铸铁心

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Heart of Iron

怀疑论者哑口无言：量产型4缸铸铁缸体引擎在BMW手中变身80年代F1冠军级引擎


即便是在30多年前，以量产型民用缸体为基础打造F1引擎都堪称惊人之举，这种设计上一次的成功还要追溯到50年代的Ferrari。但即便是Ferrari在当时也从未考虑过使用铸铁缸体，而兼具二者的BMW M12/13引擎却赢得了一个F1世界冠军。无视那些后见之明，像BMW这样的技术导向型公司为何要在处于明显劣势的情况下进军F1？来自BMW内部的声音似乎要比这种刻薄的质疑乐观得多。
1972年成为BMW竞赛部经理的Jochen Neerpasch建立了著名的M分部，进而催生了BMW的运动品牌。在M分部的军械库名单上，富有传奇色彩的M10四缸引擎赫然在列。1961年1500cc排量的BMW Neue Klass轿车系列率先引入了这款代号为M10的引擎。然而在那个年代，这具倾斜摆放的顶置凸轮轴引擎很快便因其先进的技术受到赛车界的青睐。M10采用中置凸轮轴驱动布置于缸盖两侧的进排气门，因此能够提供极佳的燃烧室形状并保证引擎呼吸顺畅。1964年出赛TISA(Turismo Internationale Sonderausführung)的BMW 1800 TI/SA搭载的正是这款引擎，这可能是首个用于特别认证的版本，BMW凭借这款引擎赢得了1964年德国场地锦标赛冠军。

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引擎发展
Engine Developments

M10很快便在跑车赛和单座方程式赛车中找到归宿，BMW的客户充分利用其相对当时大行其道的推杆式引擎固有的技术优势。而BMW方面则乘胜追击，加大研发力度以榨取更大的马力，其中尤以Ludwig Apfelbeck激进的气门头设计为代表。对向布置的进/排气门组以及与纵/横向平面均成一定夹角的气门杆构成了一个真正意义上的4气门半球形燃烧室。但这种设计需要为每条进气道单独布置一个节气门，因此M10一共需要8条进气道外加4出1的排气歧管设定。尽管结构复杂，但应用甲醇(Methanol)和硝基甲烷(Nitromethane)混合燃料后这具排量仅为2.0L的自然吸气引擎能够爆发出310bhp的最大功率。



M10民用系列引擎在BMW产品线上服役超过20年,总产量超过350万台,成为有史以来BMW最成功的引擎系列之一;这款引擎在赛车界也有良好的口碑,图中这款1966年版4缸M10V非常罕见的采用了8个独立化油器的强悍设计(每缸4气门两进两排,每个进气门/进气道单独布置一个化油器,所以这台4缸引擎共有8个Solex化油器,名副其实的8喉直喷),因此这款自然吸气引擎拥有那个年代足以傲视群雄的升功率数值,不同版本的M10输出在210-310ps间

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相比之下更为常规的双凸轮轴缸盖版本则为BMW取得了更大的成功，这版引擎能够带来接近300bhp的输出，并在70年代末期重现了BMW在欧洲F2的辉煌——5个赛季3度斩获年度总冠军。Neerpasch的赛车部门向欧洲和北美洲房车赛事大量输出这款代号为M12/7的引擎，与此同时和McLaren北美分部合作的一个平行项目取得了更为瞩目的战绩。升级为涡轮增压后，这具引擎在排位赛阶段能够爆发出600bhp，BMW在应对这具高压状态下运转的引擎的同时从中积累了大量经验。



图中这款M12/7以M10为基础打造,鼎盛时期BMW同时向F2和Group 5房车赛供货这款输出在306-330ps之间的引擎

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Schnitzer同样放弃了自然吸气的2.0L房车版本，转而使用1.4L涡轮增压版本以期符合国内房车系列赛的等效规则。在KKK(Kühnle, Kopp & Kausch)涡轮增压器1.2bar增压值的帮助下，Schnitzer在享用400bhp以上醇厚动力的同时一举战胜了Porsche和Ford之类的劲敌夺得1978赛季Deutsche Rennsport Meisterschaft(即German Racing Championship)总冠军。BMW从中积累了大量经验并发展出一套能够满足F1要求的引擎配置方案。1978年Renault的V6涡轮增压引擎已经打破了当时F1通行的3.0L自然吸气引擎标准，既然已有前人铺路，那么同为涡轮增压的BMW引擎潜力不言自明。
然而当这项提议提交公司董事会后，后者却以撤消整个赛车分部为威胁禁止一切关于F1的活动。但顽强的首席工程师Paul Rosche却不为所动，带着对F1的无限热情继续秘密进行1.5L引擎的研发工作。然而董事会对F1的一纸禁令却让Neerpasch倍受打击，他离开了BMW转投Talbot，并开始和老东家对话试图接手之前的F1引擎项目，冠以Peugeot Talbot之名参赛。Neerpasch之前在BMW的助理Dieter Stappert受到董事会的青睐并接替了前者的工作。事实上董事会并不反对F1项目，他们只是对Neerpasch在这件事情上将其引向歧途的行事方式非常不爽，至少那些家伙是这么认为的。在Neerpasch离开后，Stappert有能力向董事会证明贴着BMW商标的F1引擎价值几何。
1981年BMW和Brabham F1车队签署引擎供应合同，BMW M12/13引擎首次亮相于Brabham BT50赛车上。在使用Alfa Romeo V12引擎度过了数个艰难的赛季后，Brabham深知抛弃久经考验的Cosworth引擎所要面临的风险。因此为保险起见，Brabham还准备了一部搭载Cosworth DFV自然吸气引擎的BT49D以作备用。不过这种做法令BMW非常不爽，德国人认为Brabham对这个项目心不在焉——有趣的是数年后这种情形将会彻底颠倒。
在打造M12/13的过程中，BMW首先在量产型引擎铸铁缸体的基础上进行偷轻减重(加工掉多余的重量)。在进气道一侧，BMW通过去除加强肋和一些冷却水道成功的减掉了5kg。钢制曲轴+钛制连杆将活塞行程由民用引擎的71mm降至60mm，Mahle提供的活塞则维持民用版本89.2mm的缸径不变，经改造后引擎的缸径行程比为3:2，排量1499cc。
引擎压缩比最初根据房车赛的经验设定为6.7:1，空气在经由德国KKK涡轮增压器压缩以及中冷器冷却后被送入引擎。启动时首先由Bosch高压电动油泵为引擎供油，随后右侧进气凸轮轴直接驱动的Lucas单元将负责引擎的燃油供给。在此设定下M12/13引擎可在9500rpm时发出557bhp的最大功率。而最令时任Brabham主设计师Gordon Murray满意的是引擎重量。在被体积/重量都十分巨大的Alfa Romeo V12引擎折磨了数年之久后，Murray欣喜的发现整合了涡轮增压器，中冷器和散热器的BMW引擎仅比DFV裸机重出30kg。



涡轮增压将M12推至一个难以企及的高度,令这具排量仅为1.5L的M12/13轻松输出逾千匹的骇人动力


1981年搭载M12/13的Brabham BT50在英国站练习赛上首次登场亮相，并在Silverstone赛道创造了超过190mph的极速纪录。但这具引擎仍然存在一些问题：出弯乏力且油耗过高。BT50需要47加仑燃油才能完成一场常规的大奖赛里程，而搭载Cosworth引擎的BT49C只需38加仑。由于在BT49C面前BT50总是面临重量上的劣势，因此在比赛中使用搭载自然吸气引擎的BT49C显然更为明智。
1981年BMW苦等了一整年都没有得到上场的机会，1982赛季M12/13终于在揭幕站南非首次登场亮相。遗憾的是Brabham两部赛车双双退赛，直到第5站比利时Zolder赛道才崭露头角，Nelson Piquet获得第5。但München和Chessington团队之间的矛盾却愈发升级。两场比赛后的Detroit分站Piquet跌入谷底，未能通过排位赛。他的赛车仅仅坚持了6圈就挂掉了，而备用车出弯性能非常糟糕，即便是这位未来的3届世界冠军也无法将其带入正赛。
为了不再重蹈Detroit站的覆辙确保万无一失，Brabham为加拿大站准备了另一部搭载Cosworth引擎的BT49D，但Stappert担心两家的合作会因此走向终结——BMW最终将退出F1，但Murray依旧对BMW充满信心，然而BMW还是令Murray失望了，Piquet的主力赛车遭遇引擎失火(Misfire，即一个或多个气缸未能正常点火)故障。但备用车却跑出了一场完美的大奖赛，为BMW引擎取得了首场F1比赛的胜利。随后BMW在燃油混合方面进行了重点研发，最终此处简单但却重要的改进成功的使这款引擎从之前龟速般的梦魇变身为驾驶性能媲美DFV的冠军级引擎。

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力拔千斤
Power Cumb

得到升级后BMW引擎的输出呈连年递增状，1983年版的M12/13通过转用Garrett涡轮增压器并将压缩比提升至7.5:1使得输出功率扶摇直上至740bhp，1984年更是达到880bhp，排位赛时引擎的输出则堪称传奇，10次记录的数值在1000-1400bhp间不等。事实上没人知道具体数字，因为BMW的引擎测功机根本无法测量如此之大的动力输出。尽管出身卑微，但M12/13无疑已成长为输出强劲且稳定的动力单元。为了满足BMW引擎的胃口，Brabham在正赛中重新引入了弃用多年的停站加油策略，此举帮助Nelson Piquet赢得了1983年的F1车手总冠军。1984年BMW亦将M12/13供给Arrows和ATS车队，1986年Benetton也成为BMW的客户。



1983年Brabham BT52后部搭载的BMW M12/13引擎在排位赛阶段最大可输出800bhp;不单M12/13的故事堪称经典,甚至连其所用的燃料也颇具传奇色彩,当时赛例规定各车队所用油品应与民用车相近,辛烷值(Octane)不得超过102,但聪明的BMW工程师巧妙地利用了规则未尽说明的灰色地带,他们发现只要在燃油中加入甲苯(Toluene),辛烷值便不会超过规则限定的数值,与传统油品相比,这种从汽油中提炼出的毒性碳氢化合物燃烧速度更快,燃烧时释放热能更高,在提升动力输出的同时亦能有效降低爆震(Detonation),据说当时BMW所用燃油中含有约80%的甲苯,这种能让一台1.5L引擎爆发出1300bhp的神奇液体当然价格不菲——每升300美元,据说这种以甲苯为主要成分的燃油与二战时纳粹战机使用的航空燃油成分非常接近,BMW在德国BASF公司的帮助下调制出了这种燃油,二战期间同盟国封锁德国的原油进口时这家公司曾使用煤合成航空燃油供应纳粹空军,但事实上BMW油品中"纳粹"燃油的所占比例非常低



1983年搭载M12/13的Brabham BT52帮助Nelson Piquet在全年仅胜3场的情况下夺得年度总冠军,这个冠军意义非凡,不但是BMW涡轮增压时代的第一个亦是唯一一个总冠军,同时也宣告了Cosworth DFV时代的终结,以及涡轮增压黄金时代的到来

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布置问题

Packaging Issues



尽管M12/13获得了巨大的成功，但不可否认这款强劲的引擎为Brabham在引擎布置方面带来了一些麻烦。M12/13相比V8引擎高度有所增大，但体积更小，因此能够非常容易的塞进单体壳中，但伸向两侧的大号集气箱却使得车体组件阻碍了流向尾翼的气流，这个问题令Brabham非常头疼。此时Murray的老熟人，美国变速箱设计师Pete Weismann与之取得联系。早年他们曾在一个搭载Offenhauser中置引擎的Indy赛车项目上共事。当时那部赛车面临同样的布置问题，为此他们曾考虑将引擎的安装位置降低，然后将集气箱置于车手后方。但车手座舱的布置会因此受到影响，Weismann提议采用一台从一侧输入/中央位置输出的横置变速箱，这样问题便迎刃而解。
在获悉Brabham和BMW的合作经历后，Weismann带着一个Tamiya出品的Brabham模型启程飞往英国Chessington，他希望通过这个模型展示自己的想法。Murray被Weismann的点子深深的吸引住了，不到半小时，车队所有者Bernie Ecclestone亦是如此。但BMW却对此却并不感冒，Murray预感到这种态度将使整个项目陷入僵局。"BMW根本就是消极怠工，"他回忆道。颇具讽刺意味的是BMW成为了几年前年Brabham的翻版。最终德国人按照Murray的要求改进了引擎的安装方式：BMW将引擎沿竖直方向倾斜72º摆放，这具代号M12/13/1的新机型将供给Brabham BT55。



直列引擎固有的劣势在Gordon Murray施行其前卫设计理念时毫无保留的暴露出来——整机高度过大,BMW对此提供的解决方案是将直列引擎倾斜72º摆放,几乎平躺的引擎在降低安装高度的同时还有降低重心的功效,可惜实际效果并不理想

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Brabham BT55在整车设计上的创新远大于引擎布局——低腰线+长轴距的设计哲学使得赛车的迎风面积降低30%，并且引领了80年代末期F1赛车的设计潮流。但最初这个稚嫩的设计却带来了一连串的问题，包括由重量分配引起的牵引力问题等等。



1985年Brabham在赛车空气动力学的发展上遇到瓶颈,主设计师Gordon Murray希望从激进的设计理念中找到答案,Brabham BT55应运而生,整车设计着眼于向尾翼输送干净的气流,为此Murray降低了车手坐姿,而BMW则提供了倾斜放置的引擎,Brabham还在这部赛车上首次启用了碳纤维复合材料底盘,Murray的设计理念成功的制造了大量下压力,但出乎意料的是同样产生了大量阻力,最终由于稳定性问题这部赛车全年只获得了两个可怜的积分;Murray的设计理念最终在其转投McLaren后取得了巨大成功,1988赛季身形与BT55颇为相似的McLaren MP4/4在全年16站比赛中取得了史诗般的15场胜利

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Brabham BT55在整车设计上的创新远大于引擎布局——低腰线+长轴距的设计哲学使得赛车的迎风面积降低30%，并且引领了80年代末期F1赛车的设计潮流。但最初这个稚嫩的设计却带来了一连串的问题，包括由重量分配引起的牵引力问题等等。



1985年Brabham在赛车空气动力学的发展上遇到瓶颈,主设计师Gordon Murray希望从激进的设计理念中找到答案,Brabham BT55应运而生,整车设计着眼于向尾翼输送干净的气流,为此Murray降低了车手坐姿,而BMW则提供了倾斜放置的引擎,Brabham还在这部赛车上首次启用了碳纤维复合材料底盘,Murray的设计理念成功的制造了大量下压力,但出乎意料的是同样产生了大量阻力,最终由于稳定性问题这部赛车全年只获得了两个可怜的积分;Murray的设计理念最终在其转投McLaren后取得了巨大成功,1988赛季身形与BT55颇为相似的McLaren MP4/4在全年16站比赛中取得了史诗般的15场胜利

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事实上新款M12/13/1引擎也为Brabham带来了不小的麻烦，新款引擎的运转温度比老款更高，而且在某些弯道出弯乏力。为此Brabham以增加阻力并在重量分配上有所妥协为代价改进了冷却系统，但收效甚微，赛车出弯时仍然挣扎于提升涡轮增压器的增压值。有人认为问题可能出在引擎支架内的一根压力管上，但在移走这根管路后Brabham依然无法达到与Benetton老款引擎相同的增压值。



1986年Riccardo Patrese的Brabham BT55赛车后部搭载的BMW M12/13/1斜置引擎,这个版本因为冷却等诸多问题成为公认的败笔;至涡轮增压时代结束时,装备BMW引擎的赛车出赛91场比赛,获得15个杆位,9次分站冠军和1个F1车手总冠军


最终Murray怀疑积聚在缸盖右侧的润滑油引发的吸油不畅是主要诱因，并确信Mallory Park赛道的对照试验已经佐证了自己的猜测。但Rosche对此却不以为然："为了弄清是否是吸油问题我们做过很多试验，但一无所获。"
可悲的是这个单纯的技术问题最终演变成了政治斗争。失意的Murray离开了Brabham，而BMW则试图退出F1，最终在Ecclestone的极力挽留下BMW签下了1987年的合同。此后Brabham试图转用回老款引擎，但却因BMW将所有存货出售给Megatron而受阻，后者继续向客户车队供货直到1988赛季末涡轮增压引擎遭禁。
BMW引擎虽然从未赢得过一个F1制造商冠军头衔，但反观更为精密Renault涡轮增压V6引擎也同样一无所获。不过无论如何M12/13还是为BMW带回了一个F1车手总冠军，并在F1历史上第一次为BMW写下了浓墨重彩的一笔，同时留下了一连串令人兴奋的数字。

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一具古董引擎的传说
An Old Engine Myth



人们一直对M12/13喋喋不休的是其基于高耐久性的民用车引擎的历史。据说当年BMW工程师发现高里程数的引擎缸体能够有效消除内应力。比赛中这种缸体在涡轮增压器极端的增压值下拥有更长的寿命。有报道称BMW M分部的工程师时常现身München的废车场，在报废的BMW轿车中寻找上了年头的引擎缸体。
Audi Sport的Ulrich Baretzky曾在80年代早期供职于BMW，从事F1引擎方面的工作。他本人对这些流言非常不屑："总有人不厌其烦的向我们提出这个问题，"他回忆道，"这纯属子虚乌有。但Paul Rosche对此非常好奇，所以我们曾经做过一次尝试。"他们从一部旧车上搞到一具缸体组装了一台引擎，然后在引擎测功机上观察会有什么神奇的事情发生。"结果引擎在暖机之前就爆缸了。"Baretzky回忆道。
故事的来源随着时间的流逝已日渐模糊，可能这是一个头脑发热的公关代表的杰作，亦或是某个记者从某段采访中断章取义，肆意遐想而为。唯一可以肯定的是BMW工程师绝对没去过München的什么废车场。



技术规格
引擎: L4,每缸4气门,涡轮增压
排量: 1499cc
缸径×行程: 89.2mm×60.0mm
压缩比: 7.5:1
重量: 170kg(包括涡轮增压器和中冷器)
缸盖: 铝制
缸体: 铸铁
活塞: Mahle,重365g
气门夹角: 40º
进气门直径: 35.8mm
排气门直径: 30.2mm
涡轮增压器: KKK(早期版本)/Garrett(后期版本)
中冷器: Behr
引擎管理系统: Bosch
油品供应: Wintershall(BASF的全资子公司)
最高转速: 11500rpm
最大扭矩: 大约52mkg@8500rpm(增压值3.1bar)
最大功率:
1983
排位赛: 赛季末增压值约为3.2bar/最大功率800bhp
正赛: 赛季末增压值约为3.0bar/最大功率740bhp
1984
排位赛: 赛季末为Brabham设定的增压值约为4.5bar/最大功率1050bhp
正赛: 赛季末增压值约为3.8bar/最大功率880bhp
1985
排位赛: 为Brabham设定的最大增压值约为5.4bar/最大功率1200bhp
正赛: 为Brabham/Arrows设定的增压值约为3.6bar/最大功率850bhp
1986
排位赛: 为Benetton设定的最大增压值约为5.5bar/最大功率约为1300bhp|为Brabham BT55斜置M12/13/1设定的增压值为4.9bar
正赛: 为Benetton/Arrows设定的增压值约为3.6bar/最大功率850bhp
1987(M12/13/1斜置引擎)
排位赛: 规则限定最大增压值4.0bar
正赛: 约为3.8bar/最大功率900bhp