保留閉缸技術 拆解福特1.5T三缸發動機

Ecoboost family新成員駕到

上海車展已經過去一段時間了。完成媒體日的工作后，我又逛了逛展臺。總的來說，來自OEM和供應商的產品很多，但說實話，亮點并不多，尤其是純電動汽車的氣場開始減弱，混合動力汽車的占比上升。可見，排放政策給車企帶來了不小的壓力。說起排放法規，目前車企基本上有兩種處理方式。一是通過創新發動機技術減少排放。一是借助48V和混動在短時間內完成過渡。這兩種方法都可以理解，通過技術手段升級傳統發動機是老牌車企常用的方法。

在這樣的背景下，小排量發動機的研究仍然是傳統車企討論的焦點。縱觀前段時間上市的新車，福特福克斯（查成交價|參配|優惠政策）的1.5T三缸發動機可以算是一大亮點。當然小排量和三缸的組合不值得大驚小怪，但這款發動機也加入了閉缸技術。

在車展上，工程師曾經說過，單缸可以在14毫秒內打開和關閉，完成從三缸到兩缸的過渡。所以，我對這款發動機還是很感興趣的。前段時間，我第一次來重慶福特汽車公司發動機廠拆解這臺發動機。通過拆解，我發現了很多有趣的點。在本文中，我們將詳細討論它。同時，如果您有任何問題，可以在評論中與我交流。

◆Ecoboost家族的新成員到來。

福特Ecoboost發動機家族非常龐大，需要很長時間才能跨越。這款1.5T發動機是Ecoboost系列的新成員。作為最新的平臺產品，它的誕生背景非常簡單。在全球油耗和排放要求日益嚴苛的背景下，為了滿足嚴苛的Stage6排放要求，設計開發了經典的1.0T三缸發動機團隊，并對原Ecoboost I4適馬GTDI發動機進行了升級。經過福特北美和歐洲團隊的開發，最終獲得了1.5T三缸發動機。這款發動機最大的特點就是既能保證動力，又能帶來更好的燃油經濟性和效率。

拆解前還有一點需要說明:1.5T發動機匹配傳統系統。之前在國內銷售的1.0T發動機，傳動系統不同，分別是AT、DCT、MT變速箱。其中與自動變速箱匹配的1.0T發動機增加了平衡軸的設計，而DCT和手動變速箱車型取消了平衡軸，而是采用了雙質量飛輪。這是因為AT變速箱需要一個液力變矩器，所以不可能使用雙質量飛輪，所以需要安裝平衡軸。至于雙質量飛輪，由于它可以有效抑制發動機運轉時的共振現象，所以不需要增加平衡軸。新的1.5T發動機只匹配8AT變速箱，所以設計上保留了平衡軸。

呼吸是動力和經濟性的第一要素

“呼吸”對人類的重要性不言而喻，發動機也是如此。所以，我想從配氣機構給大家介紹一下。氣門機構看起來很僵硬。簡單理解就是由凸輪軸、進排氣門等相關機構組成。通過相互配合，通過進氣系統完成空吸排氣的全過程。

這款福特1.5T發動機在進排氣方面采用可變氣門正時，從功能上來說是非常常見的功能。凸輪軸旋轉的角度由連接在凸輪軸上的正時調節器控制，進氣的變化通過延遲氣門的開啟和關閉時間來控制，從而可以通過與燃油系統的配合來提高燃燒效率和動力輸出。

至于皮帶和鏈條的選擇，其實并沒有絕對的優劣。有人認為皮帶安靜，有人認為正時鏈條終身免維護。其實無論是發動機匹配測試后的OEM選擇哪一款，隨著設計和材料水平的提高，它們之間并沒有太大的區別，所以我們也不必在這方面過于糾結。

雖然可變氣門正時技術比較常見，但這臺發動機的凸輪軸設計還是蠻有意思的，尤其是機械設計。

減少摩擦的好處顯而易見。動力方面，是降低發動機的動力負荷。畢竟這部分需要潤滑油來潤滑，而較低的摩擦力顯著降低了機構所需的油量，以此類推，油泵的工作負荷也會降低，油耗也會進一步降低。

第二個優勢在于降噪。這也是高同軸度、低摩擦、低噪音的優點。同時，這種一體化結構減少了零件的數量和安裝，有助于降低運行過程中的振動和噪音。

然后我們來看看閥門的驅動結構。首先凸輪軸采用空中心的設計，重量輕確實是汽車不可忽視的一個方面。所以除了材料之外，工程師偷光最常見的手段就是空中心設計，比如軸的空中心設計，底盤擺臂的打孔等等。

動力性：渦輪增壓+雙噴射系統

對于三缸發動機和小排量關鍵詞，人們在動力領域有著極大的關注。畢竟這是裝在福克斯上的發動機，還需要保護小鋼炮的名聲。福克斯能否成為一款充滿駕駛樂趣的車，動力很重要。作為Ecoboost系列的發動機，福特主要通過渦輪增壓和點火系統來加強動力，我們將依次進行講解。

◆動力性能:渦輪增壓+雙噴射系統

1)渦輪增壓系統

福特1.5T發動機的渦輪增壓器采用了低慣性的混流渦輪增壓器，最大轉速在24萬rpm左右。

渦輪內部的排氣旁通閥用于控制渦輪轉速，通過控制渦輪轉速間接控制進氣壓力。旁通閥的控制是通過真空壓力罐進行的，渦輪上的金屬拉桿控制閥體開啟，壓力罐的負壓來自發動機的真空泵。

福特新發動機的渦輪增壓系統是主流，主要針對渦輪外形和轉輪設計的改進和設計，主要變化是低扭矩的提升。

2)雙噴射系統

渦輪增壓可以看作是粉碎發動機動力的主要措施，但和配氣機構一樣，燃油系統也起到了助力的作用。這款發動機采用雙噴射系統，對技術和邏輯要求更高，兼顧經濟性和動力性，對排放更好。

相反，在高速重載時，缸內直噴是主要動力，所以此時的動力響應會更加及時高效，對油耗也比較友好。缸內直噴的另一種狀態是冷啟動。此時發動機溫度較低，缸內直噴可以使起步更平穩，排放自然表現更好。

反映在活塞上，我們會發現活塞頂部凹凸不平，這些“坑”充當了扇葉的左右兩側。通過上下移動活塞，產生導流，使空氣體和油霧充分混合成混合氣體，最終達到良好的爆炸燃燒，提高燃燒效率。

一般對空燃混合氣的研究都是在初始階段用流體動力學分析軟件進行模擬，同時也用線性激光3D系統對燃燒室進行研究。).這些模擬或可視化研究可以獲得大量的參數，從而優化結構設計，提高發動機的燃燒效率。

從數據來看，這款1.5T發動機還是相當不錯的，扭矩范圍很廣，從1500rpm到4500rpm動力輸出穩定。雙噴射的加入不僅能保證動力性能，還能為這臺發動機提供更好的排放。同時，根據不同的負荷和狀態，兩種噴油方式可以取長補短，保持動力性和經濟性的良好平衡。

老生常談的振動噪音問題

抖動也許是三缸機最敏感的話題。似乎當年三缸發動機留下的“惡名”到現在還沒有清理干凈，以至于現在的消費者在買車的時候都有一定的顧慮。但就技術而言，三缸發動機的抖動問題確實是危言聳聽，三缸發動機確實有先天的轉動慣量，但現階段后天的優化已經不是以前的樣子了。引用業內人士的話來說，“由于固有的抖動不可避免，消費者無法通過后天的優化感知到。”顯然，現在大多數車企都能達到這種狀態。那么福特采用什么方法來保證NVH呢？下面我們來解釋一下。

1)平衡軸

三缸發動機振動的主要原因是活塞運動中產生的慣性無法抵消。對于偶數號的發動機，做功時發動機的活塞會對稱運動，這樣可以抵消活塞運轉時產生的相反慣性。對于一臺三缸發動機來說，振動確實是一個先天的問題，但是我們可以通過后天應用很多方法來優化它，第一個就是平衡軸的應用。

除了這些大的點，還有很多細節可以幫助這臺發動機從后天的角度優化NVH，比如成本更高的安裝設計。事實上，不僅僅是這款福特1.5T發動機，大多數三缸發動機的懸置設計都比傳統燃油車更周到，成本更高。

三缸發動機通常進行三點安裝設計，安裝方式以液壓安裝為主。這臺發動機在橡膠配方和金屬部件上下了很大功夫，使整個懸置的隔振濾波效果更好。

看到這一點，很多人可能會認為我是在認可三缸發動機，但事實是我在陳述一個觀點，即三缸發動機可以通過成熟的技術來抑制抖動，或者通過手段讓駕駛員無法有效感知，所以在我看來，發動機機械抖動并不是廠家宣揚的問題，真正的問題是消費者根深蒂固的“抖動”問題。

經濟性和其他特點

◆經濟性:在沒有小馬拉大車的前提下，油耗優勢明顯。

這個副標題不是我為三缸機洗白，而是對比行業內NEDC/WLTP下的測試后得出的結果。同時，根據我國國家標準《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》可以看出，小型車必須降到5.0L/100km以下，這對傳統汽車來說是非常困難的，所以除了混動之外，減一缸就成了立竿見影的辦法。因為少了一個氣缸，發動機的摩擦功也會減少。同時，三缸發動機的排氣干擾小于四缸發動機。同時，還可以搭配更小的渦輪增壓器，進一步降低排放。

1)氣缸關閉技術

福特顯然非常清楚這條發展路線，所以從經濟性的角度來說，放棄四缸發動機是合乎邏輯的。另外，我前面介紹的雙噴射系統和渦輪增壓，其實和經濟性密切相關。特別是雙噴射可以很好地平衡油耗和排放的關系，但福特還是不滿意。過去，福特因油耗而受到批評。顯然，福特想要在油耗方面做出改變，所以也在這款三缸發動機上增加了閉缸技術。

在閉缸情況下，功率必然會降低，因此閉缸模式的啟動主要與負載掛鉤。只有當系統確定車輛負荷處于中低負荷時，才會進入節油雙缸模式。在高速、加速和重載時，這臺發動機是優先三缸模式。

在與福特工程師的實際交流中，我也咨詢了關于氣缸關閉的問題。首先，閉缸模式不會頻繁啟動，整個發動機還是以保證駕駛體驗為主，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，只有在低負荷下經過電腦判斷后才會開啟。至于實際的駕駛體驗，網友可以閱讀我們關于福克斯的試駕文章，里面有詳細的體驗。

2)集成排氣

集成排氣的小排量并不是一個新概念。本文主要介紹這種設計的優點。首先，冬季熱車速度快，可以更快地提供暖風。機油達到工作溫度的時間短，摩擦損失小。發動機加熱時間短，怠速排放更環保。三效催化作用更早，更環保。

3)可變排量油泵

機油泵是保證發動機潤滑的重要部件。不同等級的機油可以給發動機帶來更好的動力性能。

根據動力系統控制模塊的指示，通過調整內部葉片并在1.6巴和3.2巴之間切換壓力，發動機可以得到穩定的潤滑。

4)電控活塞冷卻噴嘴

在活塞底部，我還發現了一個有趣的小設計，那就是電控活塞冷卻噴嘴。傳統的冷卻噴嘴由它自己的彈簧閥控制。當油壓大于物理閥的值時，閥嘴打開，油噴出。如果閾值設置過高，活塞不能得到足夠的冷卻，這將影響活塞的壽命。但是，如果設置較低，必然會導致不必要的浪費，影響燃油經濟性。

得益于閉缸技術、雙噴射、可變氣門正時等一系列技術。，再加上8AT變速箱，這款發動機最終可以實現每百公里5.4L的油耗，從數據來看還是可以接受的。到目前為止，我們已經介紹了動力、乘坐舒適性和經濟性。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要點。

◆還有哪些特點？

編輯點評:拆解這臺發動機后，我們可以大致梳理一下福特在發動機開發上的思路。首先是排放導向，部分體現在四缸發動機向三缸發動機的轉變。顯然，中歐的排放法規給傳統汽車企業帶來了不小的壓力。第二部分是模塊化的顯著特點，如缸體、集成凸輪軸模塊、集成排氣等的設計。各種集成手段可以帶來更高的裝配精度，提升NVH和經濟性。最后一點是新技術的應用，如閉缸技術、雙噴射技術等。這些技術單獨來看似乎都不突出，但將它們整合起來，充分發揮它們的最佳性能，是對廠商在發動機技術上的積累和經驗的極大考驗。

最后，從消費者的角度來說，從我這些年的接觸來看，三缸發動機確實沒有技術問題，但一定要做好NVH。如果我們在油耗更低的前提下獲得更好的駕駛體驗，那么誰會在意發動機對于普通消費者來說有多少缸？