通用对三缸孤注一掷,未来十年,超越大众

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之前同大家讨论过欧洲在2000年后就把发动机小型化作为减少温室气体排放的一大技术路线,Downsizing of Gasoline Engine的过程中自然而然把三缸的路也趟了出来。

很多网友说车企是为了降低发动机的制造成本,这句话长期来看可能是对的,但短期来看肯定是错的。就拿最早玩三缸的PSA来说,截至目前,1.2T三缸发动机的采购价格仍然高于1.6T四缸发动机大约5%。

造汽车不像摊蛋饼,少一个蛋就能立竿见影提高手上这个饼的利润。

这多出来的5%来自项目中各个环节的研发摊销,比如新的模具、产线等等。所以做三缸的当下目的还是要满足政策要求,先谈能不能卖。

不论你是不是关心环保,

大国崛起伴随的是国际公约约束下的巨大责任。

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所以国六会是真正意义上让车企紧张的一次排放法规调整。

此前谈到过欧美日的同等排放限值标准都领先于国内5年以上,那么跨国企业在应对中国排放标准提升的时候是很轻松的,拿其他地区市场的技术升级一下中国产品就行了。

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但国六不再是对欧六标准的单纯模仿对标,作为过渡阶期用来缓冲的国六A阶段已经比现行欧六标准更加严格,到了国六B阶段,各个组分的排放限值几乎就是欧六的一半。换句话说,一直在追赶欧洲排放标准的中国标准,2019年首次跑在欧标之前,并且明年将领先欧洲标准一倍多。

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而这个全球最严的国六b阶段的全国实施,比原计划提早了整整3年半。

排放标准只是政策压力的一半,另一半来自第五阶段油耗标准。中国在2010年提出的哥本哈根承诺中,答应在2020年前把碳排放降低40%~50%,同时在乘用车燃油经济性上找回一点能源缺口。

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可以看到汽车市场的主要产销地区中,对能耗和碳排放的控制,欧洲依然是最严格的。但四大地区中最激进的却是中国,每个5年计划的目标降幅比例都是最大的,并计划在2025年成为汽车能源消耗经济性仅次于欧洲的国家地区。

除了政策指标本身带来的压力,政府在中国车市首次出现下行的情况下仍然强硬提前实施新排放指标,展现出的决心也是前所未有的。

这种情况下,不能再拿欧洲用剩的技术糊弄中国的排放法规了。甚至个别激(识)进(相)的汽车品牌把研发重心从欧洲转移到了中国。

中国标准的逆袭

在面对这轮中国政府主导的环保浪潮时

汽车品牌们都是怎么做的

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PSA标致雪铁龙&Ford福特 | 欧洲优先,中国套用

这两个品牌是欧洲小型化的先行者,彼时国内小车的尾气可能还没欧洲卡车的干净,所有厂商都在为了欧洲的环保路线开发新机器。

但随着中国市场的崛起,PSA和福特显然没有在国内投入和这个市场增量相匹配的精力。

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当时福特的三缸1.0T Ecoboost发动机可以说在欧洲有一个神仙开局,一台发动机的生命周期能有多久?这台发动机光年度发动机奖(1.0L排量以下组)就连拿了6年。

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在福特德国研发中心主导的这轮小型化过程里,对于这台1.0T 三缸发动机的需求和解决方案都是明显的德式操作。

优化燃烧条件,改造水道使用全新的分体式冷却系统减少摩擦做功,配上小涡轮和高压直喷,德国人造发动机就跟做面包一样简单。

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这台发动机的研发初衷就是在不损失动力的前提下提高燃油经济性,改善排放。

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缸盖冷却水道示意

很多针对三缸的设计概念也是从这台发动机而来,为了保证整机的耐久性,保证冷却液流速稳定在0.5m/s-6m/s之间,福特重新设计了缸盖的水道。

并且集成式排气歧管也被应用到了这台三缸发动机上,用来快速暖机、同时降低排气温度通过改造后的冷却液水道降温,帮助推动涡轮提供更多进气压力。

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福特可变机油泵

可变机油泵的概念也在这时被提出,福特没有使用传统的涨紧轮皮带形式,而是使用了一组浸油的皮带轮直接和曲轴以1:1的圈速相连驱动。目的是设置两档泵油压力:2Bar和4Bar分别对应高低工况,来降低能量损失。

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在福克斯上,最新的1.0T Ecoboost三缸发动机已经早早完成了2015年欧盟碳排放任务(130g/km),和平均油耗要求。

最后这台整机质量不到100kg,可以直接放进行李箱里的小机器受到了所有主流汽车媒体的一致好评,当然这其中包含了一定的政治正确。

但福特却没有拿捏好国内日益旺盛的多样化用车需求,拿欧洲的产品方案套用到国内市场是完全不合理的。如今福特和PSA都遇到了巨大的困难,这不赖三缸发动机,而是两家品牌没有好好满足中国消费者的需求,在这个强者愈强的市场里,不做到最好就意味着淘汰。

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GM通用汽车 | 全盘All in中国,欧美日都是小市场

上篇提到过GM在全球的三缸首秀是2014年欧洲市场的沃克斯豪尔Adam上的1.0T 三缸发动机。那个时候通用的这台1.0T Ecotec三缸性能还略逊色于福特的1.0T Ecoboost。但通用对于市场的把握远胜福特,意识到欧洲那么小的盘子,不值得。

既然中国提出了比肩欧洲的排放和能耗法规,那就把积累的技术用在中国市场,尤其是发动机小型化。并且通用对于小型化的理解不只是停留在“发动机”上,而是配套解决了变速箱匹配和整车NVH性能,这更像是一套“整车小型化”的解决方案。

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如今上汽通用国产车型已逐步形成三款发动机+三款变速箱的匹配,其中的1.0T和1.3T两款三缸发动机将取代过去的1.5L、1.5T、1.4T、2.4L等机型。

这可不就是明明白白完全倒向中国的小型化策略么。

通用欧洲的在售品牌,不论是原汁原味的雪佛兰,还是换标的沃克斯豪尔或者欧宝,中小型车目前的三缸机还停留在此前的1.2T三缸,已经和国内产品存在代差。

由于国六标准里大幅提高了NOx和PM、PN的限制,许多企业的做法是着重后处理,简单点说就是层层过滤让尾气达标就行。

通用的两款三缸发动机所强调的正向国六标准研发则是在过去欧洲三缸发动机技术路线的基础上进行了整合优化及提升。

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BMW首先提出的“最优单缸排量”概念

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这是最早由宝马公司提出“最优单缸排量”的概念。

在燃效、经济性、NVH性能的综合考量下,小型发动机的单缸排量应当介于0.33L-0.5L之间,越小NVH越好(安静平稳),而越大动力性能越好。

所以运动豪华取向的BMW采用了单缸0.5L的顶格策略,展开了模块化的B系列发动机制造,严格对应单缸不高于0.5L的最优方案。

而通用的品牌性格显然不需要那么激进,于是采用了1.0T(0.33L每缸)舒适取向和1.3T(0.43L每缸)舒适+动力平衡取向的两种方案。

在此基础上,通用除了用上集成式排气歧管、分体式冷却系统这些一代技术外,几乎把所有附件都做成了电控的。

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比如可变机油泵,不再依靠凸轮轴驱动,而是使用了一台独立的电机驱动。相比福特的“二速机油泵”,通用的方案变成了“无极可变”。

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再举一个例子,碳罐是用来脱附燃油蒸汽的零件。在国六标准里把燃油脱附要求提高了3倍,电子碳罐泵的目的就是制造压差来主动进行燃油蒸汽的过滤和吸附。

这些附件的重新设计匹配,在源头上抑制了废气组分的产生和额外的能源消耗,让发动机更紧凑、高效,同时保证动力水平在线。

再多提一点,除了发动机本身的技术外,通用随之匹配的变速箱也在进化,用上了CVT和9AT、10AT。

就目前而言,通用在国内的三缸车型销量成绩最好,且市场对三缸不是完全不接受,而是要在合适的价格区间里接受。通用各个品牌的车型都在配备三缸发动机后同时降低了准入的价格门槛,以较为平衡的供需关系推进市场。

这就是通用的小型化整体方案,也是目前国内推进三缸成绩最好的品牌。

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VWG 大众汽车集团 | 中国欧洲两个都要,暗中观察,偷偷操作

两个大众在中国推出的车型远比欧洲要多,但能打的小型动力总成只有一套1.4T,也就是我们熟悉的EA211。

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但有多少人知道EA211是VWG的小型化机型序列,不仅是这一款国内闻名的1.4T发动机。该系列中就包括欧洲2014年就上市的1.0TSI三缸发动机。

此前我也同大家一样,认为大众是出于舆论压力而不引进1.0TSI三缸发动机,但在侧面了解后得知:一是因为国企(大众几乎是德国国企)动作慢,二是因为合资利益分配复杂。

所以大众在国内小型化上实际上是落后的。

但大众作为汽车界的半壁江山,即使不引进新发动机,也有办法让排放达标。

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NEDC循环和WLPC循环下排放组分的差异(GDI发动机)

两种循环方式下的排放差异,这也是国六不再划水的举措之一。

国五升国六的指标收紧,并由WLTC循环替代NEDC循环,最容易出现问题的指标是PM(颗粒物)、PN(粒子数量)和NOx(氮氧化物),这也是目前最新排放标准发动机(如通用Ecotec)运用EGR(废气再循环)、超高压燃油喷射和电子放气阀涡轮的主要目的。

但EA211这台1.4T的布置已经很难再发生巨大的改变,不可能为一台旧发动机重新开模设计新的零件,于是大众的供应商们联手吃下了这个国六军令状。

通过各个附件供应商调整零件工作策略,在气道设置后处理过滤装置,帮助大众紧急过关。并且和通用走的正向路线不同,这台1.4T四缸发动机从2020年起一定会逐渐退出市场。

因为它已经使出最后手段,GPF(汽油发动机颗粒捕捉器)的应用。

很多人没注意到在国五升国六后,大众给这台1.4T的三元催化总成加装了GPF。主要原因在于通过微调各个零件很难从根本上满足国六标准,最直接有效的方法就是从最后道拦截。

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壁流式GPF结构示意

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GFP的两种主流布置形式

上图中TWC为三元催化总成,上下分别为两种GPF的布置形式

主机厂目前采购较多的日本NGK和美国康宁的GPF,采用图示的壁流式结构,尾气在通过三元催化后流入。

这个东西的效果有多惊人?

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GDI发动机在加装GPF后的过滤效果

所有国标要求的组分浓度都有所降低,尤其是老发动机难以处理的NOx、PM和PN都有了极大的改善。其中PN下降两个数量级,过滤效率达到99%以上。

这个方法也是目前大量国产发动机紧急升级国六的措施,因为简单有效,立竿见影,技术难度相对不高花钱就能解决。

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NEDC和WLTC循环下两种GPF布置形式对油耗的不同影响

在安装GPF后车辆油耗会提高,这也是为什么很多车在升级国六后油耗上升的原因。

但这绝对不是长久之计,尤其对于大众来说,这只是EA211 EVO 1.5T和1.0T三缸进不来的临时措施。问题在于通过后处理过滤干净了尾气,但整个发动机的能耗、效率和布置已经是上一代产品了,在小型化、电气化发展迅速的今天,面临的技术和政策风险都很高,如补丁越多,额外的设计越复杂,不仅成本节节拔高,可靠性也存在问题。

问题的解决方案自然就是把欧洲最新的EA211系列搬到国内来。

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EA211系列 模块化将缩减发动机产品线

大家对于EA211 1.5T Evo会进入国内深信不疑,那有什么理由质疑模块化生产的1.0T三缸会被排除在外呢,这和宝马的B系列发动机模块化如出一辙。

可以肯定,未来国内的小型车格局就是以三缸为主,无可辩驳。

市场反馈

和舆论风向不同,市场反馈更多的是“真香”

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目前的国内市场上,三缸车型累积销量最高的厂商是上汽通用

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数据来自上险数

其中卖得最好的车型是英朗,三缸型号的总计销量超过45.5万台,是目前全中国卖得最好的三缸车型。

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在车云网联合中国汽车流通协会发布的《小排量市场趋势与使用满意度白皮书》显示,英朗三缸车型的用户满意度调查中,有96.4%的车主给出了比较满意以上的评价。

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针对不同工况的细节,能看出车主们对于起步工况和高速行驶工况的满意度不如低速拥堵和城市驾驶,但总体而言满意度达到了9成。

在针对本田凌派、宝马X1的调研里,这个比例也在9成以上。

这说明一个问题,购买三缸车型的车主在使用过程中并不会出现排斥,因为一定程度上,三缸发动机降低了买车门槛,也降低了维护和使用成本,它所替代的是老旧的中小排量自然吸气发动机,在性能上还有盈余。

现代三缸

21世纪,没有攻克不了的技术问题,只有跨不过的成见

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本田三缸1.0T发动机

为什么说很多人是“云三缸黑”,因为我自己有一台L6车型(直列6缸)的所谓“终极平衡”发动机,在接触三缸发动机的时候不可避免会做性能和感受上的比较。

在长测过的三缸发动机中就包括了通用、宝马、沃尔沃&领克、本田、福特这些主流三缸厂商的国内产品。L3自然无法给到L6的性能,但L6能不能给到L3轻松的用车体验呢?显然也不能。

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福特1.0T三缸的体积可以塞进手提箱


如今的三缸车型,尤其像通用这样整车研发配合三缸发动机的产品,会通过一切手段规避三缸发动机的劣势。就算是成绩不好的福特和PSA,在发动机水平上也是一流的,他们只是没给好的发动机配上好的身体。

当车评人开着高性能豪华轿车,说着三缸的种种缺陷,这无法代表市场,也不能代表普通人的需求。三缸已经不是为了省钱而从拖拉机上搬来凑数的方案,这是一套业内公认的,为了应对严苛的全球环保压力而生的成熟方案,当你在市场上看到某种汽车技术商品化时,你看到的其实是10年前开始研发布局的技术结晶。

通用最早全盘投入中国的小型化,拿出优秀的产品和销售策略;

宝马开启全球模块化发动机生产,三缸作为重要的入门级动力总成;

大众虽然苦于用上一代发动机应对国六,但新机器已经在紧锣密鼓筹备,三缸也一定不会缺席。

所以,你怎么看?

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