03.03 三缸發動機對比四缸發動機有什麼優勢?

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最近,2018國際十佳發動機獲獎名單公佈,其中1.5L及以下排量的獲獎發動機均為三缸發動機。小排量四缸發動機逐漸被三缸發動機替代,本質上其實是發動機技術的迭代升級。我們可以看到,新一代小排量三缸渦輪增壓發動機,排量集中在1.0L~1.5L區間,燃油消耗量和廢氣排放都更低,但卻能達到過去1.6L~2.5L四缸自然吸氣發動機才能達到的動力輸出水準。概括地說,新一代的三缸發動機相比四缸發動機動力更強,油耗卻更低。

那麼三缸發動機是如何做到的呢?它有哪些技術優勢和結構優勢?

從結構上說,三缸發動機相比四缸機減少一個氣缸,相應減少的還有一個氣缸的點火系統、供油系統、連桿和曲軸、凸輪軸對應部分,由於物理結構的變化,三缸發動機結構相比四缸發動機更簡單一些,也因此與四缸機工作狀態有一定不同。發動機在工作過程中,各零部件之間會產生機械摩擦,這樣會損耗一部分能量,三缸發動機減少了一個缸體結構,也就相當於減少了一部分機械摩擦帶來的能量損失。同等排量下,燃燒空間更集中的三缸發動機效率自然要比四缸發動機高,原因就在這裡。



此外,相比於四缸發動機四個氣缸接力式地連續排氣,三缸發動機各個氣缸在排氣時有一定的間隔時間,這便使得三缸發動機各個氣缸的排氣干涉更少。這樣各個氣缸產生的連續脈衝氣流撞上渦輪葉片後可以產生持續加速效果,所以三缸發動機的渦輪遲滯要小一些。部分三缸發動機裝配小慣量渦輪,這使得渦輪遲滯幾乎可以忽略不計,這樣的發動機在城市路況下動力體驗非常好,響應快而且輸出平穩。



從實際結果來看,三缸發動機的重量較輕、體積較小,在燃油經濟性上有著先天優勢。1.0T的三缸渦輪增壓發動機可以爆發出比1.6L甚至1.8L四缸自然吸氣發動機更大的馬力。例如:朗逸搭載的大眾1.5L EA211發動機(最大扭矩150N·m/4000rpm、最大額定功率85kW/6000rpm)和日產1.6L發動機(最大扭矩153N·m/4000rpm、最大額定功率91kW/5600rpm),2018款新英朗搭載的 1.0TEcotec雙噴射渦輪增壓發動機性能超過前兩者,可以達到170N·m/2000-3600rpm最大扭矩和92kW/5600rpm最大額定功率。

結構做減法的背後,是技術做加法。

在動力和燃油經濟性更好的同時,三缸發動機在NVH優化上也運用了很多先進技術,很多以前三缸發動機存在的問題都得到了解決,最直接的方法是在曲柄上加平衡塊,作為配重以保持平衡。除此之外,還有以反向轉動抵消曲軸振動的平衡軸設計。增加平衡塊作為配重以及無聲平衡軸系統、雙質量飛輪等技術的加入,使得三缸發動機在啟動與行駛過程中的感受與同級四缸機在抖動與噪音方面感受不出來差異。這一點開過全新英朗就會有所體會,如果不說這款車搭載的三缸發動機,完全感覺不出它是一臺裝配三缸發動機的車。



小結:新一代的三缸發動機無論是在動力性能還是燃油經濟性方面,相比於當前市面上的四缸發動機都有很大的優勢。就像現在好多百萬級車型上裝配的新一代2.0T渦輪增壓發動機,各項性能相比之前的V6、V8發動機都提升了很多。小排量三缸發動機現在正處於一個替代四缸發動機的時間節點上,越來越多的車型將會裝配小排量三缸發動機。


用戶6173562857


遙想20多年前,國民家轎老夏利就是三缸,後來隨著汽車越來越親民,四缸發動機擠掉三缸全面佔據了10萬級家用車市場。如今隨著排放法規越來越嚴,三缸機又捲土重來,甚至出現在二三十萬的車型上。

至於三缸發動機對比四缸發動機有什麼優勢?我覺得可以分成真優勢和偽優勢。


真優勢

一是節約成本。比如寶馬現役的B系列模塊化發動機,單缸排量0.5L。以2.0T四缸為基準,少做一缸就是1.5T三缸,多做兩缸就是3.0T直列六缸,不同排量和氣缸數的發動機零件完全通用。降低了成本,自然就有利於在保證廠家利潤的前提下讓售價進一步下探,提高價格優勢。

二是優化空間,尤其是橫置發動機,做成三缸可以縮短髮動機長度,機艙的橫向空間就更加充裕,能更從容地裝下當今自主品牌和歐系品牌流行的單電機P2、P2.5、P3結構的插電混動系統。要知道,如今的車企需要大幅提高新能源車的銷量,來滿足國家的雙積分(新能源積分和企業平均油耗積分)政策。單電機插電混動系統恰恰是最能短平快生產的混動結構。這樣一來,混動結構的佈局空間更從容了,而電動機平順、低扭強勁的優勢剛好彌補了小排量三缸機動力和平順性的不足。兩者各取所需,還能通過純電行駛跑出一個漂亮的工信部油耗,何樂而不為。


偽優勢

如果有人跟你安利三缸機省油,千萬別上當!這種觀點其實是在偷換概念,把三缸機和小排量混為一談。

首先,我國工信部現階段的油耗測試方法採用的是歐洲的NEDC循環。這種方法的測試工況過於溫柔,都是緩加速,所以特別有利於小排量渦輪增壓車型跑出低油耗。三缸機汽缸數少,往往就意味著排量也不大,至少目前乘用車裡沒有超過1.5L的三缸機。所以你看一款車三缸機的工信部油耗不高,那是排量小的功勞,不是三缸的效果。如果是同技術年代、同排量、同進氣方式的四缸機和三缸機相比,後者非但不能省油,反而有可能更費油。

為什麼這麼說呢?別看三缸機零件數比四缸機少,汽缸數變為原來的3/4,但是別忘了,在同樣轉速下,它每個氣缸的工作量還比四缸機增加了1/3呢。不僅如此,單缸容積、活塞、氣門等零件的規格和及其工作量也都是四缸機的4/3。所以零件方面不過是拆東牆補西牆,實際上並沒有節省什麼。

這還僅僅是發動機硬件層面的情況。到實際裝車上路之後,三缸機因為NVH差的先天缺陷,當經濟運轉區間和差NVH區間重合時,主機廠為了不犧牲舒適性和行駛品質,被迫採取犧牲油耗為平順讓路了的ECU標定策略。比如低轉速中等負載(可以等效為油門行程,如上圖235那個圈)工況,本來是有利於省油的,但是三缸機在這種情況的抖得讓人崩潰,工程師就需要通過變速箱延遲升檔拉高轉速等方式來規避這個工況。所以和同排量的四缸機比,三缸機的綜合熱效率其實是下降的。


從316到318的退步

我自己對比過寶馬改款前1.6T四缸的316和現在的1.5T三缸318,它們動力參數一樣,變速箱也一樣,但318i行駛中的基本不低於1500轉,而且稍稍深踩油門就會積極降擋,把轉速拉到2000轉以上。而316i巡航轉速可以低到1100轉,轉速拉到2000轉以上需要油門踩得更深。

之家的實測油耗也很說明問題:316Li用的是老款N13B16 1.6T四缸發動機,在晴天34度高溫下(高溫不僅要持續開空調,而且對渦輪增壓機的燃效也是不利的),實測油耗百公里7.3L;而318Li的新一代B38 1.5T三缸發動機在陰天23度對舒適溫度下,實測油耗百公里7.5L。排量小了,發動機新了,缸數少了,還沒開空調,結果油耗不降反升。這就是三缸機所謂的省油?


學究又不正經的雜貨鋪


目前來說汽車發動機四缸仍然是主流,一部分車企正在努力開發三缸機,他們之間的差距目前還是很明顯的。三缸機的主要優勢在於成本低、質量體積小、發動機單缸效率高、油耗低、低轉速時扭矩輸出充沛。


首先,成本,這對於企業是主要目的。三缸在生產成本上要比四缸更低一些,加工工藝簡單,少了一個氣缸,就少了一個缸體,包括噴油、點火等諸多步驟,省下許多部件,發動機結構簡化,可以減少成本。相對四缸機重新改造做小的話,技術成本、還有人力、物力的投入,都是非常大的。另外,構造就越複雜,對於材料的使用也就越挑剔,後期的維修成本也就大了。

質量體積方面,三缸機比四缸機直接減少一個氣缸,這在重量上見少很多,對於現在汽車輕量化的發展趨勢是比較符合的,氣缸減少一個可以讓發動機的體積更小,安裝在車上時需要的空間小了,對空間得利用率提高不少。

油耗方面,現在的油耗法規越來越嚴格,為了應對這方面的需求,三缸機算是一個出路。三缸機的排量小,摩擦部件為四缸發動機的四分之三,減少了機械部件,也減少機械摩擦帶來的能量損失,油耗自然低。在四缸機上,目前的油耗改善方法已經做了很多,接下來的應該就是縮減排量,但這又回到成本問題上。


振動方面,三缸發動機由於天生的物理缺陷,由於力矩不平衡,工作時,總有一個氣缸在單獨做功,產生的慣性力矩得不到抵消,那帶來的就是力的不平衡,發生抖動。發動機高速運轉時,抖動就出現了。對此廠家最普遍的做法就是增加平衡軸或者吸振器。基本上可以做到比之前能減少78%的曲軸一階振動。

效率方面,發動機技術進步的標誌,是單缸效率,單缸排量對於發動機動力性和經濟性的平衡非常關鍵。當單缸排量小於0.33L,熱效率的降低就非常明顯了,當大於0.5L後,熱效率的上升就不明顯了。單缸排量過小的話,燃燒室的面容比增大,以至於發動機熱損失加大,所以熱效率明顯降低。過大的單缸排量使得火焰傳播距離加長,容易引發爆震,導致發動機熱效率無明顯改進甚至下降。所以實驗表明,排量在0.33L-0.5L之間是最佳的單缸排量,對於目前中國市場1.0-1.5L的排量,那麼三缸機無疑是最佳的選擇。


動力方面,發動機內部運轉的組件少,對動力的損耗就越小。低轉速時三缸發動機扭矩輸出更充沛一些,但是高轉速輸出沒有四缸發動機持續性好,三缸增壓的扭矩平臺窄,動力衰減的更快。而且考慮到三缸機的工作原理,三缸機的點火夾角是240°,當一個氣缸做完一次功,還需要等待曲軸再旋轉60°,另一個氣缸才開始工作,這就會使得三缸機的動力輸出斷斷續續,動力輸出不線性。


駕駛方面,三缸機由於力矩不平衡,在加速時會感覺到明顯的抖動,而且點火夾角240°,這導致了動力輸出斷斷續續,加速體驗並不好。三缸機一般是小排量,高速加速時只能用瘋狂的工作狀態來滿足你的超車慾望,這取而代之的就是高轉速以及振聾發聵的發動機咆哮聲。駕駛的平順性和舒適性上不如四缸機。

現在的發展趨勢上看,很多車企基本想要進入三缸機時代,但是振動噪音、再加速能力等明顯的問題不得到改善,對於車主來說三缸機還不是實惠的存在。


鯨魚Auto


我來分享一下關於三缸機的

大家都知道三缸機有抖動的缺點,但是為啥越來越多的公司選擇三缸機作為未來的發展方向?我理解同排量三缸機相對於四缸機肯定有一些獨特的優勢,今天來分析一下三缸機的主要優勢是什麼:

1.短

同等排量的三缸發動機和4缸機相比有一個非常大的優勢就是短,減少一個汽缸意味著可以短大約80mm的發動機長度。這在傳統內燃機時代並不十分重要,可是在混合動力系統上,三缸省出來的空間正好可以佈置混動電機。一般情況下混動發動機開發最大的挑戰就是空間佈置,尤其是對應用最多的橫置發動機來說,要在發動機和變速箱之間塞進一個電機的話會遇到很大的挑戰:電機太大塞不進去。三缸機正好可以解決混動時代這一最頭疼的問題。(圖1圖2圖3可以看到三缸縮短的空間可以用來安裝混動電機,圖4可以看到橫置佈局混動發動機的前艙)

同時,三缸和混動結合後可以互補:

(1)混動電機可以幫助三缸機解決抖動的問題。三缸機的抖動主要是在怠速和啟動停機的時候比較嚴重。混動電機加入進來以後,可以取消怠速,可以用電機控制轉速波動範圍,可以實現平穩的的啟動和停機。

(2)增加混動電機以後,也不需要發動機具備很高的性能,因為加速可以用電機來輔助,或者完全用電機來完成,發動機的重點轉移到提高效率上,而三缸機減少了一套摩擦副(運動摩擦副,包括活塞、缸孔,曲軸軸徑組,連桿,氣門等都少了一組)。相對四缸機來講效率是比較好的。

總之,對混動系統來講未來的趨勢是電機越來越大,發動機越來越小。因此,三缸機是一個不錯的選擇。

2.省

這個省是節省的意思,可以分為三個方面:

(1)省成本

由於少了一個缸,主要運動件都少了一套,因此,成本肯定是低一些的(圖5是一個三缸機的爆炸圖示意)。但是,由於大部分結構件和外圍件其實沒有減少,甚至還需要增加平衡軸(圖6),因此成本降低沒有想象的那麼多。一般比同排量同等技術水平的四缸能降低10%-15%。

(2)省開發費用和週期

目前很多的三缸機是由同平臺的四缸機減少一缸開發出來的,比如寶馬1.5T,沃爾沃1.5T,大眾的1.0T三缸等。這種設計稱為模塊化的設計。

這樣通過調整汽缸數量就可以調整排量,發動機的主結構和燃燒系統完全可以共用,只做一些適應性調整就好了。我們知道,隨著排放和油耗法規的越來越嚴格,發動機開發的核心主要是燃燒系統(包括直噴高壓噴射系統,氣道,燃燒室,凸輪形線,VVT,VVL等)。開發週期經常要超過6年,核心系統的共用大大的節省了研發週期和研發費用。(圖7燃燒系統示意)

(3)省投資

上面講的模塊化的設計概念保證了三缸機和四缸機甚至直列6缸機發動機核心結構和燃燒系統一致。這樣發動機的缸孔直徑,衝程,汽缸中心距,缸蓋螺栓位置,氣門位置和角度,凸輪軸位置等都是一樣的,這樣可以用一條生產線來實現不同發動機的共線生產,可以大幅度的減少生產線投資。(圖8圖9是寶馬的四缸三缸模塊化的戰略示意)

隨著電氣化轉型的大趨勢,發動機的生產線必須要考慮柔性化和多機型共線,以控制投資同時適應不同的整車需求。因此,大家都選擇四缸減一缸來開發三缸機就不奇怪了。

以上信息供大家參考,歡迎討論。對發動機感興趣的朋友可以關注我,每週會發布原創的發動機技術專業解讀,謝謝支持!











銳引擎


三缸發動機對比四缸發動機優勢很多,但劣勢也不少。

首先,三缸機不是減配,而是“政策性”技術進步。

很簡單的道理,在四缸機如此穩定的市場環境中,是不會有任何一個廠家會去吃力不討好的研發三缸機的,大家要知道明白,任何一種科研的投資都是投資巨大、且短時間看不見利潤的。而商人們唯利是圖自然是不會平白無故的下這種血本的。

然則低能耗、環保已成了世界性的政治正確,同時傳統燃油車又面臨新能源車的衝擊,在為自己的未來求生、在日益嚴苛的排放標準之嚴迫下,主機廠不得不開始對發動機進行低能耗,高性能的技術改革,而三缸機就是這麼一種產物。因此,我們從三缸機的源流就很容易發現它的優勢。


  • 技術含量高

很多人認為三缸發動機的低能耗是因為體積小,但實際上並非如此------體積小不但不是優勢,而是三缸機必須克服的缺陷。

很簡單,三缸機除了比四缸機少了一個缸體之外,其工作原理就是一樣的,這就意味著三缸機需要在更小的體積內排布更合理更緊湊的內部佈局,因此在技術、材料上的突破,使得三缸機有更好的熱效率。

非但如此,這個技術性更體現在針對發動機抖動的HVN調校、更高規格的防抖動調校。甚至在B38身上,更是將渦輪增壓的廢氣端和排氣歧管一體化了。

因此,三缸機的成本比四缸更高,尤其研發成本更是多了18%

  • 利於車輛整體佈局

體積小雖然需要用技術手段來提高動力,但就整車佈局上,卻是優勢。

第一,更小的發動機可以騰出更多的空間配備更好的裝備。

這點最直接的例子就是沃爾沃,大家以為為什麼到沃爾沃這個級別為什麼還在用麥弗遜前懸架?就是因為它的發動機佈局是橫直的,沒有空間騰給更高級的雙叉臂、五連桿了。

第二,與混動系列相得益彰

同理,混動車型的電機設備佔用體積都不小,如果搭配輕量化的三缸則更容易進行合理佈局,同時也能降低油耗。

以上,就是三缸機的優勢了,當然,目前很多人對三缸機並不友好,並且聽風就是雨的認為三缸機就是不行,這其實並不怪大眾,而是早年奧拓的三缸機帶來的歷史影響,以及三缸機由於結構來帶來的先天性高抖動。

所以呢,我們需要對三缸機有所甄別,部分品牌確實三缸機做的不行,他們沒那個技術去做更好的後期調校,但我們不能因此就將三缸機一併打死了-------因為三缸機不管是哪方面來看,都是燃油發動機的技術進步。


無聊到巔峰


我認為三缸機只有兩個目的:1、應付國6排放;2、更適合配油電混動使用。除此之外我都看不上!油耗、噪音、抖動、保值率……一無是處


裝機帝


三缸發動機對比四缸機有什麼優勢?最明顯的對比少一個氣缸和配氣等相關的裝置,相應磨擦磨損少了。三缸機比四缸機,材料成本上降低很多,結構上簡單了。汽油機設計難點是燃燒室,在缸體外型尺寸接近情況下,三缸機缸徑比四缸機缸徑大許多,燃燒室設計會更好,氣門火花塞及噴油嘴會更合理安排。同時燃油燃燒效果好些,熱效率高些,平均有效壓力更高。比較三缸機與四缸機,只有在同功率情況下比較。缺點是振動,這是固有缺陷,只有解決三缸機氣缸壓力不均衡這個問題,三缸機振動才有可能控制住。這是內燃機設計缺陷造成的。以上僅供參考


凌波踏燕


明顯的對比少一個氣缸和配氣等相關的裝置,相應磨擦磨損少了。三缸機比四缸機,材料成本上降低很多,結構上簡單了。汽油機設計難點是燃燒室,在缸體外型尺寸接近情況下,三缸機缸徑比四缸機缸徑大許多,燃燒室設計會更好,氣門火花塞及噴油嘴會更合理安排。同時燃油燃燒效果好些,熱效率高些,平均有效壓力更高。比較三缸機與四缸機,只有在同功率情況下比較。缺點是振動,這是固有缺陷,只有解決三缸機氣缸壓力不均衡這個問題,三缸機振動才有可能控制住。


熱心市民段先森


三缸發動機對比四缸發動機其實只有一個優勢那就是油耗更低,與什麼排放之間的關係不大,主要目的就是降低油耗,因為目前的油耗規則越來越嚴格,所以只能把三缸拿出來應對更嚴格的油耗規則,也可以理解成是應試產物吧;因為在技術水平一致或相差不大的基礎上,三缸的理論循環油耗比四缸更低,貌似只有這一個理論循環油耗更低的優勢,而除此之外則是一堆缺點,或許體積小、輕也是一方面的優勢,但我們又不是扛著發動機走,所以體積小的優勢對於車主來說沒有實質上的意義!


重啟三缸發動機的研發並不是車企為了節約成本想出的點子,而完全是被日益嚴苛的油耗規則所逼迫的不得已的產物;車企也不想研發這三缸,這邊處於研發、完善階段,成本降不下來(比四缸高,因為還沒有成規模,成本均攤不下來)、那邊還要忍受著消費者的質疑、謾罵,所以車企也不想整這費力不討好的三缸發動機,但沒辦法;根據咱們國內的CAFC法規到了2020年車子的平均油耗要低於5L,這個油耗數值誰能做到?這不是對咱們普通車主的要求,而是對車企的約束;如今歐洲已經用新WLTP取代了NEdc,油耗規則變得比過去嚴苛的多;而我國很對排放、油耗的規則都是參照歐盟所定製,所以必然也會引入WLTP這個全球統一排放測試規程;而到了2025年,平均油耗方面的要求恐怕要下降到4.5L,這個數據又該如何達到?所以個別車企沒有辦法,咱們的標準參照歐盟比美國定的嚴,至少比美國提前了5年!


這麼一來就比較恐怖了,大搞混動的日系車企可以憑藉自身強大的混動技術渡過難關,豐田的混動技術應對百公里5L以下的油耗要求問題不大,甚至它能應對2025年更嚴重的衝擊;所以日系車企目前對外輸送的車型大多數沒有三缸發動機,但其本國各個品牌的k-car使用三缸發動機的超多,所以說在某種角度上看,日系車企更容易對付這日益嚴苛的油耗標準;但那些不具備強大混動技術的車企就只能硬著頭皮研發三缸了,沒辦法不研發三缸發動機就沒辦法拉低旗下產品的平均油耗;比如斯巴魯BRZ前一陣子恢復進口,就是因為旗下某混動車型的上市而拉低了平均油耗,才使得BRZ可以再次進口!

如上圖所示工信部的解釋,很簡單就是車子要更輕、發動機小型化、直噴➕渦輪、主推具備節能優勢的CVT+DCT變速箱等等(說實話沒覺得CVT省油啊?),所以在這個政策的強力約束下,很多車企就只能去重啟三缸發動機的研發,要不然達不到標準,達不到標準真不讓賣呀。。。所以說三缸發動機對比四缸發動機的唯一優勢就是油耗更低(或許是在實驗室測試時的理論油耗),而除此之外幾乎沒有其它的優點而都是缺點,而且目前三缸的造價比四缸還貴(成本沒攤下來);當然三缸發動機的先天缺點並不是不能解決,以如今的技術想平衡掉三缸發動機的先天不足是可以做到的,但解決先天不足是要花錢的,反而把三缸發動機的成給拉高了(以後成熟了,成本還是會比四缸更低);所以在使用角度上看問題,三缸發動機沒有什麼優勢,即便省油在實際使用中的表現也許並不明顯;不較真、不講究絕對,三缸發動機可以用,但想完善仍有一段很長的路途要走!


非專業車評


樓下的回答都太複雜,小刀一句話就能夠總結。


三缸機的優勢是廠家想的,成本低、油耗低、佈置空間小。


四缸機的優勢是消費者想要的,噪音低、抖動少、可靠性高。


其他那些都是BIBI,沒意思。


當然,好的三缸機在整體性能上不遜色於四缸機,對三缸機應抱著開放的態度。


就像當年的自然吸氣和渦輪增壓一樣,現在還有爭議嗎?


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