Ecoboost family新成員駕到

上海車展已經(jīng)過(guò)去一段時(shí)間了。完成媒體日的工作后，我又逛了逛展臺(tái)。總的來(lái)說(shuō)，來(lái)自O(shè)EM和供應(yīng)商的產(chǎn)品很多，但說(shuō)實(shí)話，亮點(diǎn)并不多，尤其是純電動(dòng)汽車的氣場(chǎng)開(kāi)始減弱，混合動(dòng)力汽車的占比上升?？梢?jiàn)，排放政策給車企帶來(lái)了不小的壓力。說(shuō)起排放法規(guī)，目前車企基本上有兩種處理方式。一是通過(guò)創(chuàng)新發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)減少排放。一是借助48V和混動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)完成過(guò)渡。這兩種方法都可以理解，通過(guò)技術(shù)手段升級(jí)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)是老牌車企常用的方法。

在這樣的背景下，小排量發(fā)動(dòng)機(jī)的研究仍然是傳統(tǒng)車企討論的焦點(diǎn)?？v觀前段時(shí)間上市的新車，福特?？怂?/a>（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的1.5T三缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以算是一大亮點(diǎn)。當(dāng)然小排量和三缸的組合不值得大驚小怪，但這款發(fā)動(dòng)機(jī)也加入了閉缸技術(shù)。

在車展上，工程師曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，單缸可以在14毫秒內(nèi)打開(kāi)和關(guān)閉，完成從三缸到兩缸的過(guò)渡。所以，我對(duì)這款發(fā)動(dòng)機(jī)還是很感興趣的。前段時(shí)間，我第一次來(lái)重慶福特汽車公司發(fā)動(dòng)機(jī)廠拆解這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)拆解，我發(fā)現(xiàn)了很多有趣的點(diǎn)。在本文中，我們將詳細(xì)討論它。同時(shí)，如果您有任何問(wèn)題，可以在評(píng)論中與我交流。

◆Ecoboost家族的新成員到來(lái)。

福特Ecoboost發(fā)動(dòng)機(jī)家族非常龐大，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能跨越。這款1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)是Ecoboost系列的新成員。作為最新的平臺(tái)產(chǎn)品，它的誕生背景非常簡(jiǎn)單。在全球油耗和排放要求日益嚴(yán)苛的背景下，為了滿足嚴(yán)苛的Stage6排放要求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了經(jīng)典的1.0T三缸發(fā)動(dòng)機(jī)團(tuán)隊(duì)，并對(duì)原Ecoboost I4適馬GTDI發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了升級(jí)。經(jīng)過(guò)福特北美和歐洲團(tuán)隊(duì)的開(kāi)發(fā)，最終獲得了1.5T三缸發(fā)動(dòng)機(jī)。這款發(fā)動(dòng)機(jī)最大的特點(diǎn)就是既能保證動(dòng)力，又能帶來(lái)更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和效率。

拆解前還有一點(diǎn)需要說(shuō)明:1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)匹配傳統(tǒng)系統(tǒng)。之前在國(guó)內(nèi)銷售的1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)不同，分別是AT、DCT、MT變速箱。其中與自動(dòng)變速箱匹配的1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)增加了平衡軸的設(shè)計(jì)，而DCT和手動(dòng)變速箱車型取消了平衡軸，而是采用了雙質(zhì)量飛輪。這是因?yàn)锳T變速箱需要一個(gè)液力變矩器，所以不可能使用雙質(zhì)量飛輪，所以需要安裝平衡軸。至于雙質(zhì)量飛輪，由于它可以有效抑制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的共振現(xiàn)象，所以不需要增加平衡軸。新的1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)只匹配8AT變速箱，所以設(shè)計(jì)上保留了平衡軸。

呼吸是動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性的第一要素

“呼吸”對(duì)人類的重要性不言而喻，發(fā)動(dòng)機(jī)也是如此。所以，我想從配氣機(jī)構(gòu)給大家介紹一下。氣門機(jī)構(gòu)看起來(lái)很僵硬。簡(jiǎn)單理解就是由凸輪軸、進(jìn)排氣門等相關(guān)機(jī)構(gòu)組成。通過(guò)相互配合，通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)完成空吸排氣的全過(guò)程。

這款福特1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)排氣方面采用可變氣門正時(shí)，從功能上來(lái)說(shuō)是非常常見(jiàn)的功能。凸輪軸旋轉(zhuǎn)的角度由連接在凸輪軸上的正時(shí)調(diào)節(jié)器控制，進(jìn)氣的變化通過(guò)延遲氣門的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間來(lái)控制，從而可以通過(guò)與燃油系統(tǒng)的配合來(lái)提高燃燒效率和動(dòng)力輸出。

至于皮帶和鏈條的選擇，其實(shí)并沒(méi)有絕對(duì)的優(yōu)劣。有人認(rèn)為皮帶安靜，有人認(rèn)為正時(shí)鏈條終身免維護(hù)。其實(shí)無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)匹配測(cè)試后的OEM選擇哪一款，隨著設(shè)計(jì)和材料水平的提高，它們之間并沒(méi)有太大的區(qū)別，所以我們也不必在這方面過(guò)于糾結(jié)。

雖然可變氣門正時(shí)技術(shù)比較常見(jiàn)，但這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸設(shè)計(jì)還是蠻有意思的，尤其是機(jī)械設(shè)計(jì)。

減少摩擦的好處顯而易見(jiàn)。動(dòng)力方面，是降低發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力負(fù)荷。畢竟這部分需要潤(rùn)滑油來(lái)潤(rùn)滑，而較低的摩擦力顯著降低了機(jī)構(gòu)所需的油量，以此類推，油泵的工作負(fù)荷也會(huì)降低，油耗也會(huì)進(jìn)一步降低。

第二個(gè)優(yōu)勢(shì)在于降噪。這也是高同軸度、低摩擦、低噪音的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，這種一體化結(jié)構(gòu)減少了零件的數(shù)量和安裝，有助于降低運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)和噪音。

然后我們來(lái)看看閥門的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。首先凸輪軸采用空中心的設(shè)計(jì)，重量輕確實(shí)是汽車不可忽視的一個(gè)方面。所以除了材料之外，工程師偷光最常見(jiàn)的手段就是空中心設(shè)計(jì)，比如軸的空中心設(shè)計(jì)，底盤擺臂的打孔等等。

動(dòng)力性：渦輪增壓+雙噴射系統(tǒng)

對(duì)于三缸發(fā)動(dòng)機(jī)和小排量關(guān)鍵詞，人們?cè)趧?dòng)力領(lǐng)域有著極大的關(guān)注。畢竟這是裝在?？怂股系陌l(fā)動(dòng)機(jī)，還需要保護(hù)小鋼炮的名聲。?？怂鼓芊癯蔀橐豢畛錆M駕駛樂(lè)趣的車，動(dòng)力很重要。作為Ecoboost系列的發(fā)動(dòng)機(jī)，福特主要通過(guò)渦輪增壓和點(diǎn)火系統(tǒng)來(lái)加強(qiáng)動(dòng)力，我們將依次進(jìn)行講解。

◆動(dòng)力性能: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(dòng)機(jī)的渦輪增壓器采用了低慣性的混流渦輪增壓器，最大轉(zhuǎn)速在24萬(wàn)rpm左右。

渦輪內(nèi)部的排氣旁通閥用于控制渦輪轉(zhuǎn)速，通過(guò)控制渦輪轉(zhuǎn)速間接控制進(jìn)氣壓力。旁通閥的控制是通過(guò)真空壓力罐進(jìn)行的，渦輪上的金屬拉桿控制閥體開(kāi)啟，壓力罐的負(fù)壓來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的真空泵。

福特新發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)是主流，主要針對(duì)渦輪外形和轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，主要變化是低扭矩的提升。

2)雙噴射系統(tǒng)

渦輪增壓可以看作是粉碎發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的主要措施，但和配氣機(jī)構(gòu)一樣，燃油系統(tǒng)也起到了助力的作用。這款發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙噴射系統(tǒng)，對(duì)技術(shù)和邏輯要求更高，兼顧經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，對(duì)排放更好。

相反，在高速重載時(shí)，缸內(nèi)直噴是主要?jiǎng)恿?，所以此時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)會(huì)更加及時(shí)高效，對(duì)油耗也比較友好。缸內(nèi)直噴的另一種狀態(tài)是冷啟動(dòng)。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低，缸內(nèi)直噴可以使起步更平穩(wěn)，排放自然表現(xiàn)更好。

反映在活塞上，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)活塞頂部凹凸不平，這些“坑”充當(dāng)了扇葉的左右兩側(cè)。通過(guò)上下移動(dòng)活塞，產(chǎn)生導(dǎo)流，使空氣體和油霧充分混合成混合氣體，最終達(dá)到良好的爆炸燃燒，提高燃燒效率。

一般對(duì)空燃混合氣的研究都是在初始階段用流體動(dòng)力學(xué)分析軟件進(jìn)行模擬，同時(shí)也用線性激光3D系統(tǒng)對(duì)燃燒室進(jìn)行研究。).這些模擬或可視化研究可以獲得大量的參數(shù)，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率。

從數(shù)據(jù)來(lái)看，這款1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)還是相當(dāng)不錯(cuò)的，扭矩范圍很廣，從1500rpm到4500rpm動(dòng)力輸出穩(wěn)定。雙噴射的加入不僅能保證動(dòng)力性能，還能為這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供更好的排放。同時(shí)，根據(jù)不同的負(fù)荷和狀態(tài)，兩種噴油方式可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，保持動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的良好平衡。

老生常談的振動(dòng)噪音問(wèn)題

抖動(dòng)也許是三缸機(jī)最敏感的話題。似乎當(dāng)年三缸發(fā)動(dòng)機(jī)留下的“惡名”到現(xiàn)在還沒(méi)有清理干凈，以至于現(xiàn)在的消費(fèi)者在買車的時(shí)候都有一定的顧慮。但就技術(shù)而言，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的抖動(dòng)問(wèn)題確實(shí)是危言聳聽(tīng)，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)確實(shí)有先天的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但現(xiàn)階段后天的優(yōu)化已經(jīng)不是以前的樣子了。引用業(yè)內(nèi)人士的話來(lái)說(shuō)，“由于固有的抖動(dòng)不可避免，消費(fèi)者無(wú)法通過(guò)后天的優(yōu)化感知到?！憋@然，現(xiàn)在大多數(shù)車企都能達(dá)到這種狀態(tài)。那么福特采用什么方法來(lái)保證NVH呢？下面我們來(lái)解釋一下。

1)平衡軸

三缸發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的主要原因是活塞運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性無(wú)法抵消。對(duì)于偶數(shù)號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，做功時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞會(huì)對(duì)稱運(yùn)動(dòng)，這樣可以抵消活塞運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的相反慣性。對(duì)于一臺(tái)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，振動(dòng)確實(shí)是一個(gè)先天的問(wèn)題，但是我們可以通過(guò)后天應(yīng)用很多方法來(lái)優(yōu)化它，第一個(gè)就是平衡軸的應(yīng)用。

除了這些大的點(diǎn)，還有很多細(xì)節(jié)可以幫助這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)從后天的角度優(yōu)化NVH，比如成本更高的安裝設(shè)計(jì)。事實(shí)上，不僅僅是這款福特1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置設(shè)計(jì)都比傳統(tǒng)燃油車更周到，成本更高。

三缸發(fā)動(dòng)機(jī)通常進(jìn)行三點(diǎn)安裝設(shè)計(jì)，安裝方式以液壓安裝為主。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在橡膠配方和金屬部件上下了很大功夫，使整個(gè)懸置的隔振濾波效果更好。

看到這一點(diǎn)，很多人可能會(huì)認(rèn)為我是在認(rèn)可三缸發(fā)動(dòng)機(jī)，但事實(shí)是我在陳述一個(gè)觀點(diǎn)，即三缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)成熟的技術(shù)來(lái)抑制抖動(dòng)，或者通過(guò)手段讓駕駛員無(wú)法有效感知，所以在我看來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械抖動(dòng)并不是廠家宣揚(yáng)的問(wèn)題，真正的問(wèn)題是消費(fèi)者根深蒂固的“抖動(dòng)”問(wèn)題。

經(jīng)濟(jì)性和其他特點(diǎn)

◆經(jīng)濟(jì)性:在沒(méi)有小馬拉大車的前提下，油耗優(yōu)勢(shì)明顯。

這個(gè)副標(biāo)題不是我為三缸機(jī)洗白，而是對(duì)比行業(yè)內(nèi)NEDC/WLTP下的測(cè)試后得出的結(jié)果。同時(shí)，根據(jù)我國(guó)國(guó)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(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》可以看出，小型車必須降到5.0L/100km以下，這對(duì)傳統(tǒng)汽車來(lái)說(shuō)是非常困難的，所以除了混動(dòng)之外，減一缸就成了立竿見(jiàn)影的辦法。因?yàn)樯倭艘粋€(gè)氣缸，發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦功也會(huì)減少。同時(shí)，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣干擾小于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)，還可以搭配更小的渦輪增壓器，進(jìn)一步降低排放。

1)氣缸關(guān)閉技術(shù)

福特顯然非常清楚這條發(fā)展路線，所以從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)說(shuō)，放棄四缸發(fā)動(dòng)機(jī)是合乎邏輯的。另外，我前面介紹的雙噴射系統(tǒng)和渦輪增壓，其實(shí)和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。特別是雙噴射可以很好地平衡油耗和排放的關(guān)系，但福特還是不滿意。過(guò)去，福特因油耗而受到批評(píng)。顯然，福特想要在油耗方面做出改變，所以也在這款三缸發(fā)動(dòng)機(jī)上增加了閉缸技術(shù)。

在閉缸情況下，功率必然會(huì)降低，因此閉缸模式的啟動(dòng)主要與負(fù)載掛鉤。只有當(dāng)系統(tǒng)確定車輛負(fù)荷處于中低負(fù)荷時(shí)，才會(huì)進(jìn)入節(jié)油雙缸模式。在高速、加速和重載時(shí)，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是優(yōu)先三缸模式。

在與福特工程師的實(shí)際交流中，我也咨詢了關(guān)于氣缸關(guān)閉的問(wèn)題。首先，閉缸模式不會(huì)頻繁啟動(dòng)，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)還是以保證駕駛體驗(yàn)為主，所以使用閉缸模式比較保守。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，所以采用這種模式比較保守，只有在低負(fù)荷下經(jīng)過(guò)電腦判斷后才會(huì)開(kāi)啟。至于實(shí)際的駕駛體驗(yàn)，網(wǎng)友可以閱讀我們關(guān)于?？怂沟脑囻{文章，里面有詳細(xì)的體驗(yàn)。

2)集成排氣

集成排氣的小排量并不是一個(gè)新概念。本文主要介紹這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。首先，冬季熱車速度快，可以更快地提供暖風(fēng)。機(jī)油達(dá)到工作溫度的時(shí)間短，摩擦損失小。發(fā)動(dòng)機(jī)加熱時(shí)間短，怠速排放更環(huán)保。三效催化作用更早，更環(huán)保。

3)可變排量油泵

機(jī)油泵是保證發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑的重要部件。不同等級(jí)的機(jī)油可以給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)更好的動(dòng)力性能。

根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊的指示，通過(guò)調(diào)整內(nèi)部葉片并在1.6巴和3.2巴之間切換壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)可以得到穩(wěn)定的潤(rùn)滑。

4)電控活塞冷卻噴嘴

在活塞底部，我還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的小設(shè)計(jì)，那就是電控活塞冷卻噴嘴。傳統(tǒng)的冷卻噴嘴由它自己的彈簧閥控制。當(dāng)油壓大于物理閥的值時(shí)，閥嘴打開(kāi)，油噴出。如果閾值設(shè)置過(guò)高，活塞不能得到足夠的冷卻，這將影響活塞的壽命。但是，如果設(shè)置較低，必然會(huì)導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)，影響燃油經(jīng)濟(jì)性。

得益于閉缸技術(shù)、雙噴射、可變氣門正時(shí)等一系列技術(shù)。，再加上8AT變速箱，這款發(fā)動(dòng)機(jī)最終可以實(shí)現(xiàn)每百公里5.4L的油耗，從數(shù)據(jù)來(lái)看還是可以接受的。到目前為止，我們已經(jīng)介紹了動(dòng)力、乘坐舒適性和經(jīng)濟(jì)性。在最后一章中，我們將檢查差距，并找出該引擎還有哪些其他技術(shù)要點(diǎn)。

◆還有哪些特點(diǎn)？

編輯點(diǎn)評(píng):拆解這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)后，我們可以大致梳理一下福特在發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)上的思路。首先是排放導(dǎo)向，部分體現(xiàn)在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)向三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)變。顯然，中歐的排放法規(guī)給傳統(tǒng)汽車企業(yè)帶來(lái)了不小的壓力。第二部分是模塊化的顯著特點(diǎn)，如缸體、集成凸輪軸模塊、集成排氣等的設(shè)計(jì)。各種集成手段可以帶來(lái)更高的裝配精度，提升NVH和經(jīng)濟(jì)性。最后一點(diǎn)是新技術(shù)的應(yīng)用，如閉缸技術(shù)、雙噴射技術(shù)等。這些技術(shù)單獨(dú)來(lái)看似乎都不突出，但將它們整合起來(lái)，充分發(fā)揮它們的最佳性能，是對(duì)廠商在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上的積累和經(jīng)驗(yàn)的極大考驗(yàn)。

最后，從消費(fèi)者的角度來(lái)說(shuō)，從我這些年的接觸來(lái)看，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)確實(shí)沒(méi)有技術(shù)問(wèn)題，但一定要做好NVH。如果我們?cè)谟秃母偷那疤嵯芦@得更好的駕駛體驗(yàn)，那么誰(shuí)會(huì)在意發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)有多少缸？