[汽車(chē)之家 技術(shù)]  作為曾經(jīng)“無(wú)V8不歡”的美國(guó)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(mén)排量已經(jīng)縮減到了2.7L,；被譽(yù)為美國(guó)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(guò)，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(guò)去幾年中獲得的無(wú)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(chēng)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(wèn)題的答案,。

● 重點(diǎn)問(wèn)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(guó)產(chǎn)翼搏,、嘉年華以及最新改款的福克斯上,，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(chē),、小型SUV和緊湊型車(chē)。實(shí)際駕駛過(guò)這些車(chē)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(wèn)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(yōu)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(guò)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(lèi)推,，還存在三階、四階振動(dòng),。

　　福特解決這個(gè)問(wèn)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(jiàn)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(shuō)的不平衡問(wèn)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(mǎn)意的NVH效果,，接下來(lái)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(méi)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(lái)自于�,？怂棺詣�(dòng)擋車(chē)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(guò),，為了達(dá)到良好的NVH效果，平衡軸并不是福特工程開(kāi)發(fā)人員唯一的選擇,。為了證明這一觀(guān)點(diǎn),，我們?cè)谏�產(chǎn)線(xiàn)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(chē)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(chē)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(mǎn)意,，上面的視頻中就是采用了DCT發(fā)動(dòng)機(jī)的嘉年華車(chē)型。此外,，在世界上贏(yíng)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(chē)型上沒(méi)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(méi)有平衡軸并不是一個(gè)問(wèn)題,。

● 重點(diǎn)問(wèn)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(mǎn)意，即使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)再平順,，也無(wú)法將駕駛變成一件有樂(lè)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(méi)什么雙渦管之類(lèi)的結(jié)構(gòu)（這有點(diǎn)像廢話(huà)）,，不過(guò)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(wú)論是手動(dòng)擋車(chē)型還是自動(dòng)擋車(chē)型，在換擋時(shí)都會(huì)有收油的動(dòng)作（節(jié)氣門(mén)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(mén)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(mén)。由此看來(lái),，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(mǎn)足這個(gè)訴求。

- 措施之二：缸內(nèi)直噴

　　應(yīng)該說(shuō),，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(shuō),，不論是頂置直噴還是側(cè)置直噴,，都是不同廠(chǎng)家工程開(kāi)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(guò),，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(guó)內(nèi)的車(chē)輛使用環(huán)境來(lái)說(shuō)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(lèi)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(lái)說(shuō),，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)排氣門(mén)開(kāi)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(wèn)題,，尤其是隨著車(chē)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(wàn)公里至8萬(wàn)公里定期更換的問(wèn)題,，那么，這樣的皮帶顯然更“高級(jí)”,。

　　通過(guò)我們的實(shí)際測(cè)試和體驗(yàn),，不論在嘉年華還是福克斯車(chē)型上,，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(lè)趣，這一點(diǎn)在嘉年華車(chē)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(huà)就更有說(shuō)服力了,。接下來(lái)我們就來(lái)看看福特在這方面做了哪些優(yōu)化設(shè)計(jì),。

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

　　通過(guò)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(chē)）的第二十五位,，這個(gè)成績(jī)看起來(lái)并不算特別搶眼,。不過(guò)，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(huà),，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(chē)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(chē)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(shuō)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(kāi)啟溫度也不同,。與集成式排氣歧管的優(yōu)勢(shì)類(lèi)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(chē)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(guò)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(mǎn)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(lái)說(shuō)，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(wèn)題，接下來(lái)我們?cè)賮?lái)看一看這臺(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(lái)說(shuō),，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)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(mén)式結(jié)構(gòu)而非分體式，雖然從理論上來(lái)說(shuō),，龍門(mén)式的缸體會(huì)稍遜于分體式,，不過(guò)對(duì)于鑄鐵缸體來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度倒不是一個(gè)需要過(guò)多考慮的問(wèn)題,。

　　雖然鑄鐵缸體在強(qiáng)度方面不需要擔(dān)心,，但散熱問(wèn)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(jiàn)的機(jī)油噴射的方式，類(lèi)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(lái)的產(chǎn)物,，它的每一處設(shè)計(jì)似乎都是通過(guò)處心積慮計(jì)算出來(lái)以應(yīng)對(duì)各種各樣無(wú)聊且與人類(lèi)享樂(lè)天性相背離的條條框框,，然而從結(jié)果來(lái)看，它成功了,。就像是在一個(gè)狹窄的空間里跳舞,，沒(méi)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(wèn)題,，英國(guó)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(chē)之家 張戈）