遙想當年, 汽車巨頭都以能夠生產12缸自吸發動機為傲; 曾幾何時, V8, V6才是豪華汽車應有的標配. 然而這兩年, 隨著全球高舉 '節能減排' 的大旗, 以及國家4階段燃油限制指標的日益臨近以及 '雙積分' 政策的即將全面實施, 企們紛紛響應號召, 就像打了 '雞血 '一樣, 展開了一系列激烈的, '無下限' 的小排量戰爭, 以三缸為代表的發動機 '小型化' '合理精簡' , 成為繼渦輪增壓之後內燃機發展的新趨勢.
三缸發動機重出江湖, 新一輪競賽已打響
說到 '三缸機' , 很多人對其印象其實並不好, 馬力小, 振動大, 低速噪音巨大, 是國人對三缸發動機的固有印象. 導致現在很多人一提到三缸發動機, 就自然而然地認為是 '落後產物' .
但是, 三十年河東, 三十年河西, 誰也不曾想到, 過去總被我們嫌棄的三缸發動機, 如今卻逐漸成為了通用, 福特, 寶馬等各大廠商的 '香餑餑' .
自2010年開始, 福特, PSA等車企就已經在歐洲市場推出了1.0T, 1.2T等小排量三缸渦輪增壓發動機來替代原來的1.2L-1.6L自然吸氣發動機. 並且搭載這些發動機的車型, 如福克斯, 嘉年華, 標緻308等車型在歐洲市場都獲得較高的認可度.
同樣的, '三缸機' 的戰火如今蔓延到了中國市場, 豪華品牌方面, 寶馬最為激進, 從i8率先搭載1.5T三缸渦輪增壓發動機到現在的1系三廂, 2系旅行車, 寶馬X1, 甚至現款寶馬3系都陸續搭載了1.5T三缸發動機. 而合資品牌方面, 通用旗下別克品牌在中國市場已經在去年十月份上市的新英朗, 閱朗以及GL6上, 全面搭載三缸發動機, 可以說是目前國內對於三缸技術布局最為堅決的合資品牌.
而大眾和豐田相比競爭對手步伐雖然較慢, 但是三缸機的研發上並沒有懈怠. 據外媒報道, 大眾將推出全新的1.0L和1.0T兩款三缸發動機產品搭載于海外版全新POLO, 而豐田則宣布搭載1.5T三缸發動機的卡羅拉最快將於明年問世.
可以看到, 大眾, 通用, 福特, 本田, PSA等等廠商都推出了三缸機車型, 其中也不乏像寶馬, 沃爾沃這樣的豪華品牌.......甚至連法拉利都在研發了一台三缸機械增壓發動機, 升功率達到了160馬力!
那麼, 車企為什麼開始熱衷研發三缸發動了呢?
第一, 大環境下, 發動機小型化已成趨勢. 當下全世界都在呼籲節能減排, 歐盟, 美國, 中國也都相繼推出越來越嚴格的排放法規. 以中國為例, 國家全新國IV標準將會在2020年實行, 屆時將會將標準設置為5L/100km. 為了達到這一目標, 推廣混合動力, 減少缸數無疑是有效途徑. 而不管是發展小型渦輪增壓發動機, 還是混合動力, 在這兩個技術方向上, 三缸發動機都是最佳選擇. 畢竟三缸發動機的設計初衷就是既讓馬兒跑, 又讓馬兒少吃草.
第二, 技術的日益成熟. 事實上, 目前國外部分廠家已經有了三缸機的研發成功的經驗, 這也使得其在發動機技術領域有了質的提升, 更加的成熟領先, 為了追趕對手, 很多的廠家也開始了研發三缸技術的領域, 在如今眾多的新技術加持之下, 早已不再是過去的' 醜小鴨 '了. 過去三缸發動機出現抖動和噪音大等問題的已經得到了很大的改善.
第三, 三缸發動機先天性優勢. 有人說, 既然小排量省油, 為何非要執著三缸呢? 做四缸小排量發動機難道不更好嗎, 並且抖動和噪音大!的問題能夠得到有效的解決. 而事實上, 同等規格的小排量四缸發動機在燃油經濟性上, 真的不如三缸發動機.
日產曾經做過實驗, 將一款1.2升四缸發動機, 由原先的單氣缸300ml擴容成了400ml, 四缸變成三缸, 發動機的熱效率提升了2%. 再把氣缸擴充到500ml, 熱效率仍有0.5%左右的提升, 而此後的氣缸擴充所帶來的熱效率則出現明顯下滑. 以此得出當發動機氣缸容積越接近0.5L時, 熱效率越高.
試驗表明, 單缸最佳排量是在0.33L-0.5L之間, 所以對於1.0L到1.5L的發動機, 三缸發動機其實是最佳的選擇. 這也就是為什麼市場上所有的三缸發動機, 其排量都在1.5L以下的原因. 而某種方面來說, 雖然如今三缸機開始蠶食四缸機的部分市場. 但是受限於消費觀念, 先天性結構的限制等原因, 三缸機目前還無法取代四缸發動機.
總結而言, 隨著日趨嚴格的排放標準倒逼廠家技術的不斷更迭, 以及三缸發動機自身的一定先天優勢, 使得三缸發動機再一次回到人們的視野.
三缸機是否已經去除了 '落後' 的標籤
有人會認為, 三缸比四缸少一缸, 因此在成本會大大的降低. 而事實上並不是如此, 先不論研發三缸發動機所需要更多的研發費用, 為了保證在比四缸發動機少一個缸的前提下, 獲得同等的動力輸出, 以及更佳的燃油經濟性, 因此也需要更多新技術以及成本更高的材料加持和輔助.
比如, 通用和PSA的三缸發動機都是採用全鋁缸體, 並且通用的Ecotec1.0T三缸發動機還具備了電子執行器渦輪增壓器, 機油冷卻器, 活塞冷卻噴嘴, 中置可變正時, 橫流式分離冷卻整合排氣歧管等等一系列新技術的加持, 以此提高性能. 正因如此, 別克三缸發動機的成本相比四缸發動機提高了40%. 可以, 三缸發動機是 '減而不簡' , 並不是氣缸減少了一個, 成本就下來了.
那麼, 在眾多新技術的加持下, 三缸發動機過往抖動, 噪音大等缺陷真的得到了很好的改進嗎?
首先關於抖動的問題. 三缸發動機之所以抖動大, 就是因為少了一缸的原因, 使得三缸發動機在輸出動力時會經常不平穩. 當四衝程三缸發動機的活塞在做工時, 其曲軸夾角為120度, 總是有兩個缸體同時運行, 另一個缸體則單獨運行, 從而使得曲軸較勁導致力量不夠平衡, 以至於二者所產生的力無法完全抵消, 因此不可避免會出現抖動現象.
而面對這樣的缺陷, 目前廠家主流的方法就是取消了傳統的平衡軸, 並採用了一個小尺寸的曲軸來抵消並削減發動機側主動飛輪的扭轉振動, 從而實現了比較優秀的振動控制. 福特Ecoboost1.0T三缸發動機就是如此, 並且福特在曲軸配重上下了功夫, 讓1, 3缸曲柄的配重塊重心偏移了30°, 來抵消力矩.
通用Ecotec三缸發動機就更厲害了, 在常規基礎上, 採用了有別於傳統雙質量飛輪的鐘擺式雙質量飛輪, 利用呈鐘擺型的離心擺往複作用, 反向抵消並削減了來自發動機側主動飛輪的扭轉振動. 因此理論上講, 通用Ecotec三缸發動機可以將抖動降到最低.
當然, 有抖動必然有噪音. 除了在發動機上需要做足功課之外, 在如何防止振動傳入車廂, 降低噪音, 也是三缸發動機要比四缸發動機考慮更多的.
以別克GL6為例, 除了採用了超靜音皮帶以及增加隔音罩等隔音材料之外, 在發動機與車身的連接方式上, 工程師也是花了大心思. 沒有使用最為常見的橡膠塊懸置, 而是用了成本更高的液壓懸置來實現發動機與車身更好的軟性連接效果. 承托這台三缸機的是帶液壓支撐的發動機三點式懸置系統, 這樣就可以把發動機的振動擋在懸置系統上, 從而進一步降低噪音.
最後, 關於如何提高動力性能方面, 也是用戶比較關心的問題. 眾所周知, 三缸機先天少一缸, 導致進氣量不足, 從而低扭乏力. 因此三缸發動機的起步, 加速性能明顯不如傳統的四缸發動機, 所以在爬坡時後三缸機也會顯得比較吃力. 但是隨著目前缸內直噴和渦輪增壓等技術的普及和進步, 一舉解決了三缸發動機低轉速時動力不足的問題, 其動力輸出的表現甚至超過了一些傳統1.6L, 2.0L四缸發動機.
以通用Ecotec動力序列中的1.3T三缸機為例, 它的使命則是要取代上一代的1.4TEcotec四缸渦輪增壓發動機. 而從數據來看, 其的最大輸出功率為163馬力, 相比於1.4TEcotec發動機提升了23%, 最大扭矩為230牛·米, 相比於1.4TEcotec發動機提升了15%. 可以說, 無論是功率還是扭矩上, 傳統四缸自然吸氣引擎都無一例外的處於下風.
而事實上, 通用三缸發動機相比同級競爭對手也有很大的優勢. 不管通用1.0TEcotec還是1.3TEcotec三缸機上都用到了智能雙噴射技術, 通過每個氣缸頂部兩個噴油器的協同噴射, 來保證霧化燃油在發動機氣缸內的均勻分布, 減少燃油濕壁出現的情況. 此外, 兩個噴油嘴通過實現開閥噴射來冷卻缸內的混合氣, 也解決了此前小排量三缸渦輪增壓發動機一直面臨的爆震風險短板.
與此同時, 更高性能的ECU也發揮著不小的作用, 通用全新的Ecotec系列小排量三缸發動機包括了中置式DVVT雙可變氣門正時系統, 智能熱管理系統, 智能啟停系統, 智能點火線圈, 智能可變排量機油泵, 電子節氣門等. 在最大限度優化發動機性能同時也對燃油經濟性和清潔排放有著突出貢獻.
因此, 綜合來看, 三缸機確實不輸四缸機. 特別是在動力性能實際表現上和同排量四缸並無明顯異常, 並且油耗得到進一步降低. 也因此, 消費者對於三缸發動機認可度也在逐漸提高, 數據顯示, 搭載新一代三缸機的別克英朗, 閱朗, GL6等車型, 自2017年第四季度相繼上市, 截至今年6月市場銷售超過28萬輛. 從技術發展趨勢看, 三缸發動機並非洪水猛獸, 而是當前大環境下的必然趨勢, 未來有望像渦輪增壓發動機取代自然吸氣發動機那樣, 成為行業主流.
當然, 三缸機目前也面臨挑戰, 尤其是消費觀念. 很多消費者在選車時, 一看到三缸機就直接刪掉. 如何在技術升級, 性能提升的同時, 讓市場和消費者接受三缸機, 是每個車企都面臨的課題.
