[汽車之家 發(fā)動機拆解]  上海車展已經(jīng)過去一段時間了，在媒體日忙完本職工作后，我又見縫插針的游走了各個展位，主機廠、供應商的產(chǎn)品總體來說都不少，但實話說亮點不是很多，尤其是純電動汽車的光環(huán)開始減弱，同時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)，目前車企的應對的方式基本可以分為兩種，一種是通過對發(fā)動機技術的革新，以此降低排放；一種是通過48V、混動等手段，在短時間內(nèi)進行過渡。兩種手段都無可厚非，而通過技術手段對傳統(tǒng)發(fā)動機進行升級則是老牌車企常用的方法。

　　在這樣一個大背景下，關于小排量發(fā)動機的研究依然是傳統(tǒng)車企討論的重點，縱觀前段時間上市的新車，福特�？怂沟�1.5T三缸發(fā)動機可以算是一個亮點了，當然，小排量+三缸的組合并不值得大驚小怪，不過這臺發(fā)動機還加入了閉缸技術。

　　車展上工程師曾介紹說14毫秒就能進行單缸的開閉，完成三缸到兩缸的轉變，因此對這臺發(fā)動機我還是很感興趣的，前段時間我來到了福特汽車位于重慶的發(fā)動機工廠對這臺發(fā)動機進行了首次拆解，通過拆解我發(fā)現(xiàn)了很多有意思的點，這篇文章我們就來詳細的聊聊，同時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)動機家族十分龐大，跨越的時間也比較長，這臺1.5T發(fā)動機就是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峻的大背景下，為了能滿足苛刻的Stage6排放要求，曾經(jīng)設計開發(fā)那臺經(jīng)典的1.0T三缸發(fā)動機團隊，開始對曾經(jīng)的Ecoboost I4 Sigma GTDI發(fā)動機進行升級，經(jīng)過福特北美和歐洲團隊的開發(fā)，最終得到了這臺1.5T三缸發(fā)動機，這臺發(fā)動機最大的特點就是在保證動力的同時，可以帶來更好的燃油經(jīng)濟性和排放性能。

　　還有一個點要在拆解前說明：1.5T發(fā)動機匹配的傳統(tǒng)系統(tǒng)。之前的1.0T發(fā)動機在國內(nèi)銷售時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)動機加入了平衡軸的設計，而DCT和手動擋車型取消平衡軸，而是使用了雙質量飛輪，這是因為AT變速箱需要使用液力變矩器，因此無法使用雙質量飛輪，因此需要安裝平衡軸，至于雙質量飛輪因為可以有效抑制發(fā)動機運轉時的共振現(xiàn)象，因此也不用在加入平衡軸。全新的1.5T發(fā)動機因為只匹配8AT變速箱，因此在設計上保留了平衡軸�！　�

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

　　福特這臺1.5T發(fā)動機在進排氣方面，技術方面采用了可變氣門正時，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調節(jié)器來控制凸輪軸轉動的角度，通過延時氣門開閉時間來控制進氣量的變化，配合燃油系來提升燃燒效率和動力輸出。

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

　　可變氣門正時技術雖然比較普通，但這臺發(fā)動機在凸輪軸方面的設計還是蠻有看點的，尤其是機械設計方面。

　　摩擦降低的好處顯而易見，往動力性上說就是減少發(fā)動機的動力負荷，畢竟這部分需要潤滑油進行潤滑，而較低的摩擦讓機構需要的機油量也顯著降低，以此類推油泵的工作負荷也會降低，油耗會進一步減低。

　　第二個優(yōu)點在于降噪。這還是同軸性高帶來的好處，摩擦小，噪聲也小，同時這種一體式的結構，減少了零件的個數(shù)和安裝，對于降低運轉時的振動和噪音都有幫助。

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

　　對于三缸發(fā)動機、小排量這兩個關鍵詞，人們有很大的關注點會在動力領域。畢竟這是一臺搭載在�？怂股系陌l(fā)動機，還是需要守護小鋼炮的聲譽，�？怂鼓芊癯蔀橐慌_充滿駕駛樂趣的車，動力性是很重要的一點。作為Ecoboost系列的發(fā)動機，福特主要通過渦輪增壓和點火系兩方面對動力進行了加強，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，其最高轉速大約在24萬轉/分鐘。

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

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

2）雙噴射系統(tǒng)

　　發(fā)動機對動力的壓榨，渦輪增壓可以算是主要措施，但和配氣機構一樣，燃油系也起到了助力作用。這臺發(fā)動機采用了雙噴射系統(tǒng)，這種噴射方式對技術要求和邏輯要求更高，同時兼顧了經(jīng)濟性、動力性，對排放也有更好的幫助。

　　相反的，在高轉速大負荷的時候，缸內(nèi)直噴則為主力，因此此時動力響應會更及時和高效，同時對油耗也比較友好。還有一種缸內(nèi)直噴啟動的狀態(tài)就是冷啟動，此時發(fā)動機溫度較低，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。

　　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”就是起到風扇扇葉的左右，通過上下的活塞運動產(chǎn)生導流，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行模擬，同時也會使用線激光三維系統(tǒng)進行燃燒室的相關研究（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)化結構設計，從而提升發(fā)動機燃燒效率。

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

　　抖動，或許是三缸機最敏感的話題了。當年三缸機留下的“惡名”似乎到現(xiàn)在還沒有被洗清，以至于現(xiàn)在的消費者購車時也有一定的顧慮，但是就現(xiàn)在技術而言，三缸機抖動問題真的是杞人憂天了，三缸發(fā)動機確實有先天性的轉動慣量問題，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)化讓消費者無法感知�！憋@而易見，現(xiàn)在大部分車企都能達到這個狀態(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)動機之所以會發(fā)生振動，主要是活塞運動中產(chǎn)生的慣量無法抵消，而對于偶數(shù)缸數(shù)的發(fā)動機，發(fā)動機的活塞在做功時會呈現(xiàn)對稱式運動，因此就能抵消活塞運轉中產(chǎn)生的對向慣量。對于三缸發(fā)動機來說，振動確實是先天性問題，但我們可以應用很多方法通過后天進行優(yōu)化，而首當其沖的就是平衡軸的應用。

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

　　三缸機一般都會進行三點式的懸置設計，懸置也以液壓式懸置為主，這臺發(fā)動機還在橡膠配方和金屬構件方面下了很多功夫，以此讓整個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背書，但事實是，我在陳述一個觀點，那就是三缸機已經(jīng)可以通過成熟的技術對抖動進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)動機機械的抖動并不是廠家推廣的難題，真正的難題是消費者心里根深基固的“抖動”問題。

◆經(jīng)濟性：在不小馬拉大車的前提下，油耗優(yōu)勢明顯

　　這個小標題并不是我替三缸機洗白，而是行業(yè)內(nèi)對NEDC/WLTP下的測試對比后得出的結果。同時根據(jù)我國在今年初發(fā)布的國家標準《乘用車燃料消耗量限值》和《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》（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，這個難度對于傳統(tǒng)車而言是很大的，因此除了混動，減少一個氣缸成了立竿見影的方式。因為少了一個缸，發(fā)動機工作時的摩擦功也會降低，同時三缸機相比四缸機排氣干涉較小，同時可以匹配更小的渦輪增壓器，進一步降低排放。

1）閉缸技術

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

　　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荷掛鉤，只有系統(tǒng)判定車輛負荷在中低負荷時才會進入省油的兩缸模式，在高速和加速以及負荷較大時，這臺發(fā)動機都是優(yōu)先三缸的模式。

　　在跟福特工程師的實際交流中，我也咨詢了閉缸的相關問題。首先，閉缸模式并不會經(jīng)常啟動，整臺發(fā)動機還是以保證駕駛體驗為主，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，因此對這個模式使用也比較保守，只有在低負荷下經(jīng)過電腦判斷才會開啟。至于實際的駕駛體驗，各位網(wǎng)友可以看我們關于�？怂沟脑囻{文章，里面有詳細的體驗。

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計的優(yōu)點，首先是冬季熱車速度快，可更快速度提供暖風。機油達到工作溫度時間短，摩擦損失小。 熱機時間短，怠速排放更環(huán)保。三元催化起效時間早，更環(huán)保。

3）變排量機油泵

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

　　通過調節(jié)內(nèi)部的葉片，同時根據(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)了一個有意思的小設計，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，當機油壓力大于物理閥門的值時，閥嘴被沖開，機油噴出；若閥值設定偏高，則活塞不能得到足夠的冷卻，影響活塞壽命；但若設置較低，勢必導致不必要的浪費，影響燃油經(jīng)濟性。

　　由于有了閉缸技術、雙噴射、可變氣門正時等上面的一系列技術，再配合8AT變速箱，這臺發(fā)動機最終可以達到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)濟性，最后一個章節(jié)我們查缺補漏，看看這臺發(fā)動機還有什么其他的技術點。

　◆還有哪些其他特點？

　　編輯點評：拆解完這臺發(fā)動機后，我們就能大體梳理一下福特在開發(fā)發(fā)動機方面的思路了。首先是以排放為導向，這一部分體現(xiàn)在由四缸機向三缸機的轉變，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顯著，比如缸體的設計，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)濟性都有很好的促進作用；最后一點就是對新技術的應用，比如閉缸技術、雙噴射技術等，這里的每項技術單獨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廠商在發(fā)動機技術方面的積累和經(jīng)驗。

　　最后，站在消費者的角度，從我這些年接觸的來看，三缸機確實是沒有技術問題，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，那么發(fā)動機有幾個缸這種問題對于普通消費者而言誰會關心呢？（圖/文 汽車之家 冷曉陽）