福特現身說法,三缸機防抖其實是黑科技
對于司機來說,善變的不只是“女人心”,一些相關的交通法規和排放標準,也是在不斷改進的。2018年四舍五入一下就要走完了,時間也距離2020年越來越近,眾多車企也都回憶起,那被嚴苛的排放法規所支配的恐懼。并且,有些城市表示,2020年太遠,只爭朝夕,嚴苛法規提前就執行。

就像學生的考前復習效率一樣,車企也希望能夠在燃油車這方面,將內燃機的潛力再深挖壓榨一下。于是乎,諸多車企都將注意力放到了三缸發動機上,這也是搭載三缸發動機的車型在最近仿佛雨后春筍一般出現的原因之一。
三缸不“三缸”

最近幾年,三缸發動機仿佛又被注入了新的活力,不僅搭載在許多汽車品牌的車型上,而且還在國際大賽中頻頻現身。究其原因,很大程度上是因為排放法規的“督促”,以及追求更高的熱效率。

缺少一個缸,不代表三缸發動機廉價,畢竟不是所有人都能用一把皮尺就做出來一款發動機的。哪怕只是一個缸的差距,僅僅只是各種參數(如點火提前角、噴油時刻與噴油量等)的重新標定,就會耗費主機廠大量的時間與精力。后續在抖動、噪音方面問題的改善,也是一項巨大的工程。而且現在甚至可以說,有些三缸發動機的研發成本,都已經超過四缸發動機了。三缸發動機在某些方面確實不如四缸發動機,但是在行業大勢的情況下,三缸發動機的普及已成必然。
微于身、長于技

2012年誕生了一款集眾多技術于一身的福特1.0T三缸發動機,在同年即奪得了當年的國際年度發動機大獎中1.0L以下組別的榜首,并在隨后的數年之中共獲得八項國際年度發動機大獎獎項。有人都曾戲說,“四缸減為三缸的壞風氣”就是福特的這款發動機帶起來的。

對數據比較敏感的人,會發現以福特1.0T為首的三缸發動機,其實在參數上并不比四缸發動機差,甚至猶有過之。而且在油耗方面的優勢,讓人無法忽視。原因就是這款發動機融合了缸內直噴、雙獨立氣門可變正時系統及渦輪增壓,三大提升燃油經濟性及動力性能的關鍵技術,不僅保證了澎湃的動力輸出,而且優化了燃油經濟性高達20%,還能降低15%的二氧化碳排放。

值得一提的是,具有賽車基因的福特,哪怕是家族最小的發動機,也會在動力上迸發出一點驚喜。啟動這款發動機的超增壓模式(Overboosted)后,車輛扭矩瞬間飆升至200N·m,可惜這種模式比較傷車且只能持續30s。
話說回來,如果福特1.0T三缸發動機,只有提升燃油經濟性及動力性能的技術,估計也會和眾多國際獎項無緣。畢竟這些獎項的評選,是要試駕匹配發動機的車型再進行打分,主觀駕駛感受的影響很大。所以福特1.0T三缸發動機的成功,也離不開福特對發動機出色的平順性設計。
空間化的曲軸設計
眾所周知,三缸發動機的抖動原因,最大的還是因為比四缸發動機少了一個缸,造成了結構上的“缺陷”。這種“缺陷”也使得發動機在運行的時候,雖然一階二階慣性力可以平衡,但還是產生了不平衡的一階二階慣性力矩,其中一階慣性力矩不平衡的最大值在活塞運動到上止點后的30°出現。
在這里簡單說一下造成發動機抖動的“元兇”,一階二階慣性力矩的概念:活塞在上下運動時,會產生力矩,這就是一階慣性力矩;活塞的運動也會帶動相連的連桿運動,形成了更加復雜的二階慣性力矩。

福特為了改善三缸發動機的抖動情況,在曲軸上動起了腦筋。曲軸的曲柄之間采用角度為120°的設計,形成空間曲軸結構。

同時在1、3曲柄上的配重塊重心偏移30°,可以極大程度抵消不平衡的力矩,就像是安裝了一根平衡軸一樣。
但是僅僅在曲軸上動“手腳”還不夠,其他地方也同樣要動一下。
治抖神器平衡軸

其實,無論發動機是幾缸,都會有抖動的情況,只是程度不同。有些四缸發動機會為了更加平順的運轉,也會加裝平衡軸。

福特1.0T三缸發動機雖然有加平衡軸,但并非是標配的,只有在自動擋車型的發動機上才會有一根真正的平衡軸,與經過改造配重塊的曲軸形成“雙平衡軸”結構。而連接曲軸、平衡軸及機油泵的皮帶,也采用油浸式設計,一定程度能夠改善異響現象。
那么,是否多加平衡軸就可以完全消除抖動呢?平衡軸數量的增多,也會造成發動機結構更加復雜,重量和體積也會提升,這就違背了車企使用三缸發動機的初心了。
帶有“減振器”的雙質量飛輪
剛才既然說了,在自動擋車型的發動機上,采用了平衡軸。而在沒有液力變矩器的“干擾”的發動機上,就應用了雙質量飛輪技術。雙質量飛輪具有非常好的減振功能,可以代替平衡軸的作用,極大程度限制發動機的抖動。

雙質量飛輪具體的減抖方式,就是將自身一分為二,一部分為主動飛輪依舊與曲軸連接,另一部分為與變速器相連的從動飛輪,可以提高變速器的轉動慣量。兩部分之間是環形的油腔,內部加裝的彈簧減振器并將兩部分連接。彈簧減振器就是雙質量飛輪的減振秘訣。
處理抖動情況,大致可以從根源、途徑、受體來著手。可以看到福特在三缸發動機所投入的精力,不僅提升了發動機的燃油經濟性與動力性能;且采用了空間曲軸、平衡軸及雙質量飛輪來在根源上減少發動機的抖動情況,更不用說還有在車身結構上進行的防抖改進。不然,搭載福特1.0T三缸發動機的嘉年華、福克斯等車,也不會在國際大賽上被評委所青睞。
車企思遠,布局未來
三缸機無法達到四缸、六缸的平順性,是不爭的事實。但在經過實際駕駛后,就可以發現,現在基本搭載三缸發動機的車型早已今非昔比。哪怕部分車型打開發動機艙蓋后還會有振動感,但是車內感受到的抖動基本都在合理范圍之內。

未來汽車行業的趨勢毋庸置疑是純電動化、氫燃料電池,但是這方面同樣被技術限制了,于是小排量、增壓技術、混動系統,就是現在的趨勢。而且三缸發動機不僅有熱效率高的優點,其小巧的體型也可以更好的在發動機艙騰出空間,與電動機組成混動系統。而且動力方面三缸發動機低轉速扭矩高,可與電動機形成動力輸出的完美互補,也可大大改善車輛的平順性。那么誰能說,三缸發動機不是車企在為未來做鋪墊呢?

汽車是一個綜合產物,其設計制造流程涉及面非常廣,發動機雖然是汽車最重要的部件之一,但是也不能將發動機刨去車輛本身來看。不然就像是一盤不加任何調料的菜一樣,完全沒有味道。所以說,如果三缸發動機車型的產品力夠強,那么為何又要糾結三缸發動機這一點。
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