一款3缸机，为何价值半个亿，本篇文章为您详解

一、动力总成和传动系统

柯尼塞格Gemera的一般动力系统和传动系统布局

上图显示了柯尼塞格Gemera的一般动力系统和传动系统布局。 纵向安装在后轴上方的是一台能输出600马力、443磅/英尺的三缸内燃机，在后部用螺栓固定在能输出400马力、369 磅/英尺的电动机上，同轴围绕着发动机的曲轴运行。 以下是该电机的详细介绍：

来自内燃机和直列式电动“轴向通量”电机（其转子始终与内燃机的曲轴一起旋转）的动力通过碳纤维扭矩管内的长传动轴。 该管连接到后部的电动机外壳和一个特殊的变矩器，柯尼塞格将其称为“HydraCoup”系统。 从HydraCoup系统中，动力传递到前差速器，每侧都有一个液压离合器组（通过“扭矩矢量分配单元”、液压泵和存储压力的液压蓄能器操作），在两组分配功率时产生扭矩矢量能力，最终旋转在前轮的两个半轴之间。

我们稍后将详细讨论前轮的发动机和传动系统，但现在让我们看看后轴的动力系统。如上图所示，有两个“轴向磁通”电动机，每个额定功率为500马力和738lb-ft扭矩，每个都通过橡胶衬套安装到汽车的后铝副车架上。

这些电机每个都通过平行布置的变速箱发送扭矩，这意味着输出轴（车轴）平行于电机转子的轴线，就像所有特斯拉的后驱动单元中的变速箱一样。柯尼塞格的每个平行变速箱都包含 3.3:1的齿轮减速比，这比以往任何纯电动汽车中的都要高（它们通常在8:1和10:1之间徘徊）。尽管如此，这家瑞典超级跑车制造商声称其汽车能够在1.9秒内以0加速到60英里/小时，并且最高时速可达250英里/小时。当被问及高传动装置时，柯尼塞格表示“轴向磁通电机是‘扭矩’”，并指出Gemera特别是在相对较低的10,000RPM时的最大输出。这就是决定传动比的原因。

由于前传动系统中没有变速箱，因此后部电机可以改变其旋转方向，这使得Gemera可以反向行驶。

这几乎是车辆前部的基本动力传动系统布局：安装在曲轴上的400马力电动机（也用作启动器，并提供再生制动能力）以辅助600马力的内燃机，并通过前轮提供动力。 长驱动轴，通过扭矩管连接到变矩器，变矩器连接到2.7:1前差速器上，该差速器具有两个湿式离合器组（如下所示），在该轴上左右分配动力。

在车辆后部，实现了扭矩矢量控制，因为柯尼塞格可以精确控制两个500马力的电动机，每个电动机通过直接驱动变速箱以3.3:1的减速比为车轮提供动力。 在纯电动模式下，整个前传动系统被关闭，只有后电机运行和提供再生制动能力。

该系统的1700马力输出（即约1270kW）小于内燃机的最大马力和三个电动机的单个最大马力输出的总和。 （将所有这些加起来会产生2000马力，而不是1700马力）这种情况有两个主要原因。首先，电动汽车的功率输出主要由电池放电能力驱动，而不仅仅是电机能够产生的功率。

其次，原动机——内燃机和三台电机——的齿轮传动方式使其产生宽扭矩曲线。这意味着车轮上的扭矩——最终为加速提供推力，这辆车在ICE发动机4000RPM时的最大扭矩为8113ft-lb——不仅在低车速时很高。相反，为了更好的驾驶性能，柯尼塞格希望车辆无论驾驶员是低速行驶还是高速行驶，都具有很大的推力。该公司声称：“Gemera在350 km/h时甚至会产生超过1180 lb-ft]的扭矩。”您可以通过下面的图表了解它。

柯尼塞格在其新闻材料中表示，将所有电动机加起来可以获得1400马力的理论功率输出，但作为具有电池限制和齿轮考虑因素的组合系统，最大输出为1100马力，如“上图中的最大电力”点，发生在车速220公里/小时左右。

您会看到ICE的最大功率输出（标记为“最大 ICE 功率”，即马力）发生在大约发动机转速7000RPM时，这因为前差速器的齿轮速度非常高，对应于车速约360公里/小时。这比电力输出最大化的速度要高得多，这是因为ICE和电力峰值功率点不会出现在相同的车速下，所以整体组合输出没有最大化。尽管如此，车辆在其速度范围内仍具有宽泛的扭矩曲线。

您还会在上图中注意到ICE扭矩曲线（灰色）有一条名为“TC Torque ICE”的虚线曲线。这考虑了“HydraCoup”中的扭矩倍增，我将稍微描述一下。柯尼塞格实际上将HydraCoup变矩器的总3500 Nm“最大可实现组合扭矩”计入了该公司在其所有媒体文献中引用的“最大可实现扭矩”。 “总输出为3500Nm，包括Hydracoup系统。

二、HydraCoup系统代替多速变速箱

柯尼塞格Gemera没有多速变速器。 如前所示，后部电机有一个3.3:1的平行齿轮减速器，一个安装在曲轴上的电动机的三缸发动机将动力传递给前差速器中的一个齿轮减速器。 就在动力到达前差速器之前，它通过一个长传动轴发送到科尼赛克所谓的HydraCoup系统。

变矩器是一种液力偶合器，它允许在其输入和输出之间实现不同的转速和不同的扭矩。 （当您的汽车完全停止时，它可以防止您的车轮熄火。）

在Gemera的情况下，来自发动机的传动轴及其连接的电动机是输入。它使变矩器的叶轮侧旋转，变矩器由一组专门设计的叶片（如上所示）组成，这些叶片将流体泵送到涡轮叶片上。来自叶轮的粘性力使涡轮机旋转，涡轮机以机械方式连接到输出轴，或者在这种情况下，连接到后差速器。

叶轮（即输入，与驱动轴以相同的速度旋转）和涡轮（输出，与差分输入以相同的速度旋转）之间的定子用于策略性地引导两半之间的流体流动变矩器以最大限度地提高变矩器效率。

使用变矩器有很多好处。 首先，它允许在低车速（发动机转速高达3000 RPM）下实现 2:1 的扭矩倍增。 这很关键，因为Gemera的2.7:1前轴比非常高，如果没有来自发动机和曲轴电机的扭矩的辅助，车轮扭矩和启动加速度会相当低。

在某些方面，这与多速传输完成了同样的事情。不同的是，正如柯尼塞格在其 站上所写的那样，Gemera使用的是液力偶合器，而不是短的第一档增加扭矩以增加低速加速度：

扭矩至关重要，尤其是在一个档位加速到极速时。在Gemera中，扭矩转换HydraCoup促进了这一点——它将来自TFG和前电动机的1100 Nm的总和转换为几乎两倍的扭矩。这就是为什么Gemera在静止状态下具有3500Nm的扭矩，以及为什么它可以以单档完成0-400公里/小时加速。??

由于与流体剪切相关的损失，使用液力偶合器而不是短齿轮来增加扭矩效率较低，科尼赛克说效率下降很好，因为它只用于低速、短时间加速条件。在高速公路上或者当驾驶员不需要快速加速时，情况就不同了。与传统汽车可能使用的更高齿轮不同，Gemera只是锁定了变矩器，因此输入（叶轮）不再以高于后差速器（涡轮）输出的速度旋转。

它们一起旋转，柯尼塞格声称这种设置实际上产生的损失比通过变速箱中的高齿轮组发送的动力要少。锁止离合器——值得一提的是，在标准自动变速器中很常见——它允许通过变矩器对曲轴上的电动机进行再生制动。

“与任何其他混合动力解决方案相比，以单齿轮直接驱动的形式提供从静止到最高速度的终极响应，重量更轻，效率更高，”是科尼赛克对HydraCoup优于传统变速器的理由。

该公司在其 站上进一步详细介绍：

例如，在高速公路行驶期间，与传统变速器或CVT相比，KDD系统将动力传动系统损失降低了3-5%，因为没有升压或降压齿轮与终传动串联工作，只需将发动机的动力直接传递给带有扭矩转换HydraCoup的车轮被锁定。

这种与齿轮减速器串联使用的变矩器装置就是柯尼塞格所说的“柯尼塞格直接驱动”。 该系统也用于混合动力Regera车型，旨在减轻重量和简化操作。

三、三缸引擎

让我们仔细看看三缸Tiny Friendly Giant引擎，这款发动机以其紧凑的尺寸命名，但输出功率相对较大。 TFG是一款2.0升全铝直列三缸发动机，根据科尼赛克的传统，它每个气缸配备四个气门和两个涡轮增压器，而且它上面还有一个小幽灵。

这些涡轮增压器中的每一个都从三个气缸中的每一个接收废气，但这并不意味着每个排气口都分成两个排气管。实际上，有六个排气口——每个排气阀一个——每个排气口都有自己的排气管。

柯尼塞格在其 站上描述了这种“两级涡轮增压系统”（可以建立高达29psi的增压），并写了如何关闭所有为其中一个涡轮增压供气的排气阀（我稍后会描述它是如何完成的）基本上产生两倍于另一个涡轮增压器的流量，使发动机在低转速下更快地提供增压。

一个涡轮增压器连接到三个排气门——每个气缸一个。第二个涡轮增压器连接到其他三个排气门。在低转速和部分到高负载期间，所有废气仅被推至一个涡轮增压器，每个气缸仅打开一个排气阀，从而使该涡轮机的废气加倍。当达到足够的增压时，第二个排气门打开以启动第二个涡轮。

结果不言自明。干式油底壳润滑、旋塞式点火线圈（这在大多数汽车上并不罕见）2.0升发动机的长缸体——即完整的旋转组件加上缸体、缸盖和气门机构，减去进气和排气系统等部件、燃油系统组件和配件——仅重154磅。

不同之处在于，虽然柯尼塞格的发动机具有三缸发动机的所有轻量级和小尺寸优势，但它具有更大发动机的功率。尽管尺寸很小，但它仅在1700RPM时就能产生295lb-ft的扭矩，并在2000RPM和7000RPM之间产生最大443lb-ft的扭矩，然后在7500RPM时达到600马力的峰值功率并在8500RPM时达到红线转速。

在自然吸气形式下，发动机在300马力时（产生一半马力），不到184磅/英尺的一半扭矩，因此很明显，增压产生了很大的不同。就目前而言，这家汽车制造商声称Tiny Friendly Giant 是“迄今为止每缸和体积最强大的发动机”。

这辆车很有趣，我甚至要谈谈发动机上的皮带。 本节顶部的照片中显示的附件驱动器很小。 这是一个双平面设置，一个皮带连接到一个油泵，作为干式油底壳回油泵和主油泵，另一个连接到压缩机。 您可以在上图中看到，该压缩机将压缩空气送入计算机控制的无凸轮气门驱动系统的盖子中，稍后我将对其进行描述。

尽管体积很小，只有2.0升，但气缸本身实际上相当大。 Tiny Friendly Giant的外形略呈方形，孔径为95毫米，冲程为93.5毫米。这家汽车制造商声称，这一点，尤其是特殊的钛合金排气管，显然有助于让小马达发出更大的声音。

以下是柯尼塞格对钛合金排气管的评价，以及这三只幼崽听起来如何像一头成年狮子：

TFG的2.0升三缸发动机配备定制的钛Akrapovi?排气装置，可提供无滞后响应，并伴随着令人回味的深喉咆哮。 TFG可能是一个小型发动机，但由于其大口径和冲程，再加上Freevalve的“打开”声音，它具有大而“砰砰”的声音。结果是一个深沉、沙哑、反应灵敏和诱人的发声引擎。由于排气音可以通过Freevalve系统进行调整和平衡，因此声音也可以很流畅。

四、“Freevalve”无凸轮轴发动机

柯尼塞格Gemera没有凸轮轴。这是一件大事，因为几乎所有设计的生产型四冲程活塞发动机都使用凸轮来控制气门正时。 （气动阀是F1技术，但如果您好奇的话，使用传统凸轮。）如果不清楚这意味着什么，这里有一个基本的复习：

活塞在典型内燃机气缸中的位置由曲轴的旋转角度决定，因为活塞通过连杆连接到曲轴。进气门和排气门必须在相对于气缸中活塞冲程的特定时间打开和关闭。例如，进气阀必须从活塞到达其冲程的顶部开始直到它到达底部为止，这是进气冲程。

另一个例子：当活塞在大约下止点直到大约上止点时，所有阀门必须关闭。这是压缩冲程。完成这项工作的一种方法是使用从曲轴到阀门的推杆，但几乎所有现代发动机都通过凸轮轴控制阀门，凸轮轴通过皮带或链条机械连接到曲轴或在极少数情况下到齿轮，如果您的引擎是由复杂的恶魔设计的。

正是曲轴（指示活塞位置）和凸轮轴（指示气门位置）之间的这种连接确保了相对于活塞在气缸中的位置的正确气门正时。

许多现代汽车都采用了称为可变气门正时、可变气门升程甚至可变气门持续时间的东西。 通常，这些使用电动液压执行器来进行凸轮更换或凸轮相位调整。 凸轮更换是更改为具有不同升程或持续时间的不同凸轮轴凸角轮廓，下面的凸角显示了几何形状如何影响这两者。 当凸轮轴相对于活塞位置打开阀门时，凸轮相位通过改变凸轮凸角与其通过正时皮带/链条连接到曲轴的链轮之间的相对角位置来改变。

改变阀门在燃烧循环中打开的时间、打开的距离以及保持打开的时间有许多优点。 主要围绕提高容积效率以实现更好的燃油经济性、动力和排放以及驾驶性能（即在整个转速范围内拓宽扭矩范围）。

虽然许多现代可变气门正时/升程/持续时间系统由计算机运行，但这些计算机控制通常旋转凸轮轴的一部分或触发金属销以锁定特定凸轮轴轮廓的液压执行器——这些系统主要是机械的，因此 它们运行的精确度和速度非常有限。

柯尼塞格的Freevalve系统，也称为“全可变气门致动器”，其不同之处在于，计算机控制一个气动致动器，而不是计算机控制一个改变凸轮轴形状/角度以改变气门运动的致动器，而是一个气动致动器直接作用于每个阀门。 这使得柯尼塞格能够准确快速地改变每个阀门的升程、持续时间和正时效果。 该公司在其 站上写道：“进气门和排气门都可以在任何所需的曲轴角度和任何所需的升程高度打开和关闭。”

柯尼塞格工程师进一步描述了设置：

对于任何发动机负载标准，进气和排气的正时都可以独立调整。然后，系统可以根据驾驶条件“决定”如何操作阀门——使用哪种组合来最大化性能、最小化燃料消耗或调节排放。自由阀允许对发动机进行更大程度的控制，从而提供显着的性能和环境效益。

该公司声称其油耗比“典型的现代2.0L四缸直喷和可变凸轮轴发动机”低15%到20%。部分原因是不需要节气门（因此没有与节气门相关的泵送损失）来调节发动机的气流，因为阀门本身现在可以精确地做到这一点。Freevalve有助于降低油耗的另一种方式是，它允许Tiny Friendly Giant使用称为“调频扭矩”的东西停用某些气缸。

这家制造极其复杂的汽车的瑞典制造商没有详细说明这是什么，但我确实在Freevalve的这项技术专利中找到了更多信息。 （Freevalve是柯尼塞格的姊妹公司，以前被称为Cargine Engineering AB）Freevalve解释说，其系统使用发动机的进气门和排气门来精确改变哪个气缸点火以及何时点火，以便以平稳有效的方式产生所需的扭矩。

一种用于在具有机械动力传输和气动、液压或电磁可控阀的内燃机中调节扭矩的控制方法，这些阀基于来自控制系统的信号打开和?关闭，通过该方法在操作情况下请求扭矩通过控制与空行程数相关的动力冲程数来选择执行动力冲程的频率，从而在特定时刻提供。动力冲程参与二冲程循环或四冲程循环，并且一个或多个二冲程循环与或多个四冲程循环交替。

该专利描述了“执行动力冲程的频率”的含义，并写道：

做功冲程被称为冲程，其中燃烧后膨胀的大量气体的能量转化为机械功……

在此，怠速冲程是指没有气体交换、没有空气供应或燃烧的冲程，因此在本应是做功冲程的过程中没有正做功。这导致最小的摩擦和热损失。在怠速冲程期间，没有空气或空气和剩余的燃料通过发动机泵送。空行程要求至少进气阀是可控的，以便保持关闭以防止空气进入，直到它们打开；然而，如果出口阀也是可控的，则本发明是最有利的。

做功冲程频率可以在发动机每分钟相关转数在0%到100%之间变化。可以通过确定每N转执行一次动力冲程来选择频率。

我应该明确指出，不仅仅是柯尼塞格在做这些有趣的事情。这一切听起来与主要汽车供应商德尔福的“动态跳过点火”非常相似，雪佛兰称之为“动态燃油管理”——一种可变气缸停用策略，通过精确控制进气门和排气门来精确选择要点火的气缸。

除了与气门升程、持续时间和正时的精细控制相关的容积效率提高以及气门控制气缸停用的好处之外，Freevalve还允许Tiny Friendly Giant运行米勒循环以有效地改变其压缩比以提高效率。 1990年代马自达将米勒循环发动机介绍给世界大部分地区的车迷，此刻将振作起来。

这个循环包括延迟关闭进气阀，这样，当活塞在“压缩冲程”期间向上移动时，它实际上会在实际进行压缩之前将一些空气/燃料推出。这会产生较低的有效压缩比（发动机的静态压缩比为9.5:1，柯尼塞格称其“对于高增压涡轮发动机来说很高”），并且低于膨胀比。这允许从空气和燃料中提取更多的功率输出，正如Car & Driver在一篇关于类似阿特金森循环（这个名称经常与米勒循环互换使用）的文章中所描述的那样：

阿特金森循环会延迟进气阀的关闭，直到活塞在压缩冲程中完成其向上行程的20%到30%。结果，一些新鲜充气被上升的活塞驱动回进气歧管，因此气缸永远不会完全充满（因此低速功率降低）。当活塞开始在膨胀（也称为动力）冲程上下降时，收益来自点火之后。与阿特金森最初的想法一致，缩短的进气冲程与全长膨胀冲程相结合，可以从每次增加的燃料中挤出更多的功。

柯尼塞格还提到了冷启动的好处，称传统汽车在运行的前20秒内会产生相当多的污染，因为催化转化器在寒冷时效率不高，燃料难以混合，寒冷的汽缸无济于事任何情况。柯尼塞格带来了解决方案：

TFG在启动时直接克服了三个问题中的两个，方法是加热并通过进气门和排气门来回引起燃料混合物的湍流。这种显着改善的冷燃烧还可以加快催化转化器的升温速度，从而与同等尺寸的带凸轮轴的传统发动机相比，将冷启动排放减少约60%。

柯尼塞格进一步详细介绍了Freevalve如何帮助冷启动，尤其是在使用酒精燃料时（这种混合动力车的一大卖点是它的环保性，包括它使用“可再生酒精燃料”的能力），这显然更难比汽油，通常需要混合汽油才能获得良好的冷启动。具体来说，该公司提到了内部废气再循环（在进气冲程期间打开排气门以将热废气吸回气缸）、改变压缩比的能力、促进混合的特殊气门驱动以及一种“加热模式”多次转动发动机以将活塞用作泵来提高进气温度：

Freevalve系统通过使用预启动加热模式进行初始启动和首次燃烧，克服了这种冷启动问题。使用一个进气门，并在低升程下打开较晚，以实现最大的湍流和汽化。气缸停用是为了在启动和预热期间增加每次燃烧中的空气和燃料量。内部废气再循环 (EGR) 在随后的燃烧循环中被激活，使用先前燃烧的热残余物来蒸发燃料。最后，发动机的可变压缩比由米勒循环调节。

此外，在打开点火装置之前，可以多次转动TFG，使用活塞在“加热模式”循环中来回将空气泵入进气口。结果，进气温度在10个循环（大约需要2秒）内增加了30?C，并且不再需要在燃料中添加汽油或启动循环，从而使TFG化石燃料在任何气候下都独立。

一辆1700马力的汽车正在使用米勒循环并担心催化剂会升温，这似乎有点奇怪，但现实情况是，即使是超级跑车制造商也必须通过排放法规。更不用说，现在是2022年，高端汽车的购买者期望的不仅仅是喷火的大型燃气发动机。清洁现在很酷。

五、车身和空气动力学

柯尼塞格Gemera是一款四人座超跑，但它没有B柱，只有两扇门，正如你想象的那样，它相当巨大，横跨汽车大约118英寸的轴距。这些门是Gemera最抢手的功能之一，汽车制造商称它们为“科尼赛克自动扭曲同步螺旋驱动门”（KASAD），这是该公司多年来使用的“二面同步螺旋门”的略微改动。

当它们旋转大约90度时，它们会弹出，向前倾斜，甚至会抬起一点，例如关闭的门的最后部分在打开时会达到高空（有传感器可以防止它撞到停车场）。 柯尼塞格声称，KASAD使用与旧的二面同步螺旋设计相同的部件，但现在车门稍微抬起以防止触碰到路侧石。

“KATSAD 的开口占地面积非常小，”柯尼塞格在谈到车门的优势时写道，“即使在周围空间有限的情况下，也可以轻松进入。” 长门和没有 B 柱改善了后排乘客的进出。

这些车门固定在完全碳纤维硬壳式底盘上（车身面板也全部由碳纤维制成），每轴偏转度数的扭转刚度为40KNm。 我不知道这与其他汽车相比如何，但柯尼塞格确信这使Gemera成为地球上最坚固的四人座跑车。

至于空气动力学，您可以在大灯前看到开口；汽车的这个区域是高压区，而车轮开口处的区域是低压区，因此空气很容易从前照灯下方流向轮拱，以便在激进驾驶时冷却刹车。值得一提的是，再生制动系统可以减轻摩擦制动器的部分热负荷。

您还会注意到一个巨大的正面开口、前保险杠边缘的小通风口、引擎盖上的两个管道、每侧侧玻璃后面的开口，以及每扇门后面的一个开口。 柯尼塞格表示，正面开口有助于冷却发动机、电池和HydraCoup装置，并包含一个用于交流系统的冷凝器。引擎盖通风口和门前的通风口是排气装置，可降低前热交换器后部的压力，以帮助促进气流通过它们。至于前保险杠边缘的通风口，它们的作用是制造“气帘”，以减少前轮产生的阻力。

如果我对柯尼塞格的理解正确，乘客舱后面的小开口是发动机进气口，而侧面的大开口是为了将空气输送到后电机变速箱和发动机中冷器的冷却器。

在后部，每个排气管附近的发动机舱上方都有开口。柯尼塞格表示，这些出口允许自然对流冷却发动机舱。 驾驶时，由于汽车后部的压力较低，它们与尾灯和鸭尾下方的通风口一起从发动机舱中抽出热空气。

保险杠上的两个巨大开口是后部热交换器的主要排气口，其中包括变速箱（齿轮减速）冷却器和中冷器的低温散热器。 “在低速运行时，大多数冷却器和整个车厢的后发动机舱都有风扇。

最后一个空气动力学，但也是小工具的功能，是后视镜，实际上是相机。

六、悬挂、转向、刹车系统

前后铝制副车架安装在碳纤维底盘上，悬挂部件直接安装在这些副车架上。 顺便说一下，悬架是双横臂设置，具有电子可调阻尼和行驶高度。

转向是一种电动齿轮齿条装置，后部有主动转向，柯尼塞格说这有助于“缩小”汽车的轴距，可以这么说。 帮助减慢碳纤维车轮的是前部16.3英寸直径陶瓷盘上的六陶瓷活塞卡钳和后部15.3英寸板上的四活塞抓取器。

与大多数电动汽车一样，Gemera也提供再生制动，在这种情况下，它“从油门升程开始并在制动时增加”，这是根据柯尼塞格的说法。

七、电池系统

柯尼塞格Gemera上的800伏电池仅为15 kWh，仅EV续航里程最高可达50 公里，再加上950 公里的 ICE/电动混合动力续航里程，为汽车总行驶距离可达1000 公里。