暗黑科技!福特三缸防抖解密!

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对于司机来说,善变的不只是“女人心”,一些相关的交通法规和排放标准,也是在不断改进的。2018年四舍五入一下就要走完了,时间也距离2020年越来越近,众多车企也都回忆起,那被严苛的排放法规所支配的恐惧。并且,有些城市表示,2020年太远,只争朝夕,严苛法规提前就执行。

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就像学生的考前复习效率一样,车企也希望能够在燃油车这方面,将内燃机的潜力再深挖压榨一下。于是乎,诸多车企都将注意力放到了三缸发动机上,这也是搭载三缸发动机的车型在最近仿佛雨后春笋一般出现的原因之一。


三缸不“三缸”

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最近几年,三缸发动机仿佛又被注入了新的活力,不仅搭载在许多汽车品牌的车型上,而且还在国际大赛中频频现身。究其原因,很大程度上是因为排放法规的“督促”,以及追求更高的热效率。

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缺少一个缸,不代表三缸发动机廉价,毕竟不是所有人都能用一把皮尺就做出来一款发动机的。哪怕只是一个缸的差距,仅仅只是各种参数(如点火提前角、喷油时刻与喷油量等)的重新标定,就会耗费主机厂大量的时间与精力。后续在抖动、噪音方面问题的改善,也是一项巨大的工程。而且现在甚至可以说,有些三缸发动机的研发成本,都已经超过四缸发动机了。三缸发动机在某些方面确实不如四缸发动机,但是在行业大势的情况下,三缸发动机的普及已成必然。



微于身、长于技

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2012年诞生了一款集众多技术于一身的福特1.0T三缸发动机,在同年即夺得了当年的国际年度发动机大奖中1.0L以下组别的榜首,并在随后的数年之中共获得八项国际年度发动机大奖奖项。有人都曾戏说,“四缸减为三缸的坏风气”就是福特的这款发动机带起来的。

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对数据比较敏感的人,会发现以福特1.0T为首的三缸发动机,其实在参数上并不比四缸发动机差,甚至犹有过之。而且在油耗方面的优势,让人无法忽视。原因就是这款发动机融合了缸内直喷、双独立气门可变正时系统及涡轮增压,三大提升燃油经济性及动力性能的关键技术,不仅保证了澎湃的动力输出,而且优化了燃油经济性高达20%,还能降低15%的二氧化碳排放。

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值得一提的是,具有赛车基因的福特,哪怕是家族最小的发动机,也会在动力上迸发出一点惊喜。启动这款发动机的超增压模式(Overboosted)后,车辆扭矩瞬间飙升至200N·m,可惜这种模式比较伤车且只能持续30s。


话说回来,如果福特1.0T三缸发动机,只有提升燃油经济性及动力性能的技术,估计也会和众多国际奖项无缘。毕竟这些奖项的评选,是要试驾匹配发动机的车型再进行打分,主观驾驶感受的影响很大。所以福特1.0T三缸发动机的成功,也离不开福特对发动机出色的平顺性设计。



空间化的曲轴设计

众所周知,三缸发动机的抖动原因,最大的还是因为比四缸发动机少了一个缸,造成了结构上的“缺陷”。这种“缺陷”也使得发动机在运行的时候,虽然一阶二阶惯性力可以平衡,但还是产生了不平衡的一阶二阶惯性力矩,其中一阶惯性力矩不平衡的最大值在活塞运动到上止点后的30°出现。


在这里简单说一下造成发动机抖动的“元凶”,一阶二阶惯性力矩的概念:活塞在上下运动时,会产生力矩,这就是一阶惯性力矩;活塞的运动也会带动相连的连杆运动,形成了更加复杂的二阶惯性力矩。

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福特为了改善三缸发动机的抖动情况,在曲轴上动起了脑筋。曲轴的曲柄之间采用角度为120°的设计,形成空间曲轴结构。

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同时在1、3曲柄上的配重块重心偏移30°,可以极大程度抵消不平衡的力矩,就像是安装了一根平衡轴一样。


但是仅仅在曲轴上动“手脚”还不够,其他地方也同样要动一下。



治抖神器平衡轴

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其实,无论发动机是几缸,都会有抖动的情况,只是程度不同。有些四缸发动机会为了更加平顺的运转,也会加装平衡轴。

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福特1.0T三缸发动机虽然有加平衡轴,但并非是标配的,只有在自动挡车型的发动机上才会有一根真正的平衡轴,与经过改造配重块的曲轴形成“双平衡轴”结构。而连接曲轴、平衡轴及机油泵的皮带,也采用油浸式设计,一定程度能够改善异响现象。


那么,是否多加平衡轴就可以完全消除抖动呢?平衡轴数量的增多,也会造成发动机结构更加复杂,重量和体积也会提升,这就违背了车企使用三缸发动机的初心了。



带有“减振器”的双质量飞轮


刚才既然说了,在自动挡车型的发动机上,采用了平衡轴。而在没有液力变矩器的“干扰”的发动机上,就应用了双质量飞轮技术。双质量飞轮具有非常好的减振功能,可以代替平衡轴的作用,极大程度限制发动机的抖动。


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双质量飞轮具体的减抖方式,就是将自身一分为二,一部分为主动飞轮依旧与曲轴连接,另一部分为与变速器相连的从动飞轮,可以提高变速器的转动惯量。两部分之间是环形的油腔,内部加装的弹簧减振器并将两部分连接。弹簧减振器就是双质量飞轮的减振秘诀。


处理抖动情况,大致可以从根源、途径、受体来着手。可以看到福特在三缸发动机所投入的精力,不仅提升了发动机的燃油经济性与动力性能;且采用了空间曲轴、平衡轴及双质量飞轮来在根源上减少发动机的抖动情况,更不用说还有在车身结构上进行的防抖改进。不然,搭载福特1.0T三缸发动机的嘉年华、福克斯等车,也不会在国际大赛上被评委所青睐。



车企思远,布局未来


三缸机无法达到四缸、六缸的平顺性,是不争的事实。但在经过实际驾驶后,就可以发现,现在基本搭载三缸发动机的车型早已今非昔比。哪怕部分车型打开发动机舱盖后还会有振动感,但是车内感受到的抖动基本都在合理范围之内。


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未来汽车行业的趋势毋庸置疑是纯电动化、氢燃料电池,但是这方面同样被技术限制了,于是小排量、增压技术、混动系统,就是现在的趋势。而且三缸发动机不仅有热效率高的优点,其小巧的体型也可以更好的在发动机舱腾出空间,与电动机组成混动系统。而且动力方面三缸发动机低转速扭矩高,可与电动机形成动力输出的完美互补,也可大大改善车辆的平顺性。那么谁能说,三缸发动机不是车企在为未来做铺垫呢?


汽车是一个综合产物,其设计制造流程涉及面非常广,发动机虽然是汽车最重要的部件之一,但是也不能将发动机刨去车辆本身来看。不然就像是一盘不加任何调料的菜一样,完全没有味道。所以说,如果三缸发动机车型的产品力够强,那么为何又要纠结三缸发动机这一点。


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