現在的汽車發動機越來越趨向於小型化, 很多車型都裝備了1.4, 1.2以及1.0的發動機, 甚至一些傳統的豪車, 也在使用小排量的發動機. 比如寶馬X1使用1.5T三缸發動機, 寶馬7系竟然使用了2.0T的發動機. 發動機排量越做越小, 發動機缸數也越來越少. 大家知道, 排量越小越省油, 缸數越多運轉越平穩, 那麼汽車廠家為什麼不製造小排量多缸發動機呢? 今天我們就來探討這個有趣的話題.
首先我們來說說什麼是發動機的排量.
排量就是活塞從上止點移動到下止點所通過的工作容積稱為氣缸排量; 它取決於缸徑和活塞行程. 如果發動機有若干個氣缸, 所有氣缸工作容積之和稱為發動機排量. 一般用升 (L) 來表示. 對於同種類型的發動機來說, 一般都是排量越大, 發動機的功率和扭矩也越大, 當然, 油耗也更高. 在中國和歐盟, 還有一個高額的排量稅, 所以, 在這些區域銷售的汽車, 排量越小越有優勢. 這也是發動機排量越來越小的政策因素.
氣缸個數就是指單台發動機有幾個氣缸的意思, 汽車發動機常用缸數有3, 4, 5, 6, 8, 10, 12缸. 氣缸的排列方式一般有直列, V型和W型, 水平對置發動機只在斯巴魯和保時捷上使用, 轉子發動機一直沒有推廣. 一般四缸以下的發動機採用直列方式, 六缸以上的發動機採用V型排列方式, 十二缸以上採用W型排列方式. 在這些排列方式中, 直列六缸發動機的平順性是最好的, 振動也最小. 只是受發動機長度的限制, 在很多車上無法安裝. 最經典的就是寶馬的直列六缸發動機.
那麼, 問題來了. 既然小排量發動機省油又便宜, 多缸發動機運轉平穩, 那麼汽車廠家為什麼不在民用車上製造和使用小排量的多缸發動機呢? 比如說寶馬X1, 使用了1.5T三缸發動機, 很多比它排量小的發動機都使用四缸的, 為什麼它堅持使用這種飽受詬病的三缸機呢? 還有標緻的PSA1.2T直列3缸發動機, 福特的Ecoboost1.0T直列3缸發動機, 它們為什麼不做成平順性更好的四缸或六缸發動機呢? 而在F1賽車上, 有使用2.4V8的, 有使用3.0V10, 甚至有使用1.5V6的. 這些發動機為什麼不能應用在民用車上呢? 下面老侯就來分析一下這個問題.
1, 發動機排量小, 缸數又多, 那麼發動機的缸徑與行程必然很小, 發動機的扭矩就比較小, 或者只有在很高的轉速才能出現較大的扭矩, 這不符合民用車的使用要求. 比如F1賽車上使用的1.5V6發動機, 它的最大扭矩要在一萬多轉才會出現, 最大功率出現的轉速更高. 而普通的民用車是不可能把發動機轉速拉到這麼高的. 據我所知, 在民用車上使用小排量多缸發動機的車型是紅旗世紀星, 它使用的是日產的VG20六缸V型, 2.0L發動機, 最大扭矩只有167N.m, 是在發動機轉速4400轉/分時得到的, 在這個轉速之下, 發動機的扭矩很小, 汽車加速無力, 動力性很差. 而現在的日產MR20直列四缸2.0L發動機, 在4400轉/分時可以得到200N.m的扭矩, 並且扭矩平台相對平緩, 汽車的動力性要好得多.
寶馬X1使用了1.5T的直列三缸發動機, 它的最大扭矩是220N.m, 最大功率是100kw; 與它相近的是平治A級1.6T直列四缸發動機, 最大扭矩是200N.m, 最大功率是90kw. 可以看到, 寶馬的三缸機無論是扭矩還是功率, 都超過了平治的四缸機. 如果寶馬將1.5T做成四缸機, 發動機的扭矩一定會下降, 汽車的動力性也會隨之降低, 與寶馬主打運動, 操控的風格不符. 所以, 寶馬寧可捨棄一定的舒適性, 也要保證汽車的動力性. 做成三缸是有原因的.
打一個不太恰當的比喻. 三缸機就好像三個成年人在推一個轉盤, 四缸機就好像是四個中學生在推一個轉盤, 六缸機就像六個小學生在推一個轉盤. 雖然六個小學生把轉盤推的比較平穩, 但是沒有三個成年人推的有力.
2, 發動機缸數越多, 發動機結構越複雜, 需要增加相應的曲柄, 連杆, 活塞, 配氣機構, 火花塞等, 發動機的可靠性就會降低, 發動機的質量和體積也會增大, 當然發動機的價格也必然上漲. 這不符合汽車輕量化的趨勢, 對汽車成本的降低也是一個挑戰. 發動機過大, 對於發動機艙的布置也是一個難題.
3, 一般小排量多缸發動機要想發出比較大的扭矩和功率, 就需要把發動機轉速提的很高. 大家知道, 發動機轉速越高, 機械摩擦越大, 發動機效率就越低. 一般的民用發動機熱效率在35%左右, 而F1賽車使用的小排量多缸發動機熱效率最高只有30%. 同時發動機的磨損增大, 發動機的壽命會降低. 一些賽車發動機幾乎是一場比賽就更換一台發動機, 對民用車來說是不可能做到的.
4, 高轉速的發動機通常要求使用高標號的燃油, 比如F1賽車發動機需要使用98號以上的燃油, 對於普通的民用車來說, 這是一個難以企及的高度.
點評
小排量多缸發動機最主要的特性就是低速扭矩差, 只有在很高的轉速時才能發揮出較好的性能. 這在追求極速的F1賽場上沒有問題, 但是對於普通的民用車來說, 這就是不可克服的缺陷. 這是不能在民用車上使用小排量多缸發動機的主要因素. 其它如結構複雜, 熱效率低等, 都限制了這種發動機在民用車上的使用. 其實現在的三缸機平順性做的也很好, 只要我們加強對發動機的保養, 儘可能讓三個氣缸工作均衡, 一般情況下足以滿足人們的使用要求. 小排量多缸發動機還是讓它在賽場上大顯身手吧!
