專坑中國人?現在為什麼越來越多車用三缸發動機?

這期為什麼要講三缸發動機呢?因為當前輿論幾乎一面倒的唱衰三缸機,消費者也用腳投票進行了回應,以至於今年初,別克英朗因為換了三缸機後銷量一度下滑超30%。

專坑中國人?現在為什麼越來越多車用三缸發動機?

可另一方面,三缸機的車型越來越多,這說明三缸機對於車廠來說,有必須上馬的充分理由,那理由是什麼呢?

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▲已在售的部分三缸發動機機

要回答這些問題,需要對三缸發動機有一個公正的分析,這種“存在即合理”的發動機,它究竟有什麼優缺點?


先說三缸發動機的固有缺陷

三缸發動機神憎鬼厭必然有其原因,被人吐槽最多的,是它的振動和噪音。

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▲1990採用1.0L三缸發動機的夏利轎車


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《上海汽車》對三缸機抖動原理的物理解釋

三缸機的噪音及振動是其結構原理導致的活塞往復慣性力矩及旋轉慣性力矩的不平衡造成的(*力學分析和公式的推導過程比較生澀,感興趣的朋友可以參考《上海汽車》2017年05期的介紹),這一點在早期的三缸發動機上尤甚!國人對三缸發動機的惡劣記憶也源於老式三缸發動機的糟糕表現。

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在沒有對平衡塊進行優化設計時,三缸發動機全負荷工作的情況下,在各個轉速下可以導致三缸發動機相比四缸發動機,在噪聲上有3-6dB的差距。


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振動都是相對而言的,三缸機一般與同排量的四缸機進行比較,它主要的問題在於往復慣性力矩的不平衡

(旋轉力矩的不平衡可以通過添加平衡塊進行平衡);更進一步的,由於相同發動機轉速下,三缸機點火頻率比四缸發動機要低,因此帶來的扭矩波動也將進一步加劇整個輸出鏈的振動。

這就是為什麼我們說三缸發動機天生就有振動和噪音問題,及解決NVH問題比較麻煩的原因。


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此外,三缸發動機為了抑制抖動所做的一些措施,可能會影響油耗及油門響應,這一點顯然是伴隨著抖動這個原罪而衍生出來的,在內燃機沒有革命性技術突破的情況下,這種伴生性質的缺陷還會延續下去。當然車企可能為了成本、可靠性等因素,閹割部分抑制抖動的技術以獲得整體平衡,這也是不同型號的三缸機抖動抑制效果不一樣的其中一個原因。


三缸發動機真的一無是處麼?

我們所說的三缸發動機的缺點都是以四缸發動機為參考標準的,那三缸發動機與四缸發動機相比真的一點優勢都沒有麼?若是如此,車企應該會抵制三缸發動機的研發,可實際情況正好相反,從發展趨勢來看,三缸發動機恐怕會越來越普及。那三缸發動機又有何過人之處呢?

更適應小排量發展趨勢


三缸發動機雖然天生有缺陷,但也有天生的優點,那就是它更適應內燃機的小排量發展趨勢。


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隨著發動機綜合效率的提升,歐美車企在2010年逐漸確立發動機小型化+渦輪增壓的發展方向,隨著發動機排量的減小,缸徑也在不斷的縮小,這就造成了一個問題——缸徑不能無止境的縮小;要滿足消費者燃油經濟性、動力性的消費需求又要滿足排量稅法規的要求,就只能將缸徑維持在300cc-500cc的區間內。三缸發動機顯然更適合這樣的發展趨勢,同排量下,缸徑能儘可能的做大。

體積更緊湊


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這一點很好理解,三缸機由於少了個氣缸,與此配套的氣門,凸輪,活塞連桿機構都少了一套,整體上發動機減重不少。PSA的1.2THP發動機比其1.6L自然吸氣的發動機輕了至少13Kg。並且由於少了一個氣缸,發動機也更容易做得更緊湊。

油耗更低


有很多人吐槽三缸發動機油耗表現並不好,但影響具體車型油耗的變量實在太多,譬如發動機與變速箱的匹配,動力總成的調校,都會對油耗產生影響。

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但從車企給出的數據看,同技術條件下,三缸發動機的燃效要更高。另一方面,由於減少了一個缸,因此佔整機摩擦功大部分的曲柄連桿機構以及閥系等系統的機械摩擦損失可以顯著降低,從而降低燃油消耗。

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同時,為了提升三缸發動機的性能,一些車企還在發動機上應用了大量先進技術,包括引入雙噴設計,利用超高性能球鐵、粉末冶金以及鋁合金缸體等材料製造發動機,在缸內噴塗技術方面,採用包括硬度相當於不鏽鋼十倍的無氫類金剛石塗層和碳纖維高聚物塗層技術等。這些技術實現了發動機摩擦功和整機重量的顯著下降,令發動機燃油經濟性獲得提升。

這是否與前面提及的它的缺陷相悖呢?這其實是系統整體和具體變量影響因素之間,角度的不同造成的。實際的油耗水平我們剛已經說明,變量太多,是一個系統整合的博弈結果。


更容易做到小排量高性能


由於單缸排量在一定範圍內越大越容易達到較高的熱效率,因此,正如我們第一點所說,在排量小到一定程度的情況下,四缸發動機已經很難做到更高的綜合效率了。

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對比一下同技術條件下,就能充分驗證這個說法,1.2T的四缸發動機與Ecotec 1.0T發動機相比,關鍵參數“最大功率”已經毫無優勢可言。


對三缸機的誤解


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由於三缸發動機技術在目前來說認知成本有點高,並且隨著技術的發展,信息更新不及時也會產生一些誤會,因此不少媒體對其理解有一定的偏差,但其實三缸發動機並非“洪水猛獸”。

三缸機是車企縮減成本的產物


其實上文的一些細節已經可以推翻這個誤解,車企特別是通用大力發展和推廣三缸發動機的最主要原因還是順應發動機體積小型化的發展方向,而小型化的推動力是全球日益嚴苛的排量法。

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▲福特EcoBoost 1.0T三缸發動機

而為了平衡三缸發動機的固有缺陷,車企在三缸發動機上並沒有少下功夫,雙質量飛輪、平衡軸已經不算罕見,更有雙噴射、缸壁特殊耐磨層、低慣量渦輪等技術加持,所以三缸發動機的成本並不低,能夠縮減成本這個說法在數年內都不可能成立。


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也正是因為應用了很多新技術,近年來三缸機在國際發動機大獎上出鏡率非常高,今年六月份的國際發動機大獎中:1.5L系列頭兩名全是三缸機;1.0L-1.4L系列最佳發動機是PSA的1.2T三缸機,這已經是該款發動機連續四年奪冠了;1.0L及以下全是三缸機,比如福特的1.0T EcoBoost。

三缸機是車企用來坑國人的


身處的環境不一樣感受自然不一樣,網絡上不少觀點認為三缸發動機是車企強加給自己的,國外市場就用良心的四缸發動機。

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這個觀點很顯然站不住腳,在車市逐漸轉向低迷,競爭日益激烈的當下,車企討好消費者還來不及,且市面上並非沒有搭載四缸發動機的競爭車型可選,強加是不可能強加的。而專坑國人也非常無厘頭,在日本,三缸發動機上世紀六十年代就在K-Car上應用,且現在越來越普及。


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而歐美由於更早的將發動機發展確定在縮小體積+渦輪增壓這條路線上,因此開發了多款優秀三缸發動機,PSA目前正加速從中國向歐洲出口1.2THP發動機,三缸發動機即便是坑人,也不是隻坑咱們。

強推三缸是為了應付國六


先來看看國六相對國五有什麼變化,直接引用媒體現成的介紹。

相比國五油品,國六汽/柴油重點降低了車用汽油的烯烴、芳烴、苯等含量;降低了車用柴油指標中多環芳烴含量,並增加總汙染物含量的量化指標要求。數據顯示,相比較國五標準汽/柴油,國六油品一氧化碳排放量降低50%,總碳氫化合物非甲烷總烴排放限制下降50%,氮氧化物排放下降42%。

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現在看應該已經足夠明顯了,國六的要求主要更多的是針對各種有害物的,但翻閱各種資料,並沒有任何資料顯示三缸發動機能夠降低這種有害物的排放,為了應付國六而退出三缸機的問題也同樣不存在。

專坑中國人?現在為什麼越來越多車用三缸發動機?

三缸發動機的推廣,要應付的是國家對油耗的要求,“到2020年,企業平均油耗要降低到5.0L/100km”。在國內,消費者逐漸對SUV產生了購買熱情,在SUV排量較難降低的情況下,只能靠小排量轎車來拉低企業平均油耗水平,這才是企業推廣三缸發動機的原因!

限於篇幅,本文到此結束,下一期我們將分析市面上能買到的三缸發動機哪個靠譜哪個不靠譜,敬請關注!


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