现在的汽车发动机越来越趋向于小型化, 很多车型都装备了1.4, 1.2以及1.0的发动机, 甚至一些传统的豪车, 也在使用小排量的发动机. 比如宝马X1使用1.5T三缸发动机, 宝马7系竟然使用了2.0T的发动机. 发动机排量越做越小, 发动机缸数也越来越少. 大家知道, 排量越小越省油, 缸数越多运转越平稳, 那么汽车厂家为什么不制造小排量多缸发动机呢? 今天我们就来探讨这个有趣的话题.
首先我们来说说什么是发动机的排量.
排量就是活塞从上止点移动到下止点所通过的工作容积称为气缸排量; 它取决于缸径和活塞行程. 如果发动机有若干个气缸, 所有气缸工作容积之和称为发动机排量. 一般用升 (L) 来表示. 对于同种类型的发动机来说, 一般都是排量越大, 发动机的功率和扭矩也越大, 当然, 油耗也更高. 在中国和欧盟, 还有一个高额的排量税, 所以, 在这些区域销售的汽车, 排量越小越有优势. 这也是发动机排量越来越小的政策因素.
气缸个数就是指单台发动机有几个气缸的意思, 汽车发动机常用缸数有3, 4, 5, 6, 8, 10, 12缸. 气缸的排列方式一般有直列, V型和W型, 水平对置发动机只在斯巴鲁和保时捷上使用, 转子发动机一直没有推广. 一般四缸以下的发动机采用直列方式, 六缸以上的发动机采用V型排列方式, 十二缸以上采用W型排列方式. 在这些排列方式中, 直列六缸发动机的平顺性是最好的, 振动也最小. 只是受发动机长度的限制, 在很多车上无法安装. 最经典的就是宝马的直列六缸发动机.
那么, 问题来了. 既然小排量发动机省油又便宜, 多缸发动机运转平稳, 那么汽车厂家为什么不在民用车上制造和使用小排量的多缸发动机呢? 比如说宝马X1, 使用了1.5T三缸发动机, 很多比它排量小的发动机都使用四缸的, 为什么它坚持使用这种饱受诟病的三缸机呢? 还有标致的PSA1.2T直列3缸发动机, 福特的Ecoboost1.0T直列3缸发动机, 它们为什么不做成平顺性更好的四缸或六缸发动机呢? 而在F1赛车上, 有使用2.4V8的, 有使用3.0V10, 甚至有使用1.5V6的. 这些发动机为什么不能应用在民用车上呢? 下面老侯就来分析一下这个问题.
1, 发动机排量小, 缸数又多, 那么发动机的缸径与行程必然很小, 发动机的扭矩就比较小, 或者只有在很高的转速才能出现较大的扭矩, 这不符合民用车的使用要求. 比如F1赛车上使用的1.5V6发动机, 它的最大扭矩要在一万多转才会出现, 最大功率出现的转速更高. 而普通的民用车是不可能把发动机转速拉到这么高的. 据我所知, 在民用车上使用小排量多缸发动机的车型是红旗世纪星, 它使用的是日产的VG20六缸V型, 2.0L发动机, 最大扭矩只有167N.m, 是在发动机转速4400转/分时得到的, 在这个转速之下, 发动机的扭矩很小, 汽车加速无力, 动力性很差. 而现在的日产MR20直列四缸2.0L发动机, 在4400转/分时可以得到200N.m的扭矩, 并且扭矩平台相对平缓, 汽车的动力性要好得多.
宝马X1使用了1.5T的直列三缸发动机, 它的最大扭矩是220N.m, 最大功率是100kw; 与它相近的是奔驰A级1.6T直列四缸发动机, 最大扭矩是200N.m, 最大功率是90kw. 可以看到, 宝马的三缸机无论是扭矩还是功率, 都超过了奔驰的四缸机. 如果宝马将1.5T做成四缸机, 发动机的扭矩一定会下降, 汽车的动力性也会随之降低, 与宝马主打运动, 操控的风格不符. 所以, 宝马宁可舍弃一定的舒适性, 也要保证汽车的动力性. 做成三缸是有原因的.
打一个不太恰当的比喻. 三缸机就好像三个成年人在推一个转盘, 四缸机就好像是四个中学生在推一个转盘, 六缸机就像六个小学生在推一个转盘. 虽然六个小学生把转盘推的比较平稳, 但是没有三个成年人推的有力.
2, 发动机缸数越多, 发动机结构越复杂, 需要增加相应的曲柄, 连杆, 活塞, 配气机构, 火花塞等, 发动机的可靠性就会降低, 发动机的质量和体积也会增大, 当然发动机的价格也必然上涨. 这不符合汽车轻量化的趋势, 对汽车成本的降低也是一个挑战. 发动机过大, 对于发动机舱的布置也是一个难题.
3, 一般小排量多缸发动机要想发出比较大的扭矩和功率, 就需要把发动机转速提的很高. 大家知道, 发动机转速越高, 机械摩擦越大, 发动机效率就越低. 一般的民用发动机热效率在35%左右, 而F1赛车使用的小排量多缸发动机热效率最高只有30%. 同时发动机的磨损增大, 发动机的寿命会降低. 一些赛车发动机几乎是一场比赛就更换一台发动机, 对民用车来说是不可能做到的.
4, 高转速的发动机通常要求使用高标号的燃油, 比如F1赛车发动机需要使用98号以上的燃油, 对于普通的民用车来说, 这是一个难以企及的高度.
点评
小排量多缸发动机最主要的特性就是低速扭矩差, 只有在很高的转速时才能发挥出较好的性能. 这在追求极速的F1赛场上没有问题, 但是对于普通的民用车来说, 这就是不可克服的缺陷. 这是不能在民用车上使用小排量多缸发动机的主要因素. 其它如结构复杂, 热效率低等, 都限制了这种发动机在民用车上的使用. 其实现在的三缸机平顺性做的也很好, 只要我们加强对发动机的保养, 尽可能让三个气缸工作均衡, 一般情况下足以满足人们的使用要求. 小排量多缸发动机还是让它在赛场上大显身手吧!
