小排量成趨勢,爲什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

發動機小型化、渦輪化的設計已經為成為了行業趨勢,而且越來越多的車企在小排量發動機上加入到了三缸機的行列,比如寶馬、通用、福特、沃爾沃、大眾、PSA等等,小排量發動機目前主要是指1.0L~1.5L。而這些小排量三缸機都在逐漸的替代原車型的四缸機,比如通用逐漸在用1.0T、1.3T的三缸機取代原車型的四缸1.5L、1.4T的發動機;寶馬在用三缸的1.5T取代原來的四缸1.6T;PSA在用三缸的1.2T取代四缸1.6L;大眾在歐洲也是用三缸的1.0T逐步取代四缸的1.5L、1.6L。

這不禁讓我們會問,為什麼各大主機廠要在小排量發動機上舍棄四缸做三缸?小排量三缸機真的可以取代四缸機嗎?

小排量三缸相比四缸在輕量化、尺寸、缸徑比方面優勢明顯

目前各大主機廠在小排量發動機上舍棄四缸做三缸,主要有三方面的原因。一是汽車都在朝著輕量化設計的方向發展,發動機作為“重量級”系統也有輕量化的設計需求,三缸機相比四缸機在缸體、噴油、排氣、曲柄連槓等結構上輕量化的優勢明顯。

小排量成趨勢,為什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

二是三缸機還有整體尺寸上的優勢,在汽車智能化、混合動力化的今天,機艙的空間“寸土寸金”,發動機尺寸的小型化,有利於機艙的空間佈置和車身碰撞安全(碰撞後發動機向乘員艙的侵入量小)的設計。

我們把2000年以後生產的發動機做一個統計的話,會明顯的發現:基於機艙的佈置空間需求,大排量機型是通過提高氣缸數量儘量讓每個氣缸的容積不至於太大,並且採用V型等等佈置可以最大化的利用空間;小排量機型考慮到各方面平衡等原因,儘可能使用更少的氣缸數目。

小排量成趨勢,為什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

2000年以後開發的發動機排量和缸徑統計

三是為了保證發動機的燃燒熱效率和功率能保持在一個有競爭力的水平,發動機單缸的缸徑設計有著一個最優範圍,一般都保持在0.35L~0.6L之間。這一點那我們可以看看2000年以後生產的全球發動機缸徑和排量統計表(日系K-CAR發動機和北美部分大排量自吸發動機除外),以及一直以發動機高效率著稱的豐田和近年一直在推廣發動機模塊化生產的寶馬的統計,會發現他們的發動機單缸缸徑設計基本也是符合這個理論。另外汽車行業的另一個巨頭通用的發動機單缸容積也與之相近。通用引入到國內的Ecotec系列發動機目前排量範圍為1.0L~2.4L,包含約7種排量的多種機型,單缸容積在0.33~0.6L之間波動。

小排量成趨勢,為什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

寶馬發動機單槓容積的分佈圖

小排量成趨勢,為什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

豐田發動機單槓容積的分佈圖

太大和太小的單缸缸徑都不利於讓發動機設計出長行程的缸徑比和麵容比,從而無法讓發動機的燃油經濟性、扭矩和功率達到最佳的平衡。所以1.0L、1.2L、1.3L這些小排量的發動機從單缸缸徑的設計上來說,更適合選用三缸而非四缸。這一點我們看PSA的1.2T三缸在功率和扭矩上都可以吊打大眾和豐田的1.2T四缸機就可以發現,而1.5L則是三缸和四缸皆宜,取決於企業的開發策略。

當然,發動機輕量化和最優缸徑比的設計最終都可以體現在燃油經濟性上,這也是企業去開發小排量三缸機的動力之一。

在全球來看,三缸機的使用已經非常普遍,大眾、PSA、通用(歐寶)、寶馬等車企較早就已經在歐洲推出了小排量三缸機型;本田在日本甚至推出過0.66L的三缸機搭載在S660這類K-car之上;豐田1.0L三缸四次獲得年度最佳1.0L以下發動機稱號,並配備在多款車型,有消息稱豐田下一代卡羅拉以及TNGA平臺的多款車型都會採用1.5T的三缸機。三缸機受限於早期國內消費者對其的認知以及接受程度不高,所以只是近兩年才陸續被引入到國內。

三缸機在動力、油耗、NVH上實際表現如何?

相比於小排量四缸機,三缸發動機雖然有著輕量化、尺寸小型化、易於設計最優缸徑比的優點,但是對於消費者來說更關注的是三缸機的功率和扭矩是否能滿足動力需求、油耗是否經濟、NVH是否能達到舒適性的要求?

關於三缸機的動力問題,我們可以拿目前幾款主流的熱銷小排量車型發動機做一組參數對比,就可以很直觀的獲取關於三缸機動力問題的答案。

小排量成趨勢,為什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

通過對比會發現,不管是1.0T、1.2T或是1.3T的三缸機,在發動機的功率和扭矩上,都要強於目前主流的1.5L、1.6L的四缸機,所以單就發動機的動力來說,三缸機在功率和扭矩的表現上完全可以取代目前主流1.5L、1.6L的自吸四缸機。

另外我們注意到PSA的1.2T三缸發動機相比大眾和豐田的1.2T四缸發動機無論在功率和扭矩上都表現出了優勢。而通用的小排量三缸機在與四缸競品對比時,最大功率和扭矩上也表現出了很大優勢,1.0T的發動機最大功率已經要優於大眾和豐田1.2T的四缸發動機,達到了92kW,也高於四缸的1.6L發動機;1.3T的最大功率已經達到了120kW,比大眾那臺著名的EA2111.4T四缸機還要高10 kW,要知道大眾這臺EA211的1.4T四缸從以操控著稱的高爾夫到B級轎車的常青樹帕薩特都能駕馭,可見它的動力性覆蓋的範圍之廣。通用這臺1.3T的三缸機功率卻能勝過它,而且扭矩只是小了20N·m,側面說明了通用這臺1.3T三缸機在動力性上完全可以駕馭B級以下的大多數車型。這可能就是通用敢於將旗下入門級車型的動力總成換成這兩款發動機的原因之一。

在燃油經濟性上,小排量渦輪增壓三缸機由於整體重量小、排量小、有著最優設計的缸徑比,所以在燃油經濟性上同樣表現優異,我們可以來看一組同車型不同發動機排量的油耗對比。

小排量成趨勢,為什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

通過對比可以發現,這幾款小排量三缸機在燃油經濟性上相比1.5L、1.6L自吸四缸機都有不小的優勢。而且像別克英朗搭載的這款1.0T的發動機搭載在緊湊級車型上的油耗表現,已經很接近於第四階段油耗限值5.0L/100km的水平,並且是不依賴任何混動技術實現的,這樣的搭載策略或許會讓其他企業都開始效仿,導致1.0T的三缸發動機在這兩三年出現一次井噴的趨勢。

在NVH方面,三缸機的做功是每120°完成一次,相比四缸機會有著先天的動平衡劣勢。但是這並不意味著發動機的震動就會傳遞到乘員艙內去。在抑制震動的方式上有很多種,首先是降低發動機本身的震動,通過在曲軸增加配重塊、採用雙質量飛輪等等。其次是隔絕發動機的震動向車體傳遞的路徑,比如通過調整發動機懸置橡膠的阻尼,來吸收和隔絕震動向車體和底盤副車架的傳遞等。所以這就是為什麼在駕駛英朗三缸車型的時候不會感覺到跟四缸發動機有什麼明顯的NVH差別。而且對比前後兩代英朗的車內噪音也能發現,搭載三缸機的英朗噪音控制與四缸機的幾乎相當。

小排量成趨勢,為什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

在試駕別克GL6的1.3T車型時,曾經做過一個小實驗。我們將一瓶礦泉水放在發動機上,瓶子內的水很看的出明顯晃動,但是我們將一枚硬幣放在前段模塊(散熱水箱上部)上,卻能平穩的立住。這個小實驗可以充分說明像通用這類技術實力深厚的企業,在抑制發動機震動傳遞上已經做得非常出色了。當然不是說三缸機本體震動就一定比較大,實際四缸機一樣也有震動,關鍵看使用什麼手段去抑制震動。

在動力性能、燃油經濟性方面,小排量三缸機表現出了足夠大的優勢,NVH也滿足舒適性的要求。這就是為什麼目前車企捨棄四缸做三缸小排量發動機的最主要原因。歷史總是驚人的相似,隨著市場對於三缸機的認知逐漸提高,越來越多的消費者會接受三缸目前的各種優點,就像當初V6逐漸被4缸取代一樣。

小排量成趨勢,為什麼這些車企捨棄四缸做三缸?

綜述:小排量三缸相比四缸有著諸多優勢,取代四缸已經是大勢所趨。更何況小排量三缸機在燃油經濟性方面優勢明顯,隨著第四階段、第五階段油耗限值的臨近,或者我們會看到越來越多的小排量三缸機搭配48V弱混或者插混系統的出現。


分享到:


相關文章: