专坑中国人?现在为什么越来越多车用三缸发动机?

这期为什么要讲三缸发动机呢?因为当前舆论几乎一面倒的唱衰三缸机,消费者也用脚投票进行了回应,以至于今年初,别克英朗因为换了三缸机后销量一度下滑超30%。

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可另一方面,三缸机的车型越来越多,这说明三缸机对于车厂来说,有必须上马的充分理由,那理由是什么呢?

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▲已在售的部分三缸发动机机

要回答这些问题,需要对三缸发动机有一个公正的分析,这种“存在即合理”的发动机,它究竟有什么优缺点?


先说三缸发动机的固有缺陷

三缸发动机神憎鬼厌必然有其原因,被人吐槽最多的,是它的振动和噪音。

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▲1990采用1.0L三缸发动机的夏利轿车


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《上海汽车》对三缸机抖动原理的物理解释

三缸机的噪音及振动是其结构原理导致的活塞往复惯性力矩及旋转惯性力矩的不平衡造成的(*力学分析和公式的推导过程比较生涩,感兴趣的朋友可以参考《上海汽车》2017年05期的介绍),这一点在早期的三缸发动机上尤甚!国人对三缸发动机的恶劣记忆也源于老式三缸发动机的糟糕表现。

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在没有对平衡块进行优化设计时,三缸发动机全负荷工作的情况下,在各个转速下可以导致三缸发动机相比四缸发动机,在噪声上有3-6dB的差距。


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振动都是相对而言的,三缸机一般与同排量的四缸机进行比较,它主要的问题在于往复惯性力矩的不平衡

(旋转力矩的不平衡可以通过添加平衡块进行平衡);更进一步的,由于相同发动机转速下,三缸机点火频率比四缸发动机要低,因此带来的扭矩波动也将进一步加剧整个输出链的振动。

这就是为什么我们说三缸发动机天生就有振动和噪音问题,及解决NVH问题比较麻烦的原因。


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此外,三缸发动机为了抑制抖动所做的一些措施,可能会影响油耗及油门响应,这一点显然是伴随着抖动这个原罪而衍生出来的,在内燃机没有革命性技术突破的情况下,这种伴生性质的缺陷还会延续下去。当然车企可能为了成本、可靠性等因素,阉割部分抑制抖动的技术以获得整体平衡,这也是不同型号的三缸机抖动抑制效果不一样的其中一个原因。


三缸发动机真的一无是处么?

我们所说的三缸发动机的缺点都是以四缸发动机为参考标准的,那三缸发动机与四缸发动机相比真的一点优势都没有么?若是如此,车企应该会抵制三缸发动机的研发,可实际情况正好相反,从发展趋势来看,三缸发动机恐怕会越来越普及。那三缸发动机又有何过人之处呢?

更适应小排量发展趋势


三缸发动机虽然天生有缺陷,但也有天生的优点,那就是它更适应内燃机的小排量发展趋势。


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随着发动机综合效率的提升,欧美车企在2010年逐渐确立发动机小型化+涡轮增压的发展方向,随着发动机排量的减小,缸径也在不断的缩小,这就造成了一个问题——缸径不能无止境的缩小;要满足消费者燃油经济性、动力性的消费需求又要满足排量税法规的要求,就只能将缸径维持在300cc-500cc的区间内。三缸发动机显然更适合这样的发展趋势,同排量下,缸径能尽可能的做大。

体积更紧凑


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这一点很好理解,三缸机由于少了个气缸,与此配套的气门,凸轮,活塞连杆机构都少了一套,整体上发动机减重不少。PSA的1.2THP发动机比其1.6L自然吸气的发动机轻了至少13Kg。并且由于少了一个气缸,发动机也更容易做得更紧凑。

油耗更低


有很多人吐槽三缸发动机油耗表现并不好,但影响具体车型油耗的变量实在太多,譬如发动机与变速箱的匹配,动力总成的调校,都会对油耗产生影响。

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但从车企给出的数据看,同技术条件下,三缸发动机的燃效要更高。另一方面,由于减少了一个缸,因此占整机摩擦功大部分的曲柄连杆机构以及阀系等系统的机械摩擦损失可以显著降低,从而降低燃油消耗。

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同时,为了提升三缸发动机的性能,一些车企还在发动机上应用了大量先进技术,包括引入双喷设计,利用超高性能球铁、粉末冶金以及铝合金缸体等材料制造发动机,在缸内喷涂技术方面,采用包括硬度相当于不锈钢十倍的无氢类金刚石涂层和碳纤维高聚物涂层技术等。这些技术实现了发动机摩擦功和整机重量的显著下降,令发动机燃油经济性获得提升。

这是否与前面提及的它的缺陷相悖呢?这其实是系统整体和具体变量影响因素之间,角度的不同造成的。实际的油耗水平我们刚已经说明,变量太多,是一个系统整合的博弈结果。


更容易做到小排量高性能


由于单缸排量在一定范围内越大越容易达到较高的热效率,因此,正如我们第一点所说,在排量小到一定程度的情况下,四缸发动机已经很难做到更高的综合效率了。

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对比一下同技术条件下,就能充分验证这个说法,1.2T的四缸发动机与Ecotec 1.0T发动机相比,关键参数“最大功率”已经毫无优势可言。


对三缸机的误解


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由于三缸发动机技术在目前来说认知成本有点高,并且随着技术的发展,信息更新不及时也会产生一些误会,因此不少媒体对其理解有一定的偏差,但其实三缸发动机并非“洪水猛兽”。

三缸机是车企缩减成本的产物


其实上文的一些细节已经可以推翻这个误解,车企特别是通用大力发展和推广三缸发动机的最主要原因还是顺应发动机体积小型化的发展方向,而小型化的推动力是全球日益严苛的排量法。

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▲福特EcoBoost 1.0T三缸发动机

而为了平衡三缸发动机的固有缺陷,车企在三缸发动机上并没有少下功夫,双质量飞轮、平衡轴已经不算罕见,更有双喷射、缸壁特殊耐磨层、低惯量涡轮等技术加持,所以三缸发动机的成本并不低,能够缩减成本这个说法在数年内都不可能成立。


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也正是因为应用了很多新技术,近年来三缸机在国际发动机大奖上出镜率非常高,今年六月份的国际发动机大奖中:1.5L系列头两名全是三缸机;1.0L-1.4L系列最佳发动机是PSA的1.2T三缸机,这已经是该款发动机连续四年夺冠了;1.0L及以下全是三缸机,比如福特的1.0T EcoBoost。

三缸机是车企用来坑国人的


身处的环境不一样感受自然不一样,网络上不少观点认为三缸发动机是车企强加给自己的,国外市场就用良心的四缸发动机。

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这个观点很显然站不住脚,在车市逐渐转向低迷,竞争日益激烈的当下,车企讨好消费者还来不及,且市面上并非没有搭载四缸发动机的竞争车型可选,强加是不可能强加的。而专坑国人也非常无厘头,在日本,三缸发动机上世纪六十年代就在K-Car上应用,且现在越来越普及。


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而欧美由于更早的将发动机发展确定在缩小体积+涡轮增压这条路线上,因此开发了多款优秀三缸发动机,PSA目前正加速从中国向欧洲出口1.2THP发动机,三缸发动机即便是坑人,也不是只坑咱们。

强推三缸是为了应付国六


先来看看国六相对国五有什么变化,直接引用媒体现成的介绍。

相比国五油品,国六汽/柴油重点降低了车用汽油的烯烃、芳烃、苯等含量;降低了车用柴油指标中多环芳烃含量,并增加总污染物含量的量化指标要求。数据显示,相比较国五标准汽/柴油,国六油品一氧化碳排放量降低50%,总碳氢化合物非甲烷总烃排放限制下降50%,氮氧化物排放下降42%。

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现在看应该已经足够明显了,国六的要求主要更多的是针对各种有害物的,但翻阅各种资料,并没有任何资料显示三缸发动机能够降低这种有害物的排放,为了应付国六而退出三缸机的问题也同样不存在。

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三缸发动机的推广,要应付的是国家对油耗的要求,“到2020年,企业平均油耗要降低到5.0L/100km”。在国内,消费者逐渐对SUV产生了购买热情,在SUV排量较难降低的情况下,只能靠小排量轿车来拉低企业平均油耗水平,这才是企业推广三缸发动机的原因!

限于篇幅,本文到此结束,下一期我们将分析市面上能买到的三缸发动机哪个靠谱哪个不靠谱,敬请关注!


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