三缸发动机因其特殊结构无法抵消活塞自身的振动而让人所诟病,但是不得不说,更精致的体积、更加平衡的动力输出、更加节能的表现还是非常值得称赞,而且由于运用诸如平衡轴技术、“不平衡设计”等相应措施抵消了因结构不平衡而带来的振动之后,三缸发动机已经越来越容易让人接受了。
三缸发动机的热潮中,各大厂家纷纷推出了各种不同排量的三缸发动机,从1.0 L到1.5T,很多新的机型层出不穷,本文盘点的是其中最引人注目的1.0 L三缸发动机,包括福特1.0 L EcoBoost发动机、奥迪1.0 TFSI发动机、起亚1.0 L Kappa发动机、Opel/Vauxhall 1.0T发动机等。
福特1.0 L EcoBoost发动机
图1 福特1.0 L EcoBoost 发动机
大名鼎鼎的福特1.0 L EcoBoost三缸发动机(见图1)已经连续几年获得行业大奖,紧跟之后,竞争对手纷纷效仿福特推出各自的三缸发动机。
这款发动机仅有0.999 L的小排量,动力却达到92 kW。同时引人关注的是,如图2所示,它的最大转矩高达170 N·m,涡轮最高转速接近25万r/min,几乎不会因涡轮产生动力迟滞,具有极高的响应速度,还可以在1 400~4 500 r/min的宽广范围内不间断地输出最大转矩。
通常,三缸发动机中需要采用平衡轴技术以解决因曲柄连杆机构运转不平衡带来的振动,通用的Ecotec等不少发动机都采用了这一技术,但这样却增加了发动机的重量和零件数量。福特1.0 L EcoBoost三缸发动机巧妙地绕过了这一问题,采用了两个较为特殊的设计——在飞轮与皮带轮上采取了“不平衡”设计,简化了结构,获得了更加合理的配重,有着不小的突破;浸油式的正时皮带在工作的时候浸在机油当中,在冷却和润滑之后,让发动机可以更稳定,并且更加静音和高效,还延长了使用寿命。
图2 福特1.0 L EcoBoost 三缸发动机转矩功率曲线
此外,该三缸发动机的进排气凸轮轴配备了独立的可变气门正时系统,能在不同转速下优化缸内气流,让发动机在负载下提升效率和性能,提升燃油经济性。该机还采用了小尺寸的涡轮增压器,让其在低转速时就可以介入,最大程度降低了涡轮迟滞,最大限度地发挥了发动机的潜力。如图2所示,福特1.0 L EcoBoost三缸发动机燃油高压直喷、先进涡轮增压器、双独立可变气门正时系统等技术的整合,将这款发动机燃油经济性提升了20%,同时CO2排放降低了15%。
福特这款1.0 L EcoBoost三缸发动机配备于全新福克斯、嘉年华、翼博等车型,其动力表现可与1.6 L自然吸气的发动机相媲美,综合油耗仅为5 L/min。
奥迪1.0 TFSI发动机
图3 奥迪1.0 TFSI 发动机
奥迪新款A1搭载了一款1.0 TFSI三缸发动机上市(见图3),这款发动机拥有999 ml排量,压缩比为10.5 : 1 ,在转速5 500 r/min时可输出95 Ps(约69.87 kW),在3 500 r/min就可以迸发出最大160 N·m转矩。
这台发动机与之前的1.4TFSI发动机共享核心部件,其曲轴箱同样采用铸铝工艺制造而成,让这台发动机的质量降低到88 kg的超轻级别,同时还表现出了极佳的低阻力摩擦性能。为了进一步增加发动机的平顺性,活塞销上采用了类金刚石碳涂层。这台发动机不像通用Ecotec采用平衡轴抵消三缸发动机带来的振动,而是采用电脑平衡的锻造连杆以及铝合金活塞确保发动机的平顺性。
由于平顺的内部构造、极低的内部损耗,也让这台发动机有着极佳的油耗表现,百公里油耗为4.3 L,CO2排放也仅有99 g/km。作为奥迪最小的TFSI发动机但依然每缸拥有四气门结构,进、排气凸轮轴分别带有50°和40°的调整角度。同样采用了曲轴与缸盖独立的冷却回路,同时还可以精确地控制冷却回路以便让发动机更快速地达到最佳的工作温度。而更短的进气歧管能瞬间让压力达到1.4 bar(1 bar=105 Pa)。排气门也可通过电控系统精准地控制开闭时间。最终让这台A1的百公里加速时间达到10.9 s,最高时速可达186 km/h。
不得不说,应用了平衡轴技术,三缸那恼人的振动、生涩的发动机声响都一并解决,加上涡轮增压的使用,让这款小小的发动机依然能得到了不俗的动力响应,所以在未来的发展过程中,奥迪将会有更多的小型车应用到这类发动机。
起亚1.0 L Kappa发动机
图4 现代—起亚1.0 L Kappa 发动机
当现代—起亚1.0 L排量的Kappa新款发动机(见图4)问世并装车时,现代—起亚高管表示:“这绝对是正确的时间,我们迫切地需要这款Kappa发动机家族的新成员。”据悉这款0.998 L的 T-GDI发动机是借助欧洲技术中心的帮助,在韩国南阳研发中心开发的。
这款发动机有一个高压直喷系统和一个一体化整合的排气歧管,可以获得更加清洁的排放和紧凑的尺寸。现代—起亚欧洲技术中心的动力传动系统负责人Michael Winkler先生特别到:“响应性和高效燃烧是我们最希望获得的性能,我们的电子控制的废气旁通阀和侧面安装的六孔喷射器(加压到200 bar,约20 MPa)在这款发动机中也发挥了非常大的作用。”实际上,这款发动机已经满足了2017年欧6的排放标准。
即使是基本状态,这款发动机也能产生令人印象深刻的74 kW·h和172 N·m的动力,而在功率更高版本上可产生88 kW·h和同样的170 N·m,两种情况下,转速范围都在1 500~4 000 r/min之间。这款发动机可能以来自于Kappa家族自然吸气的1.0 L MPI发动机为基础,但是,模块化系统并不像人们所期待的那样明显。将进气道燃油喷射自然吸气三缸发动机转变为增压直喷发动机,必须更换不少零件,从这方面来讲,这差不多是一款全新的发动机,因为实际上,现代—起亚并不像宝马等其他公司那样,几款发动机共享很多零件。这款1.0 L发动机没有平衡轴,加上侧喷器的采用,这些对减少摩擦都很有好处,此外,在发动机内部,也有着非常良好的NVH特性。目前,这款1.0 L涡轮增压三缸发动机已搭载于其在欧洲亮相的cee’d汽车,而且很快也将出现在i20汽车上。
Opel/Vauxhall 1.0T发动机
Opel/Vauxhall公司同样也做出了自己的0.999 L发动机,拥有着更高的科技含量,还有更强的性能、更低的消耗以及更好的NVH表现。在Corsa测试车上,这款发动机能够展现出115 Ps(约84.58 kW)的动力输出,通用的Ecotec技术让这台发动机更加的优秀。这台发动机拥有每缸四气门、双顶置凸轮轴和缸内直喷,独立中冷器的小型涡轮增压还有可变气门技术,压缩比为10.5 : 1,在5 200 r/min时发出115 Ps(约84.58 kW)动力,而从1 800 r/min时就可以发出166 N·m的转矩。缸内直喷和发动机起停技术让这台发动机有更好的燃油表现,所以让这台发动机油耗低至4.3 L/100km,而CO2排放为100 g/km。
这台发动机不仅是通用内部最小的发动机,也是惟一一台带有平衡轴的发动机,让这款车有着更加平顺的表现。不得不说,这台发动机是NVH测试时表现最好的一台三缸发动机。在开发这台发动机时,厂家将其中大约40种配件通过声学优化处理,其中包括缸体、节流阀还有发动机曲轴。一体化的铝合金结构让这台发动机的质量只有106 kg。与福特相比,这款发动机的表现不相上下。
三缸变两缸?
当然,还有很多厂商都积极推出了自己的1.0 L三缸发动机,这里不一一列举。创新的技术、独特的设计,各大厂商各出绝招,最大限度地克服三缸发动机的问题,同时将其动力性能发挥到极致,这也许正是1.0 L三缸发动机的魅力所在。
然而,正当大家都认为未来将是三缸的天下时,福特已在进行两缸的主意了!前阵有消息称,福特新款1.0 L三缸Ecoboost将增加闭缸功能,实现两缸极致做功,从获得更好的燃油经济性和排放性能。
据福特技术负责人透露,在非全负荷运转(如高速巡航或者下坡)时,第一汽缸将会自动关闭,从而提高6%的效率。而汽缸关闭则是在14 ms(比眨眼快20倍)内,驾驶者将根本察觉不到。
为了把这台1.0 L三缸发动机切换到两缸运转时表现到最好,福特开发了一套新的引擎机脚、传动轴、悬架衬套、新的双质量飞轮和振动缓冲离合器盘,另外,改进过的正时链条和气门摇臂也增强了发动机单元的耐久性。
新款发动机或于2018年搭载在新款嘉年华等车型上,这将是全球第一台提供闭缸技术的三缸发动机。也许,当你好不容易做出三缸发动机的时候,三缸已落伍!
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