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宝马3系论坛 >  BMW 3系列E46中期延寿计划(MLU)

发表于 2016-08-26 14:06    IP属地:未知

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BMW 3系列E46中期延寿计划(MLU)
中期延寿计划,又称为MLU(英文:Mid-Life Upgrade),最早出现于美国航空工业,特指为早期生产但总体设计尚不落后的军事主战装备(坦克,军舰,战斗机等)进行更新和升级,以保持先进战力。最有名的MLU就是F-16A/B MLU,这批70年代生产的战斗机在MLU后战力不亚于21世纪初装备的新型F-16C/D。
讲到车上。E46堪称宝马的一代经典3系列。和如今已经沦为消费品的E90系列,F30系列相比,E46能体会到更纯粹的操控和驾驶乐趣——当然前提是这辆E46的状态要足够好。破铜烂铁,满身毛病的E46是无法哪怕和本田雅阁比操控的。说到“操控”,很多人都以为是像AE86那样漂移。其实E46的操控恰恰是反对漂移的。玄而又玄的“操控性”说到根本,可以说就八个字:“转向精确,反应灵敏”。这八个字说起来简单,做起来却倍加困难。特别是当前所有的E46车龄逾10年。不少底盘件已经老化,开起来底盘松散,噪音难听。而改装届普遍热衷的升级悬挂减震,刹车等,对解决这些问题无事与补。因此,想要做到这八个字,必须予以通盘考虑,不仅看的见的地方(如减震,刹车)需要改进,看不见的地方更是尤为重要。
我从2015年下半年开始确立MLU计划,到16年初计划书完成,并且与4月份完成了第一个项目前平衡杆拉杆以来,历经一年终于初步完成。期间精华部分就是8月19-26日7天时间的后悬挂装置整修。前悬部分修整因为较为独立,我已经在爱卡论坛单独撰写相关文章。而后悬翻修技术过于繁杂,加上部分牵涉知识产权问题,在此不谈(也没法谈)细节,仅做大方向上的讨论。具体细节可以参见Bently Service Manul 相关章节。
在此我要特别感谢江苏昆山ROVP的创始人Eric Huang先生提供的全程指导以及美国密苏里州哥伦比亚市的机械师兼商人肯宁汉·司徒先生的聪明才智,以及德州农工大学博士GreatFog无偿支援部分工具。他们的存在让我克服了一个个从未遇到过的难关,也是真正的让我成长。还要感谢为此计划献计献策或提供知识的E46fanatics网友mango,美国密苏里州杰斐逊市宝马爱好者Brain Russ先生,以及能第一时刻提供零件补漏的哥伦比亚BMW 4S零部件主管Bob。没有他们,这些工作将不可能完成。
目录
1. BMW E46悬挂系统简述
2. 后悬拆卸
3. 子系统翻新
4. 传动轴翻新
5. 总装与调试
[ 本帖最后由 huajiachicat 于 2016-8-27 15:01 编辑 ]

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发表于 2016-08-26 14:16    IP属地:未知

1. BMW E46悬挂系统综述
BMW E46为前中置后驱型车辆,发动机纵置位于座舱前,前轮轴后。动力输出通过长长的传动轴传送给差速器,然后在此一分为二输出给两个后轮驱动车辆。和一般家轿横置发动机前置前驱相比,重心位于车中部,前后重量比接近1:1,前后轮负荷相对均一。其中前轮仅负责转向,后轮负责驱动。因此在E46上宝马使用了较为简单传统的麦弗逊前悬和C型中央连杆独立后悬。
E46的前悬是教科书式的麦弗逊前悬,结构见下图(E30前悬,结构和e46类似):

可见麦弗逊前悬标志性的弹簧减震筒合二为一以及L型下摆臂。和许多前置前驱家轿一样,E46为前悬配备了前副车架。但因为负荷较低,未使用复杂的副车架胶垫系统。发动机通过两个引擎机脚软连接在副车架上。
E46前悬高度类似E36。但和E36相比大量采用铝制件,改善设计来减轻重量,提高灵敏度,同时通过增大操纵轴角(Caster)来增加高速时候转向稳定性。设计简单可靠。前悬的常见弱点是原厂胶垫(引擎机脚和下摆臂胶垫)为空心橡胶,内部充满缓冲液体。虽然带来良好的缓冲减震效果但是随着日积月累,橡胶磨损破裂后容易漏液。一旦漏液就失去原有效果。引擎机脚失效后噪音震动增加,下摆臂胶套失效后则航向稳定性消失。都属于MLU重点关照的部件。此外,平衡杆拉杆球头(球窝关节),下摆臂球头也属于易损部件但总体质量尚可,需要时时检查。
2. E46的后悬吊系统
如果说BMW 3系列前悬从E30年代就没有什么修改的话,那么后悬则是在不断演化。E30年代后轮为半独立的“半拖曳臂式悬吊系统”,到了E36和E46则演化成了C型中央连杆(Central C link)型独立悬吊,并广泛运用于E36,E46,E85 Z4等车型。C型中央连杆可以看作是多连杆后悬的简化版本。中央后副车架(在E36车型上俯视为C型,故得名)上集成了差速器,并且后轮上下控制臂一端栓接在副车架上,另一端栓接在轮盘上。垂直方向减震器则连接正上方车体,而拖曳臂仍保留,连接在前方车体上。在车辆行驶中,垂直方向的加速度(颠簸)由减震和弹簧吸收,航向方向加速度(加减速)有拖曳臂负责吸收,而迳向加速度(转弯)由拖曳臂,副车架和控制臂,以及后平衡杆共同吸收。由于后悬组成部件多,相对运动关系复杂,部件彼此之间都通过胶垫和球窝关节连接以获得较好的缓冲和灵活性。

和前悬情况类似,这些提供软性连接的胶垫和球窝关节容易在长年累月驾驶中衰老并失效,造成底盘松散,转弯迟钝,转向不精确等问题。为这次中期延寿计划的重点。
3. 传动轴系统和变速器胶垫
严格来说传动轴和变速器缓冲焦点不属于悬挂系统。但是其和操控密切相关,并且在结构逻辑上有连贯性,本次一并替换。
由于车身结构布置问题,发动机轴心,变速器轴心和差速器轴心无法做到三点一线。万向节就是用于解决此类问题。在传动轴系统中共有两三个个万向节:一个位于变速器动力输出端,由六个球窝关节埋在橡胶压成的“饼”中,因此又称“胶饼”或者“龟波”(英文Guibo的音译)。胶饼的作用是将水平转动的变速器输出端赋予一个向下的角度。同时橡胶“饼”能缓冲转速突变时带给传动轴的冲击,减小机件磨损。另两个万向节为大型硬万向节,一个位于传动轴中央,另一个位于差速器前,作用是将传动轴角度略微提起,和差速器相配合。中央万向节的后方有一个吊胶,栓接在车体上,用来承受传动轴重量。
“胶饼”和传动轴中央吊胶都是属于橡胶缓冲件,也属于易损件的范畴。胶饼和吊胶老化后主要症状是高速巡航抖动加剧,加减速时抖动增加。常常和引擎胶垫老化相混淆。因此本次延寿中将一并翻新。
综上所述,本次操控复原的核心就是用原厂或高品质副厂新件更换易损件,达到消除底盘松散,行驶异常震动,转弯不准确灵活等慢性疾病。为此,使用的材料及品牌如下:
前部悬挂:
1. 下摆臂胶套x2(Meyle HD/补强)
2. 引擎机脚x2(Lemforder M3/OEM补强)
传动轴和变速器胶垫:
1. 变速器机脚x2(BMW M3/原厂补强)
2. 传动轴胶饼x1(BMW/原厂)
4. 传动轴吊胶x1(BMW/原厂)
后部悬挂:
1. 差速器后部胶垫x1(Lemforder/OEM)
2. 差速器前部胶垫x2(Lemforder/OEM)
3. 副车架胶垫x4(混用Meyle HD/补强和Lemforder/OEM)
4. 拖曳臂末端胶垫x2(Lemforder M3/OEM补强)
5. 拖曳臂球窝关节x4(Meyle/副厂,原车拖曳臂下方胶垫用球窝关节补强)
6. 后上控制臂顶端胶垫x2(Lemforder/OEM)
7. 后下控制臂顶端胶垫x2(Lemforder/OEM)
其他零碎材料:
1. 美孚1号(Mobil 1)75W-90全合成齿轮油2瓶(2L),是找不到原厂差速器油时候极好的替代品
2. 胶饼螺栓螺母(原厂m3,非M用已经停产,各x6,按手册要求替换)
3.螺丝螺母等备品库:随时保证使用
4.排气管用耐热螺丝和耐热垫
5. 排气管吊胶
翻新悬挂需要大量特殊工具。宝马在原厂维修手册里详细列举了所需特殊工具的编号。但其实很多东西可以土法上马。
其他不常用工具:
1. 14mm内六角扳手套筒(拆装差速器注放油螺丝)
2. E12梅花套筒(拆装传动轴梅花螺栓)
3. 30mm 星型套筒(拆装轮毂中央螺母,不能用六边形代替)
4. 21mm 套筒(拆装差速器后方螺栓)
5. 21-28mm星型套筒(按压后控制臂顶端胶垫)
[ 本帖最后由 huajiachicat 于 2016-9-2 00:22 编辑 ]

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发表于 2016-08-27 11:43    IP属地:未知

2. 后悬拆卸
本次升级最重要的是后悬,因此拆卸安装论述亦以后悬为主。本次贯彻的是“能更新的都予以更新”的原则,车体从前端向后端需要拆卸翻新的部件有:
1.变速器机脚
2.传动轴(含胶饼和中央吊胶)
3.副车架系统(含上下控制臂,弹簧和差速器)
4.拖曳臂和轮盘系统(含输出半轴)
此外排气管,刹车,后平衡杆等杂项虽然此次不予替换,但其位置特殊,仍然需要拆卸以便于其他部件的拆装。
拆卸的大致主要步骤是:
1. 排气管拆卸,将排气管中段和尾段整体拆下。根据车型不同,需要拆卸车体加强/固定装置。排气管中部和后部各有两个吊胶(中部编号:后部编号:),如若龟裂可以乘机更换。头端尾端链接的耐热垫,耐热螺母也予以更换。注意在装回去的时候涂以大量铜质放抓取剂(Antiseize),不要使用黄油或其他润滑脂。随后取下副车架前的铝制半月形护板,已经车底隔热铝板,将传动轴暴露。

2. 拆卸刹车卡钳,刹车盘,并用32mm星型套筒配合风炮或长固定扳手将轮毂中央螺母拆下。轮毂中央螺母需要更换。随后断开传动轴输出轴和差速器之间的连接(6个E12星型头螺栓,拆之前做好标记),然后用锤子敲击传动轴输出轴中央,把输出轴从轮盘中敲出来。下图为轮轴螺母:

拆卸输出半轴:

3. 拆卸弹簧,后平衡杆等后悬部件,并将电气接口(有ABS传感器,刹车片厚度传感器,悬挂位置传感器)等断开并妥善收好。取下手刹片,手刹弹簧和手刹调节器,并将手刹钢缆推离拖曳臂。随后将固定拖曳臂的6个螺栓取下(拖曳臂-车体3个,拖曳臂-后上控制臂1个,拖曳臂-后下控制臂1个,拖曳臂-减震器支柱1个),然后就可以取下拖曳臂了。


4. 断开差速器和传动轴的连接。为四个E12星型螺栓,拆之前需要做好标记。然后将中央吊胶后侧的传动轴长度调节螺帽拧松(用活动扳手),握住传动轴后半部分稍向前推以缩短传动轴总长度方便取下。然后用18mm套筒配合18mm固定扳手,取下固定变速器和传动轴胶饼的螺栓。最后取下中央吊胶2个固定螺母,将传动轴整体取下:下图中央吊胶往下的黑色帽就是传动轴长度调节螺帽:

拆掉传动轴以后的车体:

5. 用铁架支撑住副车架底部和差速器部分,然后拧松副车架-车体固定螺栓(红色箭头处,位于副车架后部,前部已经在取下半月形护板时取下),并将手刹线缆从副车架中的管道抽出,就可以将副车架,上下臂和差速器整体放下。注意此步骤前最好放干差速器油,以方便后续操作。

用铁架支撑住

6. 将上下臂,差速器分别予以拆出。图中下臂已经拆下翻新。

7. 铁架将变速器部分支撑住,随后松开变速器后端铝制支架的螺母,以及变速器机脚上部螺母,就可以抽出支架和旧机脚

拆下的支架和变速器机脚:

经过以上步骤,后悬和传动轴拆卸部分宣告完成。
[ 本帖最后由 huajiachicat 于 2016-8-27 12:55 编辑 ]

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发表于 2016-08-27 12:32    IP属地:未知

3. 子系统的翻新
和前悬系统最大的不同之处,后悬的各缓冲胶垫并不是独立的,而是镶嵌在各主要部件中的。而且这些胶垫几何形状特殊,宝马公司精心设计各胶垫的安装方向和深度,只有满足这些要求才能确保最佳的平衡性和精确性。而宝马在设计时候没有考虑维护性,甚至没有考虑一般汽修工对其进行修整,因而完全没有防呆设计。因此执行此步骤时需要万分小心。
在使用特殊工具还是使用普通万能工具(如“万用压胶工具”)或自创工具这个问题上,我和国内外车友都有交流。但结论是,如果有条件,尽量使用特殊工具。特殊工具专门为某个胶垫研制,能最大可能考虑压胶的便利性和正确性。而万用工具则难以掌握深度和力道。至于美国同行常常采用的自创工具,通常限于材料问题或设计问题,常常导致失败。特别是沿海地区(中美两国一样),底盘锈蚀厉害,胶垫外圈铁套和安装铁环锈在一起。除非使用特殊工具,否则就要用火烧刀锯等暴力方法。累人不说而且污染大寿命缩短。因此特殊工具还是必须的。
除了更换胶垫以外,翻新还包括铁质部分除锈,重新喷漆以防止进一步锈蚀。BMW在拖曳臂和副车架材料选择上似乎并未上心,用普通铁板/管压铸焊接而成。然而后悬暴露在外,长期受风霜雨雪冲刷,非常容易锈蚀。喷涂油漆能有效减缓锈蚀,延长寿命,不失为行之有效的方法。本章节包括三个部分:1. 副车架翻新,2. 拖曳臂和上下臂翻新以及3. 传动轴翻新。其他还可进行的翻新项目有:输出半轴的翻新,和轮盘轴承的更新。限于时间限制本篇并未涉及。
3.1 副车架翻新


拆下副车架后首先是清洗。有各种有机溶剂,皂基水性去污剂等仔细将内外能洗到的地方洗干净,去除残油,污垢。三个红箭头所示部分为三个差速器胶垫,差速器就是固定在三个胶垫上。



清洗完成后晾干,随后用研磨机或者砂纸将锈蚀地方铁锈除去,直到露出金属光泽。然后反复清洗干净并晒干以免重新锈蚀。四个蓝箭头所示为副车架胶垫,负责副车架和车体之间连接。





喷涂底漆。本次使用罐喷金属底漆,用少量多次方法均匀喷涂在副车架上直至饱和。由于7个胶要被替换,故不需特别遮盖。



喷涂面漆。本次用蓝色光泽防锈漆喷涂,手法和底漆一致。





喷涂完后放置直至漆面完全干燥,随后进入换胶垫环节。图为拆除旧胶垫后铁环。新胶垫将塞在其中,两者之间公差极小,接触紧密(这也是为什么我不推荐不使用特殊工具的原因)。





新胶垫用特殊工具压入后,如图:

继续更换剩下的差速器前胶和副车架胶垫,完成后就可以等待安装了。完成后效果如下图:




2. 拖曳臂
拖曳臂翻新也大同小异,可以分成清洗打磨-喷涂底漆-喷涂面漆-更换胶垫四个步骤。但因为拖曳臂翻新工序紧张,故未能有足够时间予以干燥,效果不如副车架来得好。

在喷漆时需要用遮盖带盖住轮轴



拖曳臂共有三个胶垫:前段链接车体为大型胶垫(4),后端有两个,分别连接上臂和下臂。其中连接上臂的为球窝关节(Ball joint,俗称鱼眼,下图2),下臂仍为传动的胶垫(3)三个胶垫都需要特殊工具拆装。如有需要也可以把下臂胶垫更换成球窝关节以提高车辆的活泼性。此外上臂和下臂顶端也各有一个胶垫,需要用台式压床更换(6和14)

拆下胶垫后的拖曳臂

拆下的六个胶垫,可见已经严重锈蚀了:

换上新胶套以后:




就可以安装了
3. 传动轴翻新



传动轴翻新包括了更换胶饼和中央吊胶。首先将控制传动轴总长的螺母E拧至完全松,然后就可以在D处将传动轴完全一分为二。分开前需要标记两个半轴相对位置。


传动轴前半段如下图,左端为吊胶(C),右端为胶饼。卸下固定胶饼和传动轴的3根螺母螺丝,将胶饼完全拆下。

拆下胶饼如图,已经龟裂了

用新的胶饼替换之,注意方向:有字的一面朝向变速箱方向,胶饼侧面有三角形剪头,其尖端应该朝向传动轴或者变速器安装点:

用尖嘴钳将固定中央吊胶的C型固定环取下,随后用压床将吊胶以及中央轴承压出,并压入新的轴承和胶

然后位置对准后组装成一整根传动轴,暂时不要拧紧长度调节螺母,以便于安装。
其他翻新还有上下臂顶端胶套更换,以上臂作为例子,更换前:

更换后:

这些都完成以后,就可以进入总装和调试环节了。
[ 本帖最后由 huajiachicat 于 2016-8-27 14:16 编辑 ]

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发表于 2016-08-27 14:47    IP属地:未知

4. 总装与调试
总装总体而言遵循和拆卸相反的顺序。需要注意的是许多零件是一次性的,在总装时候应予以替换。
首先进行的是变速器机脚装配。很显然旧的机脚已经变型,为了提高耐用度我是用M3手动变速器机脚。经实践,和非M机脚完全通用,且更加坚实。图为新变速器机脚(已安装)和旧的对比:

安装到位后加载至扭矩值即可。然后就可以撤去支撑变速器的铁架台。
第二步:安装副车架,差速器和摆臂。将已经翻新了副车架和重新密封的差速器组装好,同时将摆臂安装到位。下摆臂可以暂时不加载扭矩,其他螺栓均加载到规定值。然后将安装好副车架系统移上铁架台,调整铁架台高度,最后安装到位,装上半圆形环,拧上螺母以暂时固定。同时将手刹线从副车架导管中穿过
第三部:安装传动轴。将胶饼和末端分别连上变速器和差速器,如果有标记需要找准。然后拧上螺栓螺母或者E12螺栓。倘若位置不佳,可以挂N挡以后将传动轴转过一个角度。最后对中央吊胶进行pre-load,将中央吊胶螺母上至半紧时,往车前部方向推中央吊胶到底,然后上紧螺母。将所有螺母螺栓上紧至规定扭矩之后,拧紧传动轴长度调节螺母(图中底盘涂敷了防锈漆)。

第四步:pre-load拖曳臂。将拖曳臂前部胶垫安装铁片装上,预紧螺栓螺母以后,用水准仪将铁片边缘方向对准轮轴中心,然后上紧至扭矩值:

第五步,将拖曳臂装回,安装前部三颗螺丝(不必拧紧)以固定拖曳臂,然后分别安装拖曳臂-减震,拖曳臂-上臂,拖曳臂-下臂三颗螺栓。然后将输出轴插入轮盘中央轴承。固定输出轴-差速器螺栓(需对准标记),必要时使用榔头将输出轴敲入轮盘,装上轮轴中央螺母。最后将拖曳臂前部安装铁片位置对准标记后,拧紧所有的螺栓。然后将弹簧装回,并且装回热护板

最后装上后平衡杆,手刹,刹车,排气管,并重新加注差速器油,总装宣告完成!

落地试驾后,补做四轮定位

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发表于 2016-08-27 15:00    IP属地:未知

后记:
此次后悬架全面翻新,一共耗去了将近18小时,全部工作都由我和肯宁汉·司徒两人协力完成。期间遇到无数问题,如排气管锈住,传动轴拆装不易,手刹线卡住等等,但都在我们协同努力下得以克服。此外汽油滤器也同步更换(本文未列入)。试运行结果是,原本常见的噪音已经消失,翻新的悬架在转弯时走线性更好,也能承受更大的过弯G值(加速度)。
当然这次翻新也并未完美无缺,有些步骤受时间局限没有完成,如差速器前部和两侧油封,因为时间紧张缺乏足够工具,虽然购买了零件但没有来的及更换。引擎机脚也在计划之列却因为时间缘故未能有机会替换。
最后特别感谢“老英”斯图尔特·肯宁汉。密苏里州哥伦比亚市汽车爱好者共同的精神领袖和伙伴,自然主义者,香港出生,新加坡长大的英国人。老英即将离开美国前往中美洲国家伯利兹过田园生活。在此放一张照片以表惜别之情:

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来自 爱卡iPhone版 发表于 2016-08-27 20:43    IP属地:未知

干货谢谢楼主分享....

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发表于 2016-08-27 22:00    IP属地:未知


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来自 爱卡iPhone版 发表于 2016-08-28 08:15    IP属地:未知

好贴

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来自 爱卡iPhone版 发表于 2016-08-28 12:46    IP属地:未知

太干了

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