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不断进化 斯巴鲁水平对置发动机详解

发布时间:2012年05月29日 05:48 | 进入汽车论坛 | 来源:Che168 | 手机看视频


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水平对置发动机凭借其独特的结构、优异的性能扬名四海,随着汽车技术的不断发展,今天的水平对置发动机更是成为了高品质高性能发动机的代名词。本文将为您详细介绍斯巴鲁水平对置发动机。

不断进化 斯巴鲁水平对置发动机详解

水平对置发动机的特点:

水平对置发动机又被称为BOXER,因为BOXER原意是拳击手,这种汽缸分成左右两边,活塞作180度的对向运动,犹如拳击手出拳动作,因而得此称呼。这种发动机的特点是汽缸和活塞平均分布在曲轴两侧,在水平方向上左右运动。较低的重心使活塞运动产生的横向震动容易被支架吸收。发动机的重量占了整车重量的很大一部分,较低的发动机重心也能有效降低整车重心,使车辆行驶稳定性更好。左右对称布置的活塞,由于相互作用力抵消,其运动平衡性变得更好。相对于直列式发动机,在曲轴方面也取消了配重设计,曲轴重量下降,有助于转速的提升。这种发动机非常适合在追求动力性能与操控性能的运动车型上使用。但由于较高的制造难度与成本,以及水平对置发动机较宽的缸体形状,对于发动机舱的布局相对复杂。目前世界上只有保时捷和斯巴鲁在使用这种形式的发动机。

不断进化 斯巴鲁水平对置发动机详解

更低的发动机重心,可以有效减小车辆的横向摆动,从而提高车辆操控性能

低重心:水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的汽缸为“平放”,不仅降低了汽车的重心,较小的发动机体积还能让发动机舱设计得又扁又低,这些因素都能增强汽车的行驶稳定性和运动性。

低阻力:水平对置的汽缸布局是一种对称稳定结构,这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好,运行时的功率损耗也是最小,可以提供更强劲的输出功率与更加经济的油耗。

低振动:由于活塞曲轴在左右运动时产生的振动互相抵消,进而实现了低噪音、低震动。

成本高:制造成本比较高,对润滑及冷却系统要求高。紧凑的布局导致维修难度也比较高。

排量受限:宽扁的外部形状造成了发动机舱的设计难题,考虑到车身尺寸,发动机排量一般不能超过4.0升。

不断进化 斯巴鲁水平对置发动机详解

关于水平对置发动机油耗高与偏磨的疑惑

我们经常提到斯巴鲁水平对置发动机是高转速发动机,高转速油耗是不是也很高?

相对一般的四缸发动机来说水平对置发动机转速的确要高于一般发动机,传统的水平对置发动机的峰值扭矩输出范围也偏向中高转速。四缸发动机的曲轴每旋转180度就有一个汽缸燃烧,由于一般直列发动机冲程都要大于水平对置发动机,所以就延长了喷油,点火的时间,长冲程无疑是要喷射更多的燃油,那么在进气歧管喷射的油越多(暂不考虑缸内直喷车型),就会让燃油得不到更好的雾化与在缸体内完全燃烧。水平对置发动机的短冲程提前了喷油、点火动作的完成,汽缸内作工次数多,相对每次做工的燃油喷射量也减少了,燃油可以得到更理想的雾化效果,燃烧更充分效率自然更高。在保证发动机动力强劲的同时,燃油经济性有很好的表现,也降低了尾气排放污染。

发动机的磨损比其他发动机磨损更大?

说到水平对置发动机会有很多人提到汽缸偏磨的问题。首先,人们常常认为水平对置发动机最大的敌人是地球引力造成的气缸偏磨问题。一般发动机气缸壁依靠的是飞溅润滑,但对于水平对置发动机,这种润滑方式不太理想,气缸上半部往往机油过少,会加剧气缸磨损,气缸下半部分往往机油过多,会引起过度消耗,这就要求水平对置发动机必须有比其他发动机更特殊、更精密的润滑系统。斯巴鲁还通过采用在活塞表面钼金属涂层来减少摩擦阻力,强化活塞的耐磨性能,曲轴由高硬度的钼铬合金钢铸造而成,强度及耐磨性能均大大提高。水平对置发动机曲轴比直列发动机的要短,而硬度要求更高,直列机需要平衡块,而对置发动机本身就有很好的平衡,所以质量更轻。以上几种设计让水平对置发动机有了高超性能的同时耐用性也非常出色。但这一切的代价是高精度制造与特殊材料造成的成本价格的提高。

斯巴鲁水平对置发动机的发展

勇于创新 第一代水平对置发动机

斯巴鲁的核心技术——水平对置发动机于1966年伴随日本国内首辆正式采用前置前驱(FF)系统的量产车型斯巴鲁1000而诞生。在开发斯巴鲁1000车型时,斯巴鲁没有采用当时轿车一般采用的直列发动机+后轮驱动的模式,而是决心自己开创一条新的道路,选择采用水冷4缸水平对置发动机。这是因为水平对置发动机+前轮驱动系统的配置在轿车上应用非常合理,并有利于提高车辆的操控性能。取消的传动轴使得车内后排空间加大,提高了轿车的舒适性。由于当时的车型动力较弱,后轮驱动相对前轮驱动车型会造成更多的动力损耗,使得动力性能与燃油经济性都不理想,并且在当时几乎没有任何驾驶辅助设备的后驱车型在湿滑路面的行驶稳定性令人担忧,设计师们打破常规,自由设想,遇到困难时他们也没有退缩,也正是这种开发者的精神,创造了独特的斯巴鲁水平对置发动机。

斯巴鲁最早配备量产车使用的是水平对置、四缸、水冷式、4冲程EA系列发动机,包括斯巴鲁1000上采用的EA52发动机,1971年首代Leone车型使用的EA63型以及EA71型发动机等等。斯巴鲁灵活应用了水平对置发动机可以很容易地通过扩大缸径来提高排量这一特性。EA型系列发动机,在基本设计没有大幅变更的情况下,对斯巴鲁早期的汽车生产发挥了重要作用。

1984年4月,通过对材料和加工工艺进行改进,缩短曲轴、改进EA型发动机曲轴支撑构造等方法,同时采用四气门的双顶置凸轮轴(DOHC)和单顶置凸轮轴(SOHC)的设计,斯巴鲁完成了高刚性,高输出功率,低震动的新型水平对置发动机的研发。出于参战WRC世界汽车拉力锦标赛的需要,斯巴鲁还成功设计了同级别中输出功率最大的2.0升涡轮增压发动机。斯巴鲁持之以恒地研制新款水平对置发动机的努力终于得到回报。

辉煌的年代 第二代EJ系列水平对置发动机

1989年1月,3台安装了第二代EJ20型涡轮增压发动机的力狮车,在美国亚利桑那州测试赛道上创造了新的连续行驶10万公里,平均车速 223.345km的纪录,充分证明了新开发的第二代EJ系列发动机的出色动力性及可靠性。这也成为斯巴鲁发动机开发历史上最重要的里程碑。

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第二代EJ系列发动机首先使用在力狮车型上

  以新型斯巴鲁水平对置发动机为基础,力狮和翼豹车型取得巨大的市场成功,斯巴鲁汽车的高性能形象也因此树立。在此之后,斯巴鲁水平对置发动机仍不断取得更多技术上的进步。第二代力狮车型配备的水平对置发动机采用了双涡轮二级增压器,使发动机从低速到高速的各个转速区域都能提供充沛的动力输出。2003年5月,在日本销售的第4代力狮的发动机采用了双涡轮增压器和新开发的等长等爆排气系统,不仅动力输出性能得到了提高,更实现了操控性、燃油消耗、废气低排放等方面的大幅度进化。

  斯巴鲁公司在1996年推出了第一款SUV车型森林人,森林人的涡轮增压车型于当年成功地在印第安纳波里斯赛道上创下了新的24小时连续高速行驶速度世界记录。由此可以看出,斯巴鲁一直不断想方设法地检验旗下搭载斯巴鲁水平对置发动机(SUBARU BOXER)的车型,使其不仅速度表现优越而且值得信赖。

  在1995、1996和1997年,斯巴鲁的翼豹WRX车型连续三年在世界拉力锦标赛中获得厂商杯冠军,这也是日本汽车生产厂商第一次连续三年在汽车拉力比赛中获此殊荣。著名车手科林麦克雷、理查德伯恩斯和皮特索尔伯格曾经驾驶搭载2.0升涡轮增压发动机的赛车分别在1995年、2001年和2003年获得世界汽车拉力锦标赛的车手冠军。这些成绩,充分展示斯巴鲁水平对置发动机的优异性能。斯巴鲁的森林人、翼豹、力狮和傲虎车型,凭借其独有的水平对置发动机,在过去20年内荣获汽车行业诸多奖项。

红头神器,斯巴鲁EJ207发动机

不断进化 斯巴鲁水平对置发动机详解

在WRC赛场上叱咤风云的EJ207涡轮增压水平对置发动机,强大的改装潜力更是为车迷们所狂热追捧

1998年的9月,被车迷们奉为神器的EJ207发动机被用在第5代翼豹STi车型上,最初的EJ207是从配备于第4代翼豹STi的EJ20K/E基础上改进而来,引擎内部经过了进一步的强化,铸铁中缸可使其承受巨大的动力。这台发动机从1998年到2008年,一直是STi的心脏。在这10年中,EJ207进行了持续的改进,让自己日趋完美。

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简单的STI三个字母就足以令斯巴鲁粉丝们热血沸腾

斯巴鲁为了提高发动机的响应性苦心研究,凭借水平对置发动机转速攀升速度较好的先天优势,再加上顶置式中冷器,让STi拥有了采用涡轮发动机的日系性能车中较好的响应性。不幸的是,从斯巴鲁正式向内地市场销售STi车型开始,配备的就是最初运用于更青睐大排量引擎的北美市场的美规车型所使用的EJ257发动机,这台引擎虽然排量较大,但是在实际的耐用性、改装潜力上都不及日规车型上所使用的EJ207发动机。在EJ207系列之后,斯巴鲁开始为了得到更多用户青睐的家用车市场以及日趋严格的环保规定而做出妥协。随着销量的提高斯巴鲁也逐渐失去了一群狂热的铁杆车迷。

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第八代翼豹STI是日本市场以外最后一代使用EJ207发动机的车型

国际年度最佳发动机

斯巴鲁生产的EJ25型2.5 升双顶置凸轮轴(DOHC) 涡轮增压水平对置发动机曾两次(2006 年和2008年) 荣获“国际年度最佳发动机”称号。经过改进之后,在各个转速区域都具备了极为强劲的动力输出。此外,通过使用新型双主动气门控制系统(AVCS) 并重新设计改良的涡轮增压器,其尾气排量也大为减少,接近理想水平。最大功率:195千瓦(265马力)/5600转,峰值扭矩为350牛米/2400–5200转,这台升功率过百匹的强劲心脏被装在了力狮B4型号上。配合斯巴鲁特有的智能驾驶提升系统,保证了迅猛的动力性能以及出色的燃油经济性能。在日常驾驶中,这款发动机确实做到了各方面都趋于完美,但是相对之前的2.0升涡轮增压发动机,似乎少了一些让人热血沸腾的快感。

不断进化 斯巴鲁水平对置发动机详解

转型之作 第三代水平对置发动机

2010年斯巴鲁己经开发出第三代水平对置发动机,代号由第二代的EJ系列改为FB,新发动机将会取代己经使用了21年的第二代型号,被使用在未来的斯巴鲁车型上。这次斯巴鲁非常具有针对性地进行了全新的设计,不再一如既往的追求强大的账面数据,更多地考虑到发动机的平顺表现以及经济性。显然斯巴鲁已经抛弃了之前一味追求性能与驾驶快感的设计路线。这是一个崭新的产品,富士重工为了生产这颗第三代Boxer在群马制作所大泉工厂内新建了专用工厂。

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不断进化 斯巴鲁水平对置发动机详解

进排气门夹角由原来的41度减小到27度,这一结构同样对燃烧室的小型化作出了贡献,并且使得发动机的动力输出更加线性和顺畅

新发动机的缸径及冲程均有调整,FB20和FB25的缸径、冲程都较老款EJ系列发生了改变,2.0升机型将缸径和冲程由EJ发动机的92mm×75mm调整到84mm×90mm;2.5L机型将缸径和冲程由EJ发动机的99.5mm×79.0mm调整到94.0mm×90.0mm,很显然这样设计的目的就是要改变水平对置发动机发力点偏后的输出特性,让高扭矩输出区域提前,以更加适合城市使用。

不断进化 斯巴鲁水平对置发动机详解

第三代水平对置发动机对排气系统也进行了重新设计

2.5升发动机排量从2457毫升增加到2498毫升,峰值扭矩也增加到236牛米,比现款发动机增加了7牛米。另外,新发动机配备正时链条系统,从而取代了旧款的正时皮带,节约了用户的使用成本。而2.5T发动机也有不同程度的提升,最大功率为169千瓦(230马力),最大扭矩达到330牛米。新发动机的燃油经济性得到了10%的提升。

第三代发动机的进气口也被重新设计,活塞和连杆变得较轻,以降低内部摩擦,使加速行驶更为平顺。FB系列发动机相比EJ系列而言,重新设计了缸盖,将气门的驱动方式由直打式改成了使用滚轮摇臂的方式,从而使进排气门夹角由原来的41度减小到27度,这一结构同样对燃烧室的小型化作出了贡献,并且使得发动机的动力输出更加线性和顺畅。双VVT可变气门正时也经过了技术升级;装备了新的废气循环冷却系统;并且通过科技创新而大幅度减少了缸内摩擦损失,最终第三代水平对置发动机在燃油经济性和排放指标等方面都得到明显改善。

显然斯巴鲁这次全新开发的FB系列发动机取悦了更多的家用消费者,平顺与经济的设计初衷使得新款发动机更适合城市道路及未来汽车的发展趋势,但这种设计会使水平对置发动机本身具有转速提升快,高转动力强劲的优秀特性消失,失去了水平对置发动机应有的优势,其实不难看出,近几年斯巴鲁推出的新车型也完全转变了以往桀骜不驯的犀利风格,更经济更平衡,适合家用的设计理念不能说不好,但作为一个以运动性能闻名世界的个性品牌,难免会让一些热爱斯巴鲁的车迷感到失望。

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  • 斯巴鲁: 斯巴鲁是富士重工业株式会社( FHI )旗下专业从事汽车制造的一家分公司,是生产多种类型、多用途运输设备的制造商。富士重工“斯巴鲁”汽车的标志采用六连星的形式。Subaru 斯巴鲁是富士重工有限公司( FHI )旗下专业从事汽车制造的公司,是生产多种类型、多用途运输设备的制造商。富士重工有限公司凭借其各个分公司的可靠技术开发出大量创新的产品,如汽车分公司、航空航天分公司、大型客车制造与房屋预制分公司、工业产品分公司以及运输与生态系统分公司等。富士重工有限公司志在树立卓越品牌,并成为二十一世纪国际舞台上的主角。为了能支承起全人类和整个星球的未来世界,富士重工有限公司秉承继往开来的创新精神,开发出充满个性和希望的产品。富士重工有限公司的核心技术是独立思考、灵活性和无限热情完美结合的产物。 来自:互动百科