在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

說心裡話,現在的車用內燃機發展方向並不是車轍君所期望的。

大排量自然吸氣發動機在小排量渦輪增壓發動機的衝擊下已經日漸式微,而小排量渦輪增壓發動機縱使有著不錯的賬面動力輸出,但是那種大排量自然吸氣發動機的從容感自然是沒有的。

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

不過,不管車轍君喜歡還是不喜歡,小排量渦輪增壓發動機的未來已經放在這裡,而發動機的小型化和渦輪增壓化在日漸嚴苛的全球排放法規限制下,已經是大勢所趨。而這個點,就是2020年。不管是廠商,還是消費者,也不論你願不願意接受,這一點已經不可逆轉。

以我國的CAFC法規為例,到2020年,車企的實際燃油消耗值就要看齊理論燃油消耗值,達到百公里5L。而在2018年到2020年之間,二者的比值也降低到了120%。

受此影響,我們在2018年到來之前就見到了國產的普拉多閹割了全時四驅系統,並且增加了啟停系統來降低油耗。在此前的文章裡,車轍君對此有過非常詳細的分析(傳送門:《車迷炸鍋,普拉多為什麼要閹割掉全時四驅?》)。

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

從內燃機發展的路線上來看,在經歷了一輪四缸發動機的渦輪增壓化之後,不知道大家有沒有發現這樣的一種情況:三缸渦輪增壓發動機開始逐漸有抬頭的趨勢。

比如說,福特此前推出的1.0L EcoBoost三缸發動機就屢獲大獎,而且這臺1.0L EcoBoost三缸發動機也開始逐漸在福特旗下的車型中普及起來。隨後,大眾、通用、本田、PSA、寶馬也都紛紛推出了自己的小排量三缸渦輪增壓動力。排量也不再侷限於1.0L,先後出現了PSA的1.2L、通用的1.3L甚至是寶馬的1.5L。可以這樣講,小排量渦輪增壓發動機的三缸化,正在席捲全球。

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

對於大多數消費者而言,三缸發動機留給我們的印象應該還是十幾年前甚至是幾十年前三缸夏利的表現——抖動、易開鍋、動力不足等等問題都是我們不太喜歡它的主要原因。所以在四缸發動機的時代裡,傳統的自然吸氣三缸發動機就被迅速的淘汰。

那麼,在渦輪增壓的時代,三缸發動機怎麼又抬頭了呢?尤其是渦輪增壓和三缸這兩個單獨來看都會造成車輛震動增加的元素在合二為一之後怎麼會負負得正了呢?

這事得從渦輪增壓的原理說起。

渦輪增壓發動機的結構簡單點說,就是通過廢氣帶動渦輪增壓器的壓氣機旋轉,而壓氣機又帶動在進氣位置的渦輪機旋轉,實現對進氣量的增壓。由於有了額外的這一層增壓作用,所以渦輪增壓發動機的輸出特性也是有別於傳統的自然吸氣發動機的。

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

通過對比傳統的自然吸氣發動機和渦輪增壓發動機的發動機曲線圖可以發現這樣的現象。渦輪增壓發動機的最大輸出功率以及最大輸出扭矩區間往往會出現在發動機相對較低的負荷和低轉速的區域。而這一區域又正好是車輛在日常使用過程中,尤其是在城市通勤路況下最經常出現的工況。

比如說這裡車轍君找到了一張上汽通用新一代1.0L EcoTec三缸發動機和其取代的1.5L自然吸氣發動機動力輸出曲線的對比。

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

從曲線上就可以很明顯的看到1.0L EcoTec三缸發動機的特性。

在相對較低的轉速下,小排量渦輪增壓發動機就可以提供一個充足的動力表現來滿足車輛的動力性需求。而這種集中在低負荷和低轉速輸出動力的特性也恰好符合了目前各大測試規程,尤其是歐洲的NEDC循環工況下的低負荷測試標準。

所以,渦輪增壓技術在過去的十幾年時間裡在歐洲車上發揚光大是有原因的。一旦進入到高負荷的工況下,渦輪增壓發動機的經濟性和環保性能往往會遇到大幅衰減。這是後話,我們可以在以後的推送中講到。這裡只需要記住一個點,就是小排量的渦輪增壓發動機是可以提升在日常駕駛過程中的經濟性需求的。

那麼,為什麼三缸發動機竟然在逐步成為了主流了呢?

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

於是,我們要從發動機的工作原理說起了。

四衝程發動機的一個工作循環是曲軸旋轉兩圈,也就是720度,完成進氣、壓縮、作功以及排氣四個衝程。

在前面已經講過,渦輪增壓原理則是通過排氣衝程中排出來的廢氣推動壓氣機,再由壓氣機帶動渦輪機實現對進氣量的增壓。所以,這就必然涉及到一個排氣脈衝的問題,也就是說,什麼時候能有廢氣來推動渦輪增壓器工作的問題,畢竟,廢氣不是隨時都有的。而最理想的狀態就是廢氣可以保持在一個不變的流量情況下不斷的為發動機提供增壓。

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

在考慮進氣門提前打開和排氣門滯後關閉的情況下,一個排氣脈衝應該是180度的曲軸轉角。但是,正常的發動機比如要有一個進氣門提前打開和排氣門滯後關閉的情況以保證發動機氣缸內燃氣不相互干擾,這個過程的正式叫法為氣門正時。一般來說,進排氣門的正時總共加起來有個60度左右。那麼,也就是說,一個排氣脈衝大概是在240度曲軸轉角左右。

有了這個基礎,那麼,單個氣缸的排氣脈衝需要的240度曲軸轉角在乘以三個氣缸之後是多少度呢?是不是正好就是發動機一個工作循環曲軸旋轉的720度。

這也就意味著,三缸的渦輪增壓發動機可以做到理想狀態下的廢氣持續不斷的提供的。至於四缸渦輪增壓發動機,還會出現那麼點排氣重疊的問題,也就是說,在某個時候,廢氣會多一些。一旦出現排氣重疊,發動機就會有進氣壓力的波動。

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

三缸發動機反而不會出現這樣的現象,扭矩輸出會更加的平穩,車輛的震動自然也就有了一個較好的控制。

所以進一步來看,我們看到很多的V6渦輪增壓發動機也都採用的是雙渦輪增壓技術就是這個原理,一個增壓器負責一排氣缸,讓廢氣可以源源不斷的為渦輪增壓器提供動力。

再加上現在的平衡軸技術等等的運用,小排量三缸渦輪增壓發動機的平順性,已經要比自然吸氣時代好上很多了。更何況,直噴技術的運用也降低了渦輪增壓動力趨向於爆震的趨勢,使得渦輪增壓發動機震動較大的問題得到了很好的改善。也就是說,現在的三缸發動機抖動、動力不足、容易開鍋等等這些問題已經基本不存在了。

在發動機小型化的道路上,三缸渦輪增壓發動機怎麼越來越多?

所以,在這幾方面的原因作用下,我們看到的情況是,三缸的小排量渦輪增壓發動機正在昂首闊步的邁向未來,不管你喜歡還是不喜歡,反正,它就在這裡,並且會在未來成為一個你沒法去迴避的動力選擇。


分享到:


相關文章: