[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(dòng)機(jī),。不過，福特的歐洲分部在這方面做得更加徹底——一臺(tái)1.0L EcoBoost三缸發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為了公升級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)中的標(biāo)桿,。從過去幾年中獲得的無數(shù)獎(jiǎng)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(dòng)力變現(xiàn)以及燃油經(jīng)濟(jì)性在全球的各種評(píng)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(zhǎng)安福特將1.0T發(fā)動(dòng)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(tái)小發(fā)動(dòng)機(jī)主要的服務(wù)對(duì)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際表現(xiàn)配得上它獲得的那些褒獎(jiǎng),，特別是在備受關(guān)注的平順性和動(dòng)力輸出方面比之前預(yù)想要好得多,。所以我們今天并不會(huì)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(zhǎng)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(dòng)機(jī)在怠速時(shí)的振動(dòng)水平還是可以令人接受的。人們之所以對(duì)于三缸發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)一缸活塞運(yùn)動(dòng)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(huì)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(shí)：什么是發(fā)動(dòng)機(jī)一階振動(dòng),？當(dāng)活塞每上下運(yùn)動(dòng)一次,，將使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一上一下兩次振動(dòng)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān),。其中振動(dòng)頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率相同的叫一階振動(dòng),，頻率是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2倍的叫二階振動(dòng),，依次類推，還存在三階,、四階振動(dòng),。

　　福特解決這個(gè)問題的秘訣之一就在曲軸上。這臺(tái)1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸采用鑄造工藝制成,，與常見的四缸發(fā)動(dòng)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(dòng)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(huì)想到平衡軸吧,，這個(gè)答案沒有錯(cuò),，但不全對(duì)。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(dòng)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(tái)來自于福克斯自動(dòng)擋車型的1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)裝備了一根平衡軸,。平衡軸安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼內(nèi),，為了安裝這根平衡軸，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油泵與機(jī)油擋板也和其它發(fā)動(dòng)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(tái)三缸發(fā)動(dòng)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?cè)�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?cè)谏�產(chǎn)線上找到了另一個(gè)版本的1.0T發(fā)動(dòng)機(jī),。

　　看到這里不知道會(huì)不會(huì)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(huì)打折扣，其實(shí)大可不必有這方面的顧慮。在我們?cè)谙嚓P(guān)車型的評(píng)測(cè)中,，對(duì)于發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的嘉年華車型。此外,，在世界上贏取多項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)大獎(jiǎng)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(duì)于這款三缸發(fā)動(dòng)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(dòng)力表現(xiàn)

　　除了對(duì)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)NVH的擔(dān)心之外,，1.0L的排量還容易讓人們懷疑這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力表現(xiàn),。確實(shí),，如果動(dòng)力不能令人滿意,，即使發(fā)動(dòng)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(jí)”,，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(dòng)機(jī)家族的產(chǎn)品,，因此渦輪增壓器是標(biāo)準(zhǔn)配置,。這臺(tái)1.0L EcoBoost發(fā)動(dòng)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(dòng)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(shí)：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(dòng)擋車型還是自動(dòng)擋車型,，在換擋時(shí)都會(huì)有收油的動(dòng)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(duì)進(jìn)氣管路中的壓力進(jìn)行控制，管路內(nèi)的壓力就會(huì)驟升,。這股壓力會(huì)反作用于渦輪葉片使其轉(zhuǎn)速大幅度降低,，會(huì)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(dòng)作迅速的泄壓閥對(duì)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)能夠獲得更強(qiáng)動(dòng)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(dòng)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(qǐng)點(diǎn)擊這里）,，但對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)于小排量發(fā)動(dòng)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(shì),，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(jí)”,。

　　通過我們的實(shí)際測(cè)試和體驗(yàn)，不論在嘉年華還是�,？怂管囆蜕�,，這臺(tái)1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力表現(xiàn)都強(qiáng)于排量更大的自然吸氣發(fā)動(dòng)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(dòng)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(cè)試,，采用了DCT變速箱、1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的2014款福特嘉年華的平均油耗為6.81L/100km,，排在同級(jí)別（小型車）的第二十五位,，這個(gè)成績(jī)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(dòng)機(jī)的2013款嘉年華的實(shí)測(cè)油耗為7.87L/100km,，排名第42。如果和自己對(duì)比的話,，1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(duì)動(dòng)力輸出的優(yōu)化時(shí),，我們?cè)��?jīng)提到雙VVT系統(tǒng)和缸內(nèi)直噴系統(tǒng)對(duì)于發(fā)動(dòng)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(duì)于能耗以及排放同樣會(huì)有所幫助,，這對(duì)于宣揚(yáng)節(jié)能減排的小排量發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)涼車時(shí)的水溫快速升高至最佳工作溫度，這樣會(huì)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(rùn)滑系統(tǒng)的保護(hù)效果（確切的說是機(jī)油溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的熱量也會(huì)傳至機(jī)油）,；三,、對(duì)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(dòng)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(shì)類似,，雙節(jié)溫器/雙水道設(shè)計(jì)可以令發(fā)動(dòng)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?cè)诜治銎胶廨S時(shí)曾經(jīng)提到過發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油泵,，并承諾將在后面細(xì)聊。現(xiàn)在就讓我們看看這臺(tái)1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油泵吧,。福特工程師為這臺(tái)發(fā)動(dòng)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(dòng)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(rùn)滑需要,，而高轉(zhuǎn)速時(shí)降低油壓以減輕發(fā)動(dòng)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(tái)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(duì)于它的動(dòng)力表現(xiàn)來說，足夠優(yōu)秀了,。解決了平順性,、動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)問題，接下來我們?cè)賮砜匆豢催@臺(tái)發(fā)動(dòng)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(tái)發(fā)動(dòng)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(huì)稍遜于分體式,，不過對(duì)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(dòng)的活塞同樣需要冷卻,。在這方面,，這臺(tái)福特1.0T發(fā)動(dòng)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?cè)诤芏嗥放频陌l(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī),，但也不得不承認(rèn)這臺(tái)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(duì)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(huì)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(duì)這個(gè)問題,，英國福特的工程師也許會(huì)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）