寶馬、大衆、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

歷數近60年的汽車發展史,大家不難看到,從V8到V6、再從V6到L4、到小排量三缸機,燃油發動機總體是沿排量逐步降低的趨勢發展,業內有個詞彙稱之為Downsize。

在日本市場,有一種搭載小排量三缸機的K-Car流行多年;不僅如此,在歐洲市場,奧迪、寶馬、大眾、豐田、福特等20多個品牌也已推出三缸機車型;另據悉,在一向不缺油的北美市場,寶馬、豐田等品牌將在未來5年推出三缸機車型。回到國內,目前已推出的三缸機車品牌超過20個,包括別克、PSA、福特、寶馬,及上汽、長安、吉利等品牌也加入三缸機車陣營。

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

那為什麼燃油發動機發展至今,其排量會越來越小、缸數也在減少呢?

答案在於排放法規、燃油量限制加嚴,促使燃油發動機缸數作出改變;與此同時,增壓小型化、單缸效率提升、摩擦功改善、輕量化技術、尺寸緊湊優化等技術的突破,讓燃油發動機的Downsize變得可能。

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

排放法規約束大排量燃油發動機,推動車企開發應用各種節能減排技術,小排量三缸機是其一。

關於全球石油還能用多少年的話題由來已久,但引導車企甘心開發應用各種節能減排技術的,也是逐步加嚴的排放法規、油耗限值。美國在1961年開始強制執行排放控制,目的是解決空氣汙染問題,隨後逐年細化、加嚴;歐洲從1992年起開始實施歐Ⅰ,到2014年開始實施Ⅵ,逐年加嚴標準。

目前中國多數區域執行國Ⅴ,部分地區已試點國Ⅵ;不僅如此,中國在2017年9月28日推出了雙積分政策,即《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分並行管理辦法》,提出了燃油消耗量的規定。基於此,要求車企必須按要求生產銷售達標車型,否則要麼付出額外的補償資金、要麼不得生產相關車型;這可是關乎車企生死存亡的問題。

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

無論是應對排放法規,還是雙積分政策,在現有的燃油發動機熱效率難以明顯突破的情況下,未來如何進一步降低燃油車的排放,或是開發新能源車型,已成為所有車企未來的主要發展課題。於是,繼渦輪增壓之後,以三缸為代表的發動機“小型化”、“合理精簡”成為內燃機發展的新趨勢。此外,少燒油或者不燒油的插電混動、純電動車也受車企追捧。

從目前的消費環境來看,大面積的推廣插電混動、尤其是純電動車,仍然存在不少壁壘(此處不贅述)。所以,眾多車企就將重心放在了帶渦輪增壓的小排量三缸機上。目前主要有1.0T、1.2T、1.3T、1.5T等小排量三缸機,來自福特、通用、雪鐵龍、寶馬等。

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

在符合排放法規和雙積分政策同時,三缸機能滿足消費者的需求嗎?

無論從全球都在倡導節能減排的大背景,還是從車企需要生存發展的訴求講,推廣三缸機都有著十足的理由。但燃油發動機技術的應用能否成功,仍然在很大程度上取決於消費者接受與否。

前面講到,三缸機在歐洲、日本已被接受。那如今的小排量三缸機能否滿足國內消費者的需求呢?

應該來講,討論燃油發動機Downsize的前提,是節能減排。就算多數消費者習慣了直列四缸燃油發動機,但這都不能改變相同排量下,小排量三缸發動機更為省油的事實,尤其在1.0-1.5L的小排量領域,三缸更有著很多四缸不具備的優勢。根據經驗,有個影響燃油發動機效率的指標叫做平均有效壓力mep,單缸工作容積過大過小都會讓mep降低,進而降低燃燒效率。業內多次試驗論證表明,當單缸工作容積在0.33-0.5L時是最佳選擇。基於單缸燃燒效率最優設計,車企就更傾向於在1.0-1.5L排量內開發三缸機了。

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

而因天生的進排氣工作循環,三缸機比同排量的四缸發動機有更少的渦輪遲滯、進而動力響應更好。另外,因缸數少於四缸發動機,同排量下三缸發動機的單缸容積更大、低轉速下動力反而更好;並且,缸數少機械摩擦就少,比如別克新一代Ecotec三缸機就比四缸機降低10-15%摩擦功,熱效率自然提升,節油也是有原因的。更重要的是,目前的三缸發動機的動力性能也絲毫不弱於相當排量的直列四缸發動機。

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

顯然,這就是車企在滿足排放法規和雙積分政策同時,迎合消費者需求的表現。而能做到這一點,車企的努力也不少。在這一方面,福特1.0T三缸發動機採用了缸內直噴、雙VVT等技術,以提升動力性能;別克Ecotec 1.0T發動機則採用了獨創的單缸雙噴射燃燒系統DPI,匹配高滾流氣道+中置大角度60度全程可變正時技術,縮短油路長度,加大機油流量,提高相位器響應速度,實現快速高效的燃燒。此外,它還採用電子執行器渦輪增壓器+低慣量渦輪增壓技術,可以提高增壓器瞬態響應(快0.8s),從而提升低速扭矩。

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

可以說,單論動力性能看,如今的三缸機並不弱於相當排量的直列四缸發動機,甚至更強。儘管如此,目前國內對三缸機有異議的人也有,主要認為三缸機振動偏大、並對耐用性和壽命存疑。其實,這種擔心可能是多餘的,車企不可能搬起石頭砸自己的腳。

由於三缸機旋轉慣性力帶來的力矩不平衡,其產生的一階慣性力矩亦不平衡,這是造成消費者所述振動的主要來源。但這並不是不能解決的問題,首先配重可以消除旋轉慣性力矩。在這方面,如今的三缸發動機,都通過不同手段很好的抑制了抖動問題,例如別克Ecotec系列發動機採用輕量化結構和高性能材料降低基礎不平衡量;此外,還應用帶減振橡膠齒輪的平衡軸系統、帶鐘擺式的雙質量飛輪、整車匹配等12項靜音減振技術和8項整車靜音技術。從實際駕駛體驗來看,尤其坐在車內,整體的感知和四缸發動機幾乎沒有什麼區別。同樣的為了解決振動問題,福特1.0T三缸發動機則在飛輪與皮帶輪上採用“不平衡”設計,通過將飛輪設計成偏心式實現發動機的動平衡。至於寶馬、雪鐵龍、本田等,也採用了相應的減振技術,要知道車企怎麼會放任普通消費者都能發現的問題呢?

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

至於針對三缸機的耐用性和壽命擔憂,這基本也可以算作是揣測。而且這也不是三缸發動機獨有的問題,四缸或六缸同樣存在,關鍵在於應用怎樣的技術去改善,實際上無論耐用性還是可靠性,和缸數的多少並沒有實際關係。只要設計良好、使用得當,三缸機的耐用性和壽命也不輸於直列四缸機。事實上,別克的Ecotec系列小排量三缸發動機就經過了充分驗證,比如,發動機和整車耐久測試的總里程接近600萬公里。要知道,沒有一家車企願意因發動機這種關重件的問題而自損招牌。

另外,還有人認為車企推廣三缸機是因為要降成本。如果稍微懂點發動機常識,你會看到要確保前面提到的動力性能、減振效果、耐用性和壽命,車企付出的成本絕不會低,這只不過是車企在滿足法規和消費需求之間要做出的選擇罷了。據悉,前述的別克1.0T Ecotec發動機較相當排量主流自然吸氣發動機的成本要高出40%。包括福特、寶馬等廠商,在投入研發三缸發動機的過程中,無論新技術的應用,還是各項測試,都不會比生產四缸發動機的成本低。

寶馬、大眾、福特都在玩小排量?探索發動機的未來趨勢

還有一點要說明的是,體積更小、更節油的三缸機還為插電混動車提供了絕佳的動力基礎,在最終要走向新能源的道路上,可以說車企又多了一個選擇三缸機的理由。所以,車企有什麼理由不推廣三缸機,你為何要拒絕“少,能給你更多”而默守陳規呢?除非,你還想回到從前。



分享到:


相關文章: