莱斯实验车编号“EX”推出了100 EX,该车的引擎舱里放入了一台排气量为9公升的V16发动机,但无论劳斯莱斯还是母公司BMW从未正式公开过这台发动机的动力性能参数,但以劳斯莱斯并无完善的发动机研发实力来看,这台V16引擎很大几率是基于宝马的V16研发而成的,当然,SOHC被升级为DOHC,为了推动更为沉重的车身而增加排气量也属于正常处理,所以,业界普遍估算这台发动机的最大扭力应该在800牛米、最大马力在600匹上下也是不无道理的。
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图:劳斯莱斯100 EX概念车用上红色车标其实并不难理解,首先,它要纪念的时间是1904年发生的事,而劳斯莱斯是在1933年才由亨利·莱斯决定换成更符合受众人群气质的黑色车标(绝对不是为了悼念亨利·莱斯去世而改的,别被误导了)。
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图:这台V16发动机可以肯定并非劳斯莱斯自家的研发项目,很大可能就是BMW V16的现代化变体,毕竟劳斯莱斯是业界出了名的偏科生,除了造车体、内饰等表面功夫外,机械方面完全依赖宝马的研发实力。
内燃机的气缸布局形式,目前最为常见的就是直列式(Inline/Straight)、V型、水平对置(Flat/Boxer),另外还有两种一真一假的W型布局,至于并不常见的还有H型、U型、X型、三角形、星型、及单缸机。至于气缸数,则有2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、24、30缸,而今天这篇文章,只是单独介绍了宝马的V16,希望后续有机会的话,咱们将它们做成一个系列连载吧。