聊聊經典,探探未來,扒一扒發動機的發展和未來

如果沒有“交通”,人類恐怕會停滯不前,再進一步說,如果“交通”、“交通工具”發展的很慢,那麼整個人類社會的發展將受到侷限和拖延。

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從公元元年到十八世紀中葉,人類一直靠自己的雙腿、或藉助馬解放雙腿,雖說陸陸續續發明了馬鞍、馬鐙、馬車等工具,但這都不算真正意義上的革命,人類依然是“出行基本靠走”,直到出現了蒸汽機。

內燃機,出世!
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第一次工業革命開始之前,人類的 GDP 就沒怎麼變過。而自從第一次工業革命起,人類的 GDP 蹭蹭蹭的往上漲。內燃機作為工業文明的起源,自我革命的同時也在被革命。150多年來,內燃機的結構並沒有發生太大的變化,但是內燃機的效率、動力、排放等卻一直在進步。因為從內燃機的各個零部件結構、材料以及加工工藝,到電氣化控制手段,再到燃燒方式等都經歷了巨大的變革。

比如:結構的變化,讓內燃機“身材”越來越好;新材料的應用,使得內燃機輕量化,並將熱損失降低到極限;控制手段的多樣化,使得內燃機總是運行在最合理的工況;燃燒方式及燃料的優化,使得第一滴油都發揮到最佳效率……人類的聰明才智和不懈努力,讓內燃機技術的發展突飛猛進。時光流逝,其中也誕生了眾多經典。

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從經典的大排量,到實用的四缸機

有一些事物,並不會隨著時間的流逝而變得暗淡,這就是經典。經典很多,不勝枚舉。我們今天單說發動機。世界上汽車工業比較發達的國家和地區,基本上都擁有幾款經典發動機,在美國,則以福特、通用兩大汽車巨頭為代表。

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比如,Ford Flathead V8發動機系列,這是福特公司自己設計、製造的第一臺V8發動機,誕生於1932年,排量涵蓋2.2L-5.5L,採用現在已經很少見的側置式氣門(Side Valve,即進排氣門並非安裝於汽缸頭。該發動機最大的意義是將V8發動機的成本大幅降低,在當時的美國汽車市場,普通消費者只能買到裝備4缸或6缸發動機的汽車,大馬力的V8動力對於普通人來講是一種奢求,但是Flathead V8的出現讓普通消費者也能享受到V8大馬力發動機的魅力,從此,美國人的V8情節也得到了釋放和發展。

與Ford Flathead V8發動機匹敵的便是通用small-block發動機,最早於1953年推出,最初排量為4.3L,到1970年,排量最大已達6.6L。隨著科技的發展small-block發動機逐步進行技術改進,如用燃油噴射取代化油器,其中量產時間最久的5.7L發動機,從1967年一直生產到2003年,廣泛應用於各種不同類型的車輛,成為了通用汽車標準的V8發動機,幾乎裝備在通用旗下全部品牌的汽車和卡車上。

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不僅如此,在small-block發動機基礎上,通用推出的LT/LS系列發動機更是被世人所熟知,相比small-block發動機,通用LT/LS系列發動機可謂青出於藍而勝於藍,全鋁缸體和缸蓋設計讓這個系列的發動機做到了體積小、重量輕、排量大,並且由於配件和技術資源在美國和澳大利亞都非常豐富,搭配方式種類繁多,大到缸蓋總成、發動機總成,小到氣門油封,幾乎所有的東西都可以按照自己的需求進行自由搭配,所以LT/LS系列發動機的應用極為廣泛。

然而屬於大排量的美好時代總有結束的那一天。由於環境以及相關政策問題,曾經的八缸、六缸發動機已經逐漸被四缸發動機所取代。客觀的講,缸數更少的四缸機能取代大排量發動機的主要原因有兩個,一是體積,二是成本。越來越多的人意識到,想到大空間不一定非得一味的增加車身尺寸,改善車內結構也同樣可以達到目的。在技術的不斷革新之下,四缸發動機能輸出與八缸、六缸同樣的動力表現,但能節省更多空間,自然就更有優勢了。

以六缸和四缸舉例,六缸機比四缸機多了兩組活塞,相應地,多出了四道氣環、兩道油環,接觸及磨擦面積增加了30%左右,而增加出來的凸輪軸、氣門彈簧、氣門油封也在偷偷從你的油箱裡“偷油”。四缸發動機比六缸發動機不僅造型緊湊、重量輕,故障率也低很多。同時四缸發動機比六缸發動機在進氣效率、升級空間方面擁有更多的優勢。

三缸機時代到來

為應對氣候變化,推動交通領域節能減排的發展,同時出於維護國家能源安全的需要,美國、歐盟等汽車發展強國或地區先後對汽車油耗進行管理。比如美國政府通過調節車型結構並引導車輛小型化、出臺溫室氣體排放法規與CAFÉ法規等手段,引導小型車市場發展,並掀起了發動機減缸的熱潮;歐盟方面,也通過徵收CO2超額排放稅、超低排放車輛核算優惠、提高購買大型車使用成本等手段,促使車輛與發動機的小型化進程,間接推動了三缸增壓發動機的發展。

其實三缸發動機也並不是什麼新鮮事物,追溯歷史的話也有幾十年了。早些年的很多微型車都是採用三缸機的,不過,那時的三缸多是小排量自吸,排量多在1.0L左右,現在的三缸基本都是渦輪增壓機型,且排量可到1.5L。

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現在回想,最近一波三缸機在市場上出現大概是2008年前後的事。當時,在熟悉了自然吸氣發動機那種逐漸提升的動力響應之後,對小排量渦輪增壓發動機所帶來的寬泛且直接的動力輸出令人耳目一新。但由於那時候技術還不太成熟,低扭不足、抖動以及噪音等問題真的很難讓人真正愛起來。不過隨著技術的進步,這幾年,三缸發動機的優勢正在逐漸增加。

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新一代的三缸發動機一方面動力表現不俗,甚至有些比四缸還要好;另一方面,從燃油經濟性來講,三缸發動機更加經濟實惠。再者,各大主機廠和行業技術公司通過後天的彌補,比如增加平衡軸、偏離一定的角度等設計來減低振動和噪音。還有,由於三缸機重量更輕、體積更小,有利於整車減重設計,節約製造成本。

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全球赫赫有名的幾個汽車大公司,寶馬、大眾、通用、福特等,近年來都表示會投入更多的精力研發高效率,低排放的三缸發動機。比如寶馬1系,寶馬2系多功能旅行車以及MINI Cooper均搭載寶馬自主研發的1.5T三缸渦輪增壓發動機;福特嘉年華/ST(海外)、福克斯也都搭載了福特1.0T Ecoboost三缸渦輪增壓發動機;PSA集團的雪鐵龍C4L、標緻308S等也都是搭載三缸發動機;再就是別克全新英朗、閱朗、GL6等車型搭載了1.3T三缸渦輪增壓發動機。

我們以別克的1.3T三缸發動機為例,該發動機最大馬力163匹,峰值扭矩230牛·米(1800-4400rpm),實測1.3T英朗百公里加速只有8秒多。這個數據已經強於大部分的1.6L、1.8L以及1.4T發動機。

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那麼抖動問題如何解決呢?其中最重要的防抖設計之一就是平衡軸的應用。簡單來說就是一個裝有偏心重塊並隨曲軸同步旋轉的軸,利用偏心重塊所產生的反向振動力,使發動機獲得良好的平衡效果,降低發動機振動。

另外這款1.3T發動機採用了雙噴射系統和電控洩壓閥,對於發動機的動力響應和燃油經濟性提升有很大幫助。所謂雙噴射,簡單講就是一個缸有兩個噴油器,一個缸內直噴,另一個歧管噴射。兩者在不同工況下工作,讓發動機的動力性和燃油經濟性發揮到最佳狀態。而電控洩壓閥可以保證動力響應的靈敏性。

這也讓今年4月隨著《狂人日誌》視頻拍攝團隊來到北京的機會,我也刻意借了輛GL6,卻不對這幫臺灣友人告知這是臺三缸發動機情況下。幾天實驗,僅讓《狂人日誌》的Vincent從發動機高轉速下的聲浪能察覺出異樣,但對於運轉的精緻度及動力都直言,根本無從察覺與四缸的區別。

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小結:

從上文可以看出,由於環境以及相關政策等原因,未來發動機的發展趨勢已經很明顯。四缸機目前還是主流,但從2014年開始,已經連續幾屆的沃德十佳發動機有三缸小排量發動機入選。因此,大排量發動機也許只會是情懷一樣的存在,小排量發動機已是大勢所趨。


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