了解這些原理,你就會明白三缸發動機爲何會從被淘汰到大勢所趨

提起三缸發動機,上點年紀的車主很容易聯想到夏利、奧拓等經典車型,更是將它與“振動、噪聲”這樣的字眼聯繫在一起,所以早就被淘汰了。那麼,為什麼三缸發動機就一定與“振動、噪聲”分不開呢?這還得從發動機的工作原理說起。

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我們知道發動機一般都是“四衝程”,所謂的四衝程,也就是說每個氣缸在工作時會有“進氣、壓縮、做功、排氣”這四個行程,每個行程對應曲軸轉動180°,4個衝程加起來就是720°,也就是兩圈,這是每個氣缸的工作週期。而工作週期中,只有半圈也就是180°發動機是做功狀態,其餘一圈半(540°)基本都是靠著慣性在轉動,勢必會影響動力的持續性和舒適性。就好像我們騎自行車時只有一個腳可以使勁,而且每蹬一次中間還得休息一圈,然後再蹬一次,這樣跑起來肯定很不舒服,而採用單缸發動機的摩托車看上去也非常吵鬧。

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解決這一問題的方法很簡單——增加發動機的缸數,最基本的當然是4缸發動機。既然每個氣缸的工作週期是720°,而做功行程是180°,只要有4個做功衝程就能填滿這720°的週期。所以就需要4個氣缸,4個氣缸依次工作,就可以保證曲軸時刻都有動力來源,動力得以持續穩定輸出。而且,對稱的活塞運動也能夠抵消掉自身運轉所帶來的振動,舒適性也得以保證。

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對於三缸發動機而言,在720°的工作週期中,三個氣缸的做功過程只是佔用了540°,還有180°的空當沒有做功,勢必造成動力的短暫缺失,而且並不對稱的活塞運動也會導致振動的提升。所以三缸發動機的“振動、噪聲”才會非常突出,而且動力性能也相對較差,才會被逐漸淘汰。

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當然,4缸只是最基本的配備,超過4缸的話,動力性輸出會更密集,舒適性也會越高,而且為了抵消活塞往復運動帶來的振動,氣缸數量一般也都採用偶數,這也說明了為什麼一些豪華車型都喜歡V6、V8甚至V12發動機。不過,氣缸多、排量大也就意味著油耗和排放都會更高,這在節能環保問題還不是很突出的時候完全沒有問題。現在當然不行,無論是油耗,還是排放,各國政府都在越來越嚴苛地實行著新的標準。

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拿我們國家為例,各大汽車廠商要在2020年實現平均5.0L/100km以下的油耗水平,2025年甚至要達到4.0L/100km以下,這就要求更多的小排量發動機被應用。對於中小型汽車來說,隨著發動機技術的發展,小排量發動機完全可以勝任。對於一些中大型車,小排量發動機顯然並不能滿足動力的需求,混合動力和增程式將會成為現階段最佳解決方案。

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而且從2019年開始,我國還要實行新能源汽車積分制,每個車企每年必須達到規定的積分要求,即生產銷售或者進口必需數量的新能源汽車以達到相應積分,這個積分會逐年遞增,混合動力和增程式汽車也成為現階段最佳的解決方案。所以,“小排量+電動系統”會成為混合動力車型的最佳選擇,而對於增程式車型,因為發動機只是作為發電所用,小排量完全可以滿足需求。

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我們所指的小排量,一般指1.0~1.5L之間。而研究證明,發動機單氣缸的容積並不是越大越好,也不是越小越好,最好是在0.33~0.5L,這個時候發動機的熱效率和壓縮比都是最高的,所以對於1.0~1.5L排量的發動機而言,三缸的設置更為合理。

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不過文章開頭也講到了三缸發動機的缺點——“動力差、振動大、噪聲高”。而隨著汽車技術的發展,這些問題早已被攻克,隨著發動機熱效率的不斷提升,以及結構的不斷優化,小排量三缸發動機在單缸熱效率上更加突出,其甚至表現出強於4缸發動機的特性。

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以上汽通用的ECOTEC 1.0T三缸發動機為例。首先說動力性能,其最大功率已經達到92kW,最大扭矩達170N·m,全面超越目前市場上主流的1.6L自然吸氣發動機。再來看看振動和噪聲,其採用了無聲平衡軸系統、鐘擺式雙質量飛輪、靜音正時鏈條等多達12項技術應用,有效降低了噪聲和振動,比1.5L自吸發動機的噪聲和振動還要低。關鍵的是油耗,裝備了這款發動機的英朗,綜合油耗僅為5.1L/100km,已經基本達到我國2020年的油耗要求。

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除了通用,豐田、寶馬、福特、日產、標誌雪鐵龍以及沃爾沃等廠商也都已經發布自己的小排量三缸發動機,而且未來三缸發動機車型的比重也會越來越大。所以,從某種角度看,汽車發展史就是一部發動機缸數不斷減少的歷史,從12缸到8缸,再到6缸和4缸,一直到現在的3缸,三缸小排量發動機已經是大勢所趨。


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