[汽車之家 發(fā)動機(jī)拆解]  上海車展已經(jīng)過去一段時(shí)間了，在媒體日忙完本職工作后，我又見縫插針的游走了各個(gè)展位，主機(jī)廠、供應(yīng)商的產(chǎn)品總體來說都不少，但實(shí)話說亮點(diǎn)不是很多，尤其是純電動汽車的光環(huán)開始減弱，同時(shí)混動車的比例有所上升，可以看出排放政策給車企帶來了很多壓力。說到排放法規(guī)，目前車企的應(yīng)對的方式基本可以分為兩種，一種是通過對發(fā)動機(jī)技術(shù)的革新，以此降低排放；一種是通過48V、混動等手段，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行過渡。兩種手段都無可厚非，而通過技術(shù)手段對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)進(jìn)行升級則是老牌車企常用的方法。

　　在這樣一個(gè)大背景下，關(guān)于小排量發(fā)動機(jī)的研究依然是傳統(tǒng)車企討論的重點(diǎn)，縱觀前段時(shí)間上市的新車，福特�？怂沟�1.5T三缸發(fā)動機(jī)可以算是一個(gè)亮點(diǎn)了，當(dāng)然，小排量+三缸的組合并不值得大驚小怪，不過這臺發(fā)動機(jī)還加入了閉缸技術(shù)。

　　車展上工程師曾介紹說14毫秒就能進(jìn)行單缸的開閉，完成三缸到兩缸的轉(zhuǎn)變，因此對這臺發(fā)動機(jī)我還是很感興趣的，前段時(shí)間我來到了福特汽車位于重慶的發(fā)動機(jī)工廠對這臺發(fā)動機(jī)進(jìn)行了首次拆解，通過拆解我發(fā)現(xiàn)了很多有意思的點(diǎn)，這篇文章我們就來詳細(xì)的聊聊，同時(shí)大家有什么疑問也可以在評論中跟我交流。

◆Ecoboost family新成員駕到

　　福特Ecoboost發(fā)動機(jī)家族十分龐大，跨越的時(shí)間也比較長，這臺1.5T發(fā)動機(jī)就是Ecoboost家族的新成員。作為最新的平臺產(chǎn)品，它的誕生背景十分簡單，在全球油耗和排放要求日趨嚴(yán)峻的大背景下，為了能滿足苛刻的Stage6排放要求，曾經(jīng)設(shè)計(jì)開發(fā)那臺經(jīng)典的1.0T三缸發(fā)動機(jī)團(tuán)隊(duì)，開始對曾經(jīng)的Ecoboost I4 Sigma GTDI發(fā)動機(jī)進(jìn)行升級，經(jīng)過福特北美和歐洲團(tuán)隊(duì)的開發(fā)，最終得到了這臺1.5T三缸發(fā)動機(jī)，這臺發(fā)動機(jī)最大的特點(diǎn)就是在保證動力的同時(shí)，可以帶來更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。

　　還有一個(gè)點(diǎn)要在拆解前說明：1.5T發(fā)動機(jī)匹配的傳統(tǒng)系統(tǒng)。之前的1.0T發(fā)動機(jī)在國內(nèi)銷售時(shí)匹配了不同的傳動系統(tǒng)，分別是AT和DCT以及MT變速箱，其中與自動變速箱匹配的1.0T發(fā)動機(jī)加入了平衡軸的設(shè)計(jì)，而DCT和手動擋車型取消平衡軸，而是使用了雙質(zhì)量飛輪，這是因?yàn)锳T變速箱需要使用液力變矩器，因此無法使用雙質(zhì)量飛輪，因此需要安裝平衡軸，至于雙質(zhì)量飛輪因?yàn)榭梢杂行б种瓢l(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的共振現(xiàn)象，因此也不用在加入平衡軸。全新的1.5T發(fā)動機(jī)因?yàn)橹黄ヅ?AT變速箱，因此在設(shè)計(jì)上保留了平衡軸�！　�

　　“呼吸”對于人類的重要性不言而喻，發(fā)動機(jī)同樣如此。因此，我想從配氣機(jī)構(gòu)開始跟大家進(jìn)行介紹。配氣機(jī)構(gòu)看起來很生硬，簡單地理解就是凸輪軸、進(jìn)排氣門等相關(guān)的機(jī)構(gòu)組成，通過彼此間的配合，通過進(jìn)氣系統(tǒng)完成整個(gè)空氣吸入、排出的過程。

　　福特這臺1.5T發(fā)動機(jī)在進(jìn)排氣方面，技術(shù)方面采用了可變氣門正時(shí)，從功能性上講是目前很常見的功能了。通過連接凸輪軸的正時(shí)調(diào)節(jié)器來控制凸輪軸轉(zhuǎn)動的角度，通過延時(shí)氣門開閉時(shí)間來控制進(jìn)氣量的變化，配合燃油系來提升燃燒效率和動力輸出。

　　關(guān)于皮帶和鏈條的選擇，實(shí)際上并沒有絕對優(yōu)劣，有人認(rèn)為皮帶靜音好，也有人認(rèn)為正時(shí)鏈條終身免維護(hù)。實(shí)際上無論哪種都是主機(jī)廠們對發(fā)動機(jī)匹配測試后的選擇，隨著設(shè)計(jì)和材料水平的提升，兩者并沒有太多的差距，這方面我們不用太過糾結(jié)。

　　可變氣門正時(shí)技術(shù)雖然比較普通，但這臺發(fā)動機(jī)在凸輪軸方面的設(shè)計(jì)還是蠻有看點(diǎn)的，尤其是機(jī)械設(shè)計(jì)方面。

　　摩擦降低的好處顯而易見，往動力性上說就是減少發(fā)動機(jī)的動力負(fù)荷，畢竟這部分需要潤滑油進(jìn)行潤滑，而較低的摩擦讓機(jī)構(gòu)需要的機(jī)油量也顯著降低，以此類推油泵的工作負(fù)荷也會降低，油耗會進(jìn)一步減低。

　　第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于降噪。這還是同軸性高帶來的好處，摩擦小，噪聲也小，同時(shí)這種一體式的結(jié)構(gòu)，減少了零件的個(gè)數(shù)和安裝，對于降低運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動和噪音都有幫助。

　　然后我們再來看看氣門的驅(qū)動結(jié)構(gòu)。首先，凸輪軸則采用了空心的設(shè)計(jì)，輕量化對于汽車來說確實(shí)是個(gè)不容忽視的方面，因此除了材料外，工程師最常見的“偷輕”手段就是空心類設(shè)計(jì)，比如軸的空心設(shè)計(jì)、底盤擺臂的打孔等。

　　對于三缸發(fā)動機(jī)、小排量這兩個(gè)關(guān)鍵詞，人們有很大的關(guān)注點(diǎn)會在動力領(lǐng)域。畢竟這是一臺搭載在福克斯上的發(fā)動機(jī)，還是需要守護(hù)小鋼炮的聲譽(yù)，福克斯能否成為一臺充滿駕駛樂趣的車，動力性是很重要的一點(diǎn)。作為Ecoboost系列的發(fā)動機(jī)，福特主要通過渦輪增壓和點(diǎn)火系兩方面對動力進(jìn)行了加強(qiáng)，我們依次來說明。

◆動力表現(xiàn)：渦輪增壓+雙噴射系統(tǒng)

1）渦輪增壓系統(tǒng)

　　福特1.5T發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器采用了一臺低慣量的混流式渦輪增壓器，其最高轉(zhuǎn)速大約在24萬轉(zhuǎn)/分鐘。

　　渦輪里面的排氣旁通閥是用來控制渦輪轉(zhuǎn)速的，通過對渦輪轉(zhuǎn)速的控制，間接實(shí)現(xiàn)對進(jìn)氣壓力的控制。排氣旁通閥的控制是通過真空儲壓罐進(jìn)行的，渦輪器上的金屬拉桿控制閥體開啟，而儲壓罐負(fù)壓則來自發(fā)動機(jī)真空泵。

　　福特這臺新發(fā)動機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)比較主流，主要針對渦輪形狀和流道設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)和設(shè)計(jì)，低扭矩的提升是它做主要的改變。

2）雙噴射系統(tǒng)

　　發(fā)動機(jī)對動力的壓榨，渦輪增壓可以算是主要措施，但和配氣機(jī)構(gòu)一樣，燃油系也起到了助力作用。這臺發(fā)動機(jī)采用了雙噴射系統(tǒng)，這種噴射方式對技術(shù)要求和邏輯要求更高，同時(shí)兼顧了經(jīng)濟(jì)性、動力性，對排放也有更好的幫助。

　　相反的，在高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷的時(shí)候，缸內(nèi)直噴則為主力，因此此時(shí)動力響應(yīng)會更及時(shí)和高效，同時(shí)對油耗也比較友好。還有一種缸內(nèi)直噴啟動的狀態(tài)就是冷啟動，此時(shí)發(fā)動機(jī)溫度較低，缸內(nèi)直噴可以讓起動更穩(wěn)定，排放自然也表現(xiàn)的更好一點(diǎn)。

　　反映到活塞上就是：我們會發(fā)現(xiàn)活塞頂是凹凸不平的，這些“坑”就是起到風(fēng)扇扇葉的左右，通過上下的活塞運(yùn)動產(chǎn)生導(dǎo)流，讓空氣和油霧充分融合成混合氣，最終完成好的爆炸燃燒，提升燃燒效率。

　　混合氣氣流的研究一般在初期通過流體動力分析軟件進(jìn)行模擬，同時(shí)也會使用線激光三維系統(tǒng)進(jìn)行燃燒室的相關(guān)研究（比如壓縮比、燃燒室容積測量等），這些模擬或者視覺研究可以得到大量參數(shù)，以此優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而提升發(fā)動機(jī)燃燒效率。

　　從數(shù)據(jù)上看，這臺1.5T發(fā)動機(jī)還是比較出色的，扭矩范圍比較寬廣，在1500rpm以上一直到4500rpm都會有一個(gè)穩(wěn)定的動力輸出；雙噴射的加入則在保證動力性的同時(shí)，可以為這臺發(fā)動機(jī)提供一個(gè)更優(yōu)秀的排放，同時(shí)根據(jù)負(fù)荷、狀態(tài)的不同可以使兩種燃油噴射方式取長補(bǔ)短，在動力和經(jīng)濟(jì)性之間保持一個(gè)良好的平衡。

　　抖動，或許是三缸機(jī)最敏感的話題了。當(dāng)年三缸機(jī)留下的“惡名”似乎到現(xiàn)在還沒有被洗清，以至于現(xiàn)在的消費(fèi)者購車時(shí)也有一定的顧慮，但是就現(xiàn)在技術(shù)而言，三缸機(jī)抖動問題真的是杞人憂天了，三缸發(fā)動機(jī)確實(shí)有先天性的轉(zhuǎn)動慣量問題，但現(xiàn)階段后天的優(yōu)化已是今非昔比，引用行業(yè)內(nèi)的話說就是“既然天生抖動無法避免，那就通過后天優(yōu)化讓消費(fèi)者無法感知�！憋@而易見，現(xiàn)在大部分車企都能達(dá)到這個(gè)狀態(tài)。那么福特是采用了哪些方法來保證NVH呢？下面我們就來說明一下。

1）平衡軸

　　 三缸發(fā)動機(jī)之所以會發(fā)生振動，主要是活塞運(yùn)動中產(chǎn)生的慣量無法抵消，而對于偶數(shù)缸數(shù)的發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的活塞在做功時(shí)會呈現(xiàn)對稱式運(yùn)動，因此就能抵消活塞運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的對向慣量。對于三缸發(fā)動機(jī)來說，振動確實(shí)是先天性問題，但我們可以應(yīng)用很多方法通過后天進(jìn)行優(yōu)化，而首當(dāng)其沖的就是平衡軸的應(yīng)用。

　　除了這些比較大的點(diǎn)，還有很多細(xì)節(jié)可以幫助這臺發(fā)動機(jī)從后天角度完成對NVH的優(yōu)化，比如成本更高的懸置設(shè)計(jì)，其實(shí)不止這臺福特1.5T發(fā)動機(jī)，大多數(shù)三缸發(fā)動機(jī)的懸置設(shè)計(jì)都比傳統(tǒng)燃油車更花心思和成本。

　　三缸機(jī)一般都會進(jìn)行三點(diǎn)式的懸置設(shè)計(jì)，懸置也以液壓式懸置為主，這臺發(fā)動機(jī)還在橡膠配方和金屬構(gòu)件方面下了很多功夫，以此讓整個(gè)懸置的隔振和過濾效果更好。

　　看到這里，可能很多人覺得我是為三缸機(jī)背書，但事實(shí)是，我在陳述一個(gè)觀點(diǎn)，那就是三缸機(jī)已經(jīng)可以通過成熟的技術(shù)對抖動進(jìn)行抑制或者說通過手段讓駕駛者無法有效感知，因此在我看來發(fā)動機(jī)機(jī)械的抖動并不是廠家推廣的難題，真正的難題是消費(fèi)者心里根深基固的“抖動”問題。

◆經(jīng)濟(jì)性：在不小馬拉大車的前提下，油耗優(yōu)勢明顯

　　這個(gè)小標(biāo)題并不是我替三缸機(jī)洗白，而是行業(yè)內(nèi)對NEDC/WLTP下的測試對比后得出的結(jié)果。同時(shí)根據(jù)我國在今年初發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《乘用車燃料消耗量限值》和《乘用車燃料消耗量評價(jià)方法及指標(biāo)》（征求意見稿）可以看出，小型車是必須降至5.0L/100km以下的水準(zhǔn)，這個(gè)難度對于傳統(tǒng)車而言是很大的，因此除了混動，減少一個(gè)氣缸成了立竿見影的方式。因?yàn)樯倭艘粋�(gè)缸，發(fā)動機(jī)工作時(shí)的摩擦功也會降低，同時(shí)三缸機(jī)相比四缸機(jī)排氣干涉較小，同時(shí)可以匹配更小的渦輪增壓器，進(jìn)一步降低排放。

1）閉缸技術(shù)

　　福特顯然對這個(gè)發(fā)展路線十分清晰，因此從經(jīng)濟(jì)性這一點(diǎn)上順理成章的放棄了四缸機(jī)。除此之外，我在前面介紹的雙噴射系統(tǒng)、渦輪增壓實(shí)際上都與經(jīng)濟(jì)性有很大的關(guān)聯(lián)。尤其雙噴射可以很好的平衡油耗和排放之間的關(guān)系，不過福特還是不滿足，從前福特因?yàn)橛秃脑�被人詬病，顯然福特想在油耗方面進(jìn)行改變，因此還在這臺三缸機(jī)上加入了閉缸技術(shù)。

　　閉缸的工況下動力必然會降低，因此閉缸模式的啟動主要和負(fù)荷掛鉤，只有系統(tǒng)判定車輛負(fù)荷在中低負(fù)荷時(shí)才會進(jìn)入省油的兩缸模式，在高速和加速以及負(fù)荷較大時(shí)，這臺發(fā)動機(jī)都是優(yōu)先三缸的模式。

　　在跟福特工程師的實(shí)際交流中，我也咨詢了閉缸的相關(guān)問題。首先，閉缸模式并不會經(jīng)常啟動，整臺發(fā)動機(jī)還是以保證駕駛體驗(yàn)為主，因此對閉缸模式的使用比較保守，另一方面，福特也考慮到兩缸容易出現(xiàn)小馬拉大車的情況，因此對這個(gè)模式使用也比較保守，只有在低負(fù)荷下經(jīng)過電腦判斷才會開啟。至于實(shí)際的駕駛體驗(yàn)，各位網(wǎng)友可以看我們關(guān)于�？怂沟脑囻{文章，里面有詳細(xì)的體驗(yàn)。

2）集成式排氣

　　小排量配集成式排氣已經(jīng)不是新鮮的概念了，主要介紹一下這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，首先是冬季熱車速度快，可更快速度提供暖風(fēng)。機(jī)油達(dá)到工作溫度時(shí)間短，摩擦損失小。 熱機(jī)時(shí)間短，怠速排放更環(huán)保。三元催化起效時(shí)間早，更環(huán)保。

3）變排量機(jī)油泵

　　機(jī)油泵是保證發(fā)動機(jī)潤滑的重要部件，配合的不同標(biāo)號的機(jī)油可以為發(fā)動機(jī)帶來更好的動力性表現(xiàn)。

　　通過調(diào)節(jié)內(nèi)部的葉片，同時(shí)根據(jù)工況變化，根據(jù)PCM的指令在1.6bar和3.2bar兩級范圍內(nèi)切換壓力，保證發(fā)動機(jī)有穩(wěn)定的潤滑。

4）電控式活塞冷卻噴嘴

　　在活塞底部，我還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有意思的小設(shè)計(jì)，這就是電控式活塞冷卻噴嘴。傳統(tǒng)冷卻噴嘴通過自帶的彈簧閥控制，當(dāng)機(jī)油壓力大于物理閥門的值時(shí)，閥嘴被沖開，機(jī)油噴出；若閥值設(shè)定偏高，則活塞不能得到足夠的冷卻，影響活塞壽命；但若設(shè)置較低，勢必導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)，影響燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　由于有了閉缸技術(shù)、雙噴射、可變氣門正時(shí)等上面的一系列技術(shù)，再配合8AT變速箱，這臺發(fā)動機(jī)最終可以達(dá)到5.4L的百公里油耗（官方數(shù)據(jù)），從數(shù)據(jù)上看是可以讓人接受的。到現(xiàn)在為止，我們已經(jīng)介紹了動力、平順性、經(jīng)濟(jì)性，最后一個(gè)章節(jié)我們查缺補(bǔ)漏，看看這臺發(fā)動機(jī)還有什么其他的技術(shù)點(diǎn)。

　◆還有哪些其他特點(diǎn)？

　　編輯點(diǎn)評：拆解完這臺發(fā)動機(jī)后，我們就能大體梳理一下福特在開發(fā)發(fā)動機(jī)方面的思路了。首先是以排放為導(dǎo)向，這一部分體現(xiàn)在由四缸機(jī)向三缸機(jī)的轉(zhuǎn)變，顯然中國、歐洲的排放法規(guī)對傳統(tǒng)車企帶來了不小壓力；第二部分是模塊化特點(diǎn)顯著，比如缸體的設(shè)計(jì)，集成式凸輪軸模塊、集成式排氣等，種種集成化手段可以帶來更高的裝配精度，對NVH、經(jīng)濟(jì)性都有很好的促進(jìn)作用；最后一點(diǎn)就是對新技術(shù)的應(yīng)用，比如閉缸技術(shù)、雙噴射技術(shù)等，這里的每項(xiàng)技術(shù)單獨(dú)拿出來似乎并不出眾的，但集成在一起并能發(fā)揮出自己的最佳性能是十分考驗(yàn)廠商在發(fā)動機(jī)技術(shù)方面的積累和經(jīng)驗(yàn)。

　　最后，站在消費(fèi)者的角度，從我這些年接觸的來看，三缸機(jī)確實(shí)是沒有技術(shù)問題，但一定要搞好NVH，如果在更低油耗的前提下，得到更好的駕駛體驗(yàn)，那么發(fā)動機(jī)有幾個(gè)缸這種問題對于普通消費(fèi)者而言誰會關(guān)心呢？（圖/文 汽車之家 冷曉陽）