[汽車之家 技術(shù)]  作為曾經(jīng)“無V8不歡”的美國品牌的代表，如今的福特卻算得上是個(gè)減排急先鋒：北美幾乎人手一輛的F-150全尺寸皮卡的入門排量已經(jīng)縮減到了2.7L；被譽(yù)為美國pony car精神代表的野馬也引入了讓人回想起40年前石油危機(jī)的2.3T發(fā)動機(jī)。不過，福特的歐洲分部在這方面做得更加徹底——一臺1.0L EcoBoost三缸發(fā)動機(jī)已經(jīng)成為了公升級發(fā)動機(jī)中的標(biāo)桿。從過去幾年中獲得的無數(shù)獎項(xiàng)中不難看出，自誕生之日起，這家伙已經(jīng)憑借著平順性、動力變現(xiàn)以及燃油經(jīng)濟(jì)性在全球的各種評比中稱霸許久。它是如何做到的？今天我們將其分解成了一個(gè)個(gè)零件，目的就是要找到這個(gè)問題的答案。

● 重點(diǎn)問題之一：平順性

　　2013年，長安福特將1.0T發(fā)動機(jī)落地生產(chǎn)，并陸續(xù)搭載在國產(chǎn)翼搏、嘉年華以及最新改款的�？怂股�，顯然這臺小發(fā)動機(jī)主要的服務(wù)對象是小型車、小型SUV和緊湊型車。實(shí)際駕駛過這些車型之后，我和我的同事們都認(rèn)為這臺發(fā)動機(jī)的實(shí)際表現(xiàn)配得上它獲得的那些褒獎，特別是在備受關(guān)注的平順性和動力輸出方面比之前預(yù)想要好得多。所以我們今天并不會按照常規(guī)的拆解順序進(jìn)行，而是先解決這個(gè)你我都最為關(guān)注的問題：三缸機(jī)的平順性如何解決？

『長安福特嘉年華怠速狀態(tài)展示』

- 措施之一：曲軸

　　從上面的視頻中可以看到，搭載在嘉年華上的1.0T發(fā)動機(jī)在怠速時(shí)的振動水平還是可以令人接受的。人們之所以對于三缸發(fā)動機(jī)的平順性憂心忡忡，原因就在于三缸的先天結(jié)構(gòu)造成了一階往復(fù)慣性力矩不平衡，且其最大數(shù)值在發(fā)動機(jī)一缸活塞運(yùn)動到上止點(diǎn)后的30°出現(xiàn)。工程師給出的推算過程我想大家都不會有太多的興趣，所以還是把復(fù)雜的計(jì)算公式留給學(xué)霸們吧，相信福特的解決方案才是最值得關(guān)注的重點(diǎn)。

　　擴(kuò)展知識：什么是發(fā)動機(jī)一階振動？當(dāng)活塞每上下運(yùn)動一次，將使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生一上一下兩次振動，所以發(fā)動機(jī)的振動頻率和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。其中振動頻率和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速頻率相同的叫一階振動，頻率是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速2倍的叫二階振動，依次類推，還存在三階、四階振動。

　　福特解決這個(gè)問題的秘訣之一就在曲軸上。這臺1.0T發(fā)動機(jī)的曲軸采用鑄造工藝制成，與常見的四缸發(fā)動機(jī)的平面式曲軸不同，三缸機(jī)采用了空間曲軸的形式，即曲柄之間的角度為120°。為了解決之前所說的不平衡問題，福特的設(shè)計(jì)師在曲軸平衡塊上動起了腦筋。

　　當(dāng)然，僅僅靠曲軸平衡塊的特殊設(shè)計(jì)還不足以完全達(dá)到令人滿意的NVH效果，接下來還需要什么措施呢？我猜很多人會想到平衡軸吧，這個(gè)答案沒有錯，但不全對。為什么呢？

- 措施之二：并非標(biāo)配的平衡軸

　　似乎在人們的固有思維中，三缸機(jī)為了抑制振動搭配平衡軸是天經(jīng)地義的，我也可以明確、負(fù)責(zé)任地告訴大家，我們拆解的這臺來自于�？怂棺詣訐踯囆偷�1.0T發(fā)動機(jī)裝備了一根平衡軸。平衡軸安裝在發(fā)動機(jī)油底殼內(nèi)，為了安裝這根平衡軸，發(fā)動機(jī)的機(jī)油泵與機(jī)油擋板也和其它發(fā)動機(jī)并不相同。

　　福特的工程師表示，由于擁有了特殊的曲軸設(shè)計(jì)以及平衡軸結(jié)構(gòu)，這臺三缸發(fā)動機(jī)實(shí)際上相當(dāng)于擁有了兩根平衡軸，當(dāng)然，其中一根是“隱形”的。然而之前我們曾提到過，為了達(dá)到良好的NVH效果，平衡軸并不是福特工程開發(fā)人員唯一的選擇。為了證明這一觀點(diǎn)，我們在生產(chǎn)線上找到了另一個(gè)版本的1.0T發(fā)動機(jī)。

　　看到這里不知道會不會有人擔(dān)心采用DCT和MT變速箱的車型運(yùn)行平順度是否會打折扣，其實(shí)大可不必有這方面的顧慮。在我們在相關(guān)車型的評測中，對于發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的NVH水平都比較滿意，上面的視頻中就是采用了DCT發(fā)動機(jī)的嘉年華車型。此外，在世界上贏取多項(xiàng)發(fā)動機(jī)大獎的大多也都是搭載在嘉年華、翼搏車型上沒有平衡軸的版本，因此對于這款三缸發(fā)動機(jī)而言，有沒有平衡軸并不是一個(gè)問題。

● 重點(diǎn)問題之二：動力表現(xiàn)

　　除了對三缸發(fā)動機(jī)NVH的擔(dān)心之外，1.0L的排量還容易讓人們懷疑這臺發(fā)動機(jī)的動力表現(xiàn)。確實(shí)，如果動力不能令人滿意，即使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)再平順，也無法將駕駛變成一件有樂趣的事情。然而，排量已經(jīng)低至“公升級”，這么小的“肺活量”如何才能產(chǎn)生大能量呢？

- 措施之一：渦輪增壓

　　很顯然，這是一款隸屬于福特EcoBoost發(fā)動機(jī)家族的產(chǎn)品，因此渦輪增壓器是標(biāo)準(zhǔn)配置。這臺1.0L EcoBoost發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器采用了大陸集團(tuán)的產(chǎn)品，渦輪的尺寸很小，有利于優(yōu)化反應(yīng)的靈敏度、降低遲滯感，最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到248000rpm。由于是三缸發(fā)動機(jī)，因此沒什么雙渦管之類的結(jié)構(gòu)（這有點(diǎn)像廢話），不過采用了電控的壓氣機(jī)泄壓閥，可以令壓力控制更加精準(zhǔn)。

　　擴(kuò)展知識：為什么電控泄壓閥可以提高加速響應(yīng)？因?yàn)闊o論是手動擋車型還是自動擋車型，在換擋時(shí)都會有收油的動作（節(jié)氣門關(guān)閉），收油時(shí)渦輪葉片依舊保持之前的轉(zhuǎn)速，一旦節(jié)氣門關(guān)閉，如果不對進(jìn)氣管路中的壓力進(jìn)行控制，管路內(nèi)的壓力就會驟升。這股壓力會反作用于渦輪葉片使其轉(zhuǎn)速大幅度降低，會影響升擋后的加速響應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)還有可能損壞節(jié)氣門。由此看來，就需要裝配一個(gè)動作迅速的泄壓閥對這一工況下的進(jìn)氣壓力進(jìn)行控制，而電控泄壓閥可以滿足這個(gè)訴求。

- 措施之二：缸內(nèi)直噴

　　應(yīng)該說，渦輪增壓器是這臺發(fā)動機(jī)能夠獲得更強(qiáng)動力的主要原因，但除此之外，供油系統(tǒng)和配氣機(jī)構(gòu)在這里同樣扮演了給力幫手的角色。這款1.0T發(fā)動機(jī)采用了頂置直噴布局，配合活塞頂部的凹槽可以產(chǎn)生工程師所需要的滾流。

　　應(yīng)該說，不論是頂置直噴還是側(cè)置直噴，都是不同廠家工程開發(fā)人員設(shè)計(jì)思路的體現(xiàn)，并不能粗暴地判定高下。不過，頂置直噴更加容易實(shí)現(xiàn)分層燃燒（想了解分層燃燒？請點(diǎn)擊這里），但對于國內(nèi)的車輛使用環(huán)境來說意義不大。此外，缸內(nèi)直噴對于油耗的控制也同樣有積極的幫助。

- 措施之二：雙VVT

　　與缸內(nèi)直噴系統(tǒng)類似，雙VVT系統(tǒng)同樣在動力輸出和控制燃油消耗方面做出了自己的貢獻(xiàn)。在配氣系統(tǒng)方面，進(jìn)/排氣雙VVT已經(jīng)是如今的主流配置，對于小排量發(fā)動機(jī)來說，通過調(diào)節(jié)進(jìn)排氣門開合時(shí)機(jī)以獲得在不同轉(zhuǎn)速區(qū)間的最優(yōu)化性能是十分必要的。

　　在人們固有的認(rèn)知中，采用鏈條的正時(shí)系統(tǒng)好處諸多，其中最重要的一定就是免維護(hù)，但不可否認(rèn)的是，盡管在技術(shù)上可以改善靜音方面的性能，但畢竟是金屬與金屬之間的接觸，噪聲還是個(gè)問題，尤其是隨著車輛行駛里程的增加，正時(shí)鏈條發(fā)出的噪音也可能變大。而橡膠材質(zhì)的皮帶在噪音控制環(huán)節(jié)就有本質(zhì)的優(yōu)勢，如果能解決每6萬公里至8萬公里定期更換的問題，那么，這樣的皮帶顯然更“高級”。

　　通過我們的實(shí)際測試和體驗(yàn)，不論在嘉年華還是福克斯車型上，這臺1.0T發(fā)動機(jī)的動力表現(xiàn)都強(qiáng)于排量更大的自然吸氣發(fā)動機(jī)，甚至能帶給駕駛者些許的駕駛樂趣，這一點(diǎn)在嘉年華車型上體現(xiàn)得更為突出。平順性不差、動力也不遜色，如果能有優(yōu)秀的燃油經(jīng)濟(jì)性的話就更有說服力了。接下來我們就來看看福特在這方面做了哪些優(yōu)化設(shè)計(jì)。

● 重點(diǎn)問題之三：經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)如何？

　　通過我們的實(shí)際測試，采用了DCT變速箱、1.0T發(fā)動機(jī)的2014款福特嘉年華的平均油耗為6.81L/100km，排在同級別（小型車）的第二十五位，這個(gè)成績看起來并不算特別搶眼。不過，采用相同變速箱、1.5L自然吸氣發(fā)動機(jī)的2013款嘉年華的實(shí)測油耗為7.87L/100km，排名第42。如果和自己對比的話，1.0T發(fā)動機(jī)動力表現(xiàn)令人印象深刻，但油耗更低，這是可以欣然接受的。

　　在談到對動力輸出的優(yōu)化時(shí)，我們曾經(jīng)提到雙VVT系統(tǒng)和缸內(nèi)直噴系統(tǒng)對于發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性也有著很多積極的作用，因此在這里就不再重復(fù)解釋了。除此之外，還有一些結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)對于能耗以及排放同樣會有所幫助，這對于宣揚(yáng)節(jié)能減排的小排量發(fā)動機(jī)十分重要。

- 優(yōu)化之一：集成排氣歧管

　　在近些年推出的新一代發(fā)動機(jī)中，集成式排氣歧管已經(jīng)成為了非常主流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。集成式排氣歧管的熱效率更高，可以令發(fā)動機(jī)涼車時(shí)的水溫快速升高至最佳工作溫度，這樣會有三個(gè)好處：一、就車內(nèi)駕乘人員而言，在冬天，水溫的提升速度決定了暖風(fēng)的供給速度；二、水溫在一定程度上決定了潤滑系統(tǒng)的保護(hù)效果（確切的說是機(jī)油溫度，發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的熱量也會傳至機(jī)油）；三、對尾氣排放質(zhì)量有積極作用。

- 優(yōu)化之二：雙節(jié)溫器設(shè)計(jì)

　　雙節(jié)溫器設(shè)計(jì)也是現(xiàn)今比較先進(jìn)的發(fā)動機(jī)冷卻控制理念，兩個(gè)節(jié)溫器分別控制通往缸體和缸蓋的兩條循環(huán)水道，由于缸體和缸蓋的溫度特性不同，兩個(gè)節(jié)溫器的開啟溫度也不同。與集成式排氣歧管的優(yōu)勢類似，雙節(jié)溫器/雙水道設(shè)計(jì)可以令發(fā)動機(jī)更早進(jìn)入工作溫度，同時(shí)也可以更快提供車內(nèi)暖風(fēng)。

- 優(yōu)化之三：變排量機(jī)油泵

　　之前我們在分析平衡軸時(shí)曾經(jīng)提到過發(fā)動機(jī)的機(jī)油泵，并承諾將在后面細(xì)聊�，F(xiàn)在就讓我們看看這臺1.0T發(fā)動機(jī)的機(jī)油泵吧。福特工程師為這臺發(fā)動機(jī)選擇了一款變排量機(jī)油泵。與傳統(tǒng)的定排量機(jī)油泵相比，ECU可根據(jù)發(fā)動機(jī)工況調(diào)整油泵狀態(tài)：在低轉(zhuǎn)速時(shí)增大油壓以滿足潤滑需要，而高轉(zhuǎn)速時(shí)降低油壓以減輕發(fā)動機(jī)的負(fù)載，從而提升燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　由于有了缸內(nèi)直噴、雙VVT結(jié)構(gòu)以及上面的這些細(xì)節(jié)上的優(yōu)化，這臺1.0T最終獲得一個(gè)可以令人接受的油耗水平，特別是相對于它的動力表現(xiàn)來說，足夠優(yōu)秀了。解決了平順性、動力和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)問題，接下來我們再來看一看這臺發(fā)動機(jī)還具有哪些特點(diǎn)。

● 它還有那些特點(diǎn)？

　　首先，從大的方面來說，這臺發(fā)動機(jī)并沒有采用全鋁合金結(jié)構(gòu)，它的缸體依舊是鑄鐵材質(zhì)，這一點(diǎn)我想很多人應(yīng)該早已發(fā)現(xiàn)了。此外，缸體采用了一體的龍門式結(jié)構(gòu)而非分體式，雖然從理論上來說，龍門式的缸體會稍遜于分體式，不過對于鑄鐵缸體來說，強(qiáng)度倒不是一個(gè)需要過多考慮的問題。

　　雖然鑄鐵缸體在強(qiáng)度方面不需要擔(dān)心，但散熱問題卻要比鋁合金缸體嚴(yán)重得多，因此福特的工程師在缸體散熱方面做了一些細(xì)節(jié)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提升缸體特別是缸筒部位的散熱效果。

　　除了缸筒，缸筒內(nèi)部運(yùn)動的活塞同樣需要冷卻。在這方面，這臺福特1.0T發(fā)動機(jī)采用了較為常見的機(jī)油噴射的方式，類似的方式我們在很多品牌的發(fā)動機(jī)上都可以看到。

總結(jié)：

　　盡管到現(xiàn)在為止我依然十分抗拒小排量渦輪增壓發(fā)動機(jī)，但也不得不承認(rèn)這臺三缸機(jī)確實(shí)十分優(yōu)秀。我們的確可以把它看作是被政策催生出來的產(chǎn)物，它的每一處設(shè)計(jì)似乎都是通過處心積慮計(jì)算出來以應(yīng)對各種各樣無聊且與人類享樂天性相背離的條條框框，然而從結(jié)果來看，它成功了。就像是在一個(gè)狹窄的空間里跳舞，沒有碰壁，但它的舞姿卻令人愉悅。當(dāng)然，我們可能會抱怨，它的缸體只是個(gè)黝黑沉重的鐵疙瘩，為什么不能做成更輕量化、散熱效果更佳，同時(shí)也更漂亮的鋁合金缸體呢？相信面對這個(gè)問題，英國福特的工程師也許會在計(jì)算器上按出一個(gè)數(shù)字，然后露出輕蔑的微笑吧。（文/圖 汽車之家 張戈）