遥想当年, 汽车巨头都以能够生产12缸自吸发动机为傲; 曾几何时, V8, V6才是豪华汽车应有的标配. 然而这两年, 随着全球高举 '节能减排' 的大旗, 以及国家4阶段燃油限制指标的日益临近以及 '双积分' 政策的即将全面实施, 企们纷纷响应号召, 就像打了 '鸡血 '一样, 展开了一系列激烈的, '无下限' 的小排量战争, 以三缸为代表的发动机 '小型化' '合理精简' , 成为继涡轮增压之后内燃机发展的新趋势.
三缸发动机重出江湖, 新一轮竞赛已打响
说到 '三缸机' , 很多人对其印象其实并不好, 马力小, 振动大, 低速噪音巨大, 是国人对三缸发动机的固有印象. 导致现在很多人一提到三缸发动机, 就自然而然地认为是 '落后产物' .
但是, 三十年河东, 三十年河西, 谁也不曾想到, 过去总被我们嫌弃的三缸发动机, 如今却逐渐成为了通用, 福特, 宝马等各大厂商的 '香饽饽' .
自2010年开始, 福特, PSA等车企就已经在欧洲市场推出了1.0T, 1.2T等小排量三缸涡轮增压发动机来替代原来的1.2L-1.6L自然吸气发动机. 并且搭载这些发动机的车型, 如福克斯, 嘉年华, 标致308等车型在欧洲市场都获得较高的认可度.
同样的, '三缸机' 的战火如今蔓延到了中国市场, 豪华品牌方面, 宝马最为激进, 从i8率先搭载1.5T三缸涡轮增压发动机到现在的1系三厢, 2系旅行车, 宝马X1, 甚至现款宝马3系都陆续搭载了1.5T三缸发动机. 而合资品牌方面, 通用旗下别克品牌在中国市场已经在去年十月份上市的新英朗, 阅朗以及GL6上, 全面搭载三缸发动机, 可以说是目前国内对于三缸技术布局最为坚决的合资品牌.
而大众和丰田相比竞争对手步伐虽然较慢, 但是三缸机的研发上并没有懈怠. 据外媒报道, 大众将推出全新的1.0L和1.0T两款三缸发动机产品搭载于海外版全新POLO, 而丰田则宣布搭载1.5T三缸发动机的卡罗拉最快将于明年问世.
可以看到, 大众, 通用, 福特, 本田, PSA等等厂商都推出了三缸机车型, 其中也不乏像宝马, 沃尔沃这样的豪华品牌.......甚至连法拉利都在研发了一台三缸机械增压发动机, 升功率达到了160马力!
那么, 车企为什么开始热衷研发三缸发动了呢?
第一, 大环境下, 发动机小型化已成趋势. 当下全世界都在呼吁节能减排, 欧盟, 美国, 中国也都相继推出越来越严格的排放法规. 以中国为例, 国家全新国IV标准将会在2020年实行, 届时将会将标准设置为5L/100km. 为了达到这一目标, 推广混合动力, 减少缸数无疑是有效途径. 而不管是发展小型涡轮增压发动机, 还是混合动力, 在这两个技术方向上, 三缸发动机都是最佳选择. 毕竟三缸发动机的设计初衷就是既让马儿跑, 又让马儿少吃草.
第二, 技术的日益成熟. 事实上, 目前国外部分厂家已经有了三缸机的研发成功的经验, 这也使得其在发动机技术领域有了质的提升, 更加的成熟领先, 为了追赶对手, 很多的厂家也开始了研发三缸技术的领域, 在如今众多的新技术加持之下, 早已不再是过去的' 丑小鸭 '了. 过去三缸发动机出现抖动和噪音大等问题的已经得到了很大的改善.
第三, 三缸发动机先天性优势. 有人说, 既然小排量省油, 为何非要执着三缸呢? 做四缸小排量发动机难道不更好吗, 并且抖动和噪音大!的问题能够得到有效的解决. 而事实上, 同等规格的小排量四缸发动机在燃油经济性上, 真的不如三缸发动机.
日产曾经做过实验, 将一款1.2升四缸发动机, 由原先的单气缸300ml扩容成了400ml, 四缸变成三缸, 发动机的热效率提升了2%. 再把气缸扩充到500ml, 热效率仍有0.5%左右的提升, 而此后的气缸扩充所带来的热效率则出现明显下滑. 以此得出当发动机气缸容积越接近0.5L时, 热效率越高.
试验表明, 单缸最佳排量是在0.33L-0.5L之间, 所以对于1.0L到1.5L的发动机, 三缸发动机其实是最佳的选择. 这也就是为什么市场上所有的三缸发动机, 其排量都在1.5L以下的原因. 而某种方面来说, 虽然如今三缸机开始蚕食四缸机的部分市场. 但是受限于消费观念, 先天性结构的限制等原因, 三缸机目前还无法取代四缸发动机.
总结而言, 随着日趋严格的排放标准倒逼厂家技术的不断更迭, 以及三缸发动机自身的一定先天优势, 使得三缸发动机再一次回到人们的视野.
三缸机是否已经去除了 '落后' 的标签
有人会认为, 三缸比四缸少一缸, 因此在成本会大大的降低. 而事实上并不是如此, 先不论研发三缸发动机所需要更多的研发费用, 为了保证在比四缸发动机少一个缸的前提下, 获得同等的动力输出, 以及更佳的燃油经济性, 因此也需要更多新技术以及成本更高的材料加持和辅助.
比如, 通用和PSA的三缸发动机都是采用全铝缸体, 并且通用的Ecotec1.0T三缸发动机还具备了电子执行器涡轮增压器, 机油冷却器, 活塞冷却喷嘴, 中置可变正时, 横流式分离冷却集成排气歧管等等一系列新技术的加持, 以此提高性能. 正因如此, 别克三缸发动机的成本相比四缸发动机提高了40%. 可以, 三缸发动机是 '减而不简' , 并不是气缸减少了一个, 成本就下来了.
那么, 在众多新技术的加持下, 三缸发动机过往抖动, 噪音大等缺陷真的得到了很好的改进吗?
首先关于抖动的问题. 三缸发动机之所以抖动大, 就是因为少了一缸的原因, 使得三缸发动机在输出动力时会经常不平稳. 当四冲程三缸发动机的活塞在做工时, 其曲轴夹角为120度, 总是有两个缸体同时运行, 另一个缸体则单独运行, 从而使得曲轴较劲导致力量不够平衡, 以至于二者所产生的力无法完全抵消, 因此不可避免会出现抖动现象.
而面对这样的缺陷, 目前厂家主流的方法就是取消了传统的平衡轴, 并采用了一个小尺寸的曲轴来抵消并削减发动机侧主动飞轮的扭转振动, 从而实现了比较优秀的振动控制. 福特Ecoboost1.0T三缸发动机就是如此, 并且福特在曲轴配重上下了功夫, 让1, 3缸曲柄的配重块重心偏移了30°, 来抵消力矩.
通用Ecotec三缸发动机就更厉害了, 在常规基础上, 采用了有别于传统双质量飞轮的钟摆式双质量飞轮, 利用呈钟摆型的离心摆往复作用, 反向抵消并削减了来自发动机侧主动飞轮的扭转振动. 因此理论上讲, 通用Ecotec三缸发动机可以将抖动降到最低.
当然, 有抖动必然有噪音. 除了在发动机上需要做足功课之外, 在如何防止振动传入车厢, 降低噪音, 也是三缸发动机要比四缸发动机考虑更多的.
以别克GL6为例, 除了采用了超静音皮带以及增加隔音罩等隔音材料之外, 在发动机与车身的连接方式上, 工程师也是花了大心思. 没有使用最为常见的橡胶块悬置, 而是用了成本更高的液压悬置来实现发动机与车身更好的软性连接效果. 承托这台三缸机的是带液压支撑的发动机三点式悬置系统, 这样就可以把发动机的振动挡在悬置系统上, 从而进一步降低噪音.
最后, 关于如何提高动力性能方面, 也是用户比较关心的问题. 众所周知, 三缸机先天少一缸, 导致进气量不足, 从而低扭乏力. 因此三缸发动机的起步, 加速性能明显不如传统的四缸发动机, 所以在爬坡时后三缸机也会显得比较吃力. 但是随着目前缸内直喷和涡轮增压等技术的普及和进步, 一举解决了三缸发动机低转速时动力不足的问题, 其动力输出的表现甚至超过了一些传统1.6L, 2.0L四缸发动机.
以通用Ecotec动力序列中的1.3T三缸机为例, 它的使命则是要取代上一代的1.4TEcotec四缸涡轮增压发动机. 而从数据来看, 其的最大输出功率为163马力, 相比于1.4TEcotec发动机提升了23%, 最大扭矩为230牛·米, 相比于1.4TEcotec发动机提升了15%. 可以说, 无论是功率还是扭矩上, 传统四缸自然吸气引擎都无一例外的处于下风.
而事实上, 通用三缸发动机相比同级竞争对手也有很大的优势. 不管通用1.0TEcotec还是1.3TEcotec三缸机上都用到了智能双喷射技术, 通过每个气缸顶部两个喷油器的协同喷射, 来保证雾化燃油在发动机气缸内的均匀分布, 减少燃油湿壁出现的情况. 此外, 两个喷油嘴通过实现开阀喷射来冷却缸内的混合气, 也解决了此前小排量三缸涡轮增压发动机一直面临的爆震风险短板.
与此同时, 更高性能的ECU也发挥着不小的作用, 通用全新的Ecotec系列小排量三缸发动机包括了中置式DVVT双可变气门正时系统, 智能热管理系统, 智能启停系统, 智能点火线圈, 智能可变排量机油泵, 电子节气门等. 在最大限度优化发动机性能同时也对燃油经济性和清洁排放有着突出贡献.
因此, 综合来看, 三缸机确实不输四缸机. 特别是在动力性能实际表现上和同排量四缸并无明显异常, 并且油耗得到进一步降低. 也因此, 消费者对于三缸发动机认可度也在逐渐提高, 数据显示, 搭载新一代三缸机的别克英朗, 阅朗, GL6等车型, 自2017年第四季度相继上市, 截至今年6月市场销售超过28万辆. 从技术发展趋势看, 三缸发动机并非洪水猛兽, 而是当前大环境下的必然趋势, 未来有望像涡轮增压发动机取代自然吸气发动机那样, 成为行业主流.
当然, 三缸机目前也面临挑战, 尤其是消费观念. 很多消费者在选车时, 一看到三缸机就直接删掉. 如何在技术升级, 性能提升的同时, 让市场和消费者接受三缸机, 是每个车企都面临的课题.
