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为什么很多人说三缸发动机不行?这种车到底能

  面对紧凑级市场越来越多的三缸发动机,许多想要购车的朋友开始不知所措,今天叫兽就相对

  成本,没错,三缸发动机相比四缸发动机减少了整整一套进排气组件、活塞连杆结构,成本方面有相当大的优势。同时,厂商还有第二个不得不选择三缸的理由,这就是目前实施的“双积分政策”,这个政策逼着几乎所有厂商,在重压之下一起走上了三缸的不归路。

  “双积分政策”规定:乘用车平均燃料消耗2018年至2020年的目标值分别为百公里6升、5.5升和5升,当年的正积分可以结转,负积分可以通过关联企业的正积分抵偿归零或新能源汽车正积分抵扣。

  很多人可能有疑问了,三缸机就能省油?我怕不是厂商派来的托吧?这大家大可放心,因为三缸机还有一堆问题要和大家娓娓道来,但三缸机的确更加省油。

  想要了解三缸发动机能达到省油的目的,我们需要先搞清楚,对于一辆汽车而言,有哪些因素影响油耗:

  ● 空气阻力:也就是风阻,对于一辆车来说,其风阻系数(Cd值)由车身设计决定,风阻系数越低,同样的速度下油耗就越低,而速度越快风阻越大,相对油耗就会升高。

  ● 车轮滚阻:也就是轮胎阻力,与轮胎宽度、轮胎型号、温度和天气都有一定关系。

  ●发动机热效率:指发动机有效与所消耗燃料的总能量的比,这项数值与发动机本身的技术有关。

  有目共睹的是,汽车厂商以及轮胎厂商在前三项工作上都取得了可喜的突破,采用铝合金轻量化的中级车车重可降至1.5吨左右,优化风阻设计后Cd值普遍也能到0.30以内,轮胎各种型号的轮胎中,更有专门的一栏是留给低滚阻经济性轮胎的。

  降低车辆油耗,一方面是满足消费者对低日常成本的需求,另一方面也是政策的不断压迫,每一处能偷油耗的地方,厂商都在进行着各种努力。而现在厂商使用三缸发动机,就是现阶段成本最低、效果最好的最优解。

  三缸发动机的排量一般都小于1.5L,但现如今涡轮增压技术成熟,在“工况稳定”的情况下,三缸涡轮增压发动机的升功率普遍超过80kW,未来甚至可以超过100kW,这就意味着1.0T的小排量涡轮发动机的动力丝毫不逊色于传统的1.5L、1.6L自吸发动机,并且在扭矩输出方面也更有优势。

  ●小排量:在同样转数下,活塞环与气缸内壁的摩擦更少,降低了发动机的内耗。

  ●三缸的运动副减少:相对于四缸发动机,三缸发动机减少了一组曲柄连杆机构、活塞冷却喷嘴,同时也减少凸轮轴轴承、挺柱等运动副的摩擦功。

  ●体积和重量降低:重量降低直接影响到油耗,与车身减重同理;同时体积减小,发动机的缸散热量也会降低,有利于降低油耗。

  这里你可能要问了,既然减小缸数能提升发动机效率,那为什么不用单缸或者双缸发动机?

  你真以为汽车厂商不想?相信我,假如条件允许他们真的会这么做,但两个难题的确难以克服。首先就是NVH,三缸发动机在平衡轴等技术的引入后,NVH表现尚且无法令人满意,单缸和双缸在这方面就更加要命了。

  其次,也是最关键的,单缸和双缸无法很好的匹配涡轮增压技术,这是因为单缸和双缸发动机的排气连续性不足。

  发动机一个循环周期为720度,也就是旋转两周。一个正常的排气周期为180度,假设排气门打开提前角为30度,关闭滞后角为30度,那这样一个排气冲程大约为240度。这就意味着,单缸发动机在一个循环内2/3的时间(720-240=480度)没有排气脉冲,而双缸发动机在一个循环内则有1/3的时间没有排气脉冲,这就会导致涡轮压力不足。三缸发动机则没有这个问题,240+240+240恰好等于720度,排气脉冲可以覆盖整个发动机循环,即便排气门的开启提前角与关闭滞后角没有这么大,也足以保证整个涡轮系统的运转。

  四缸发动机匹配涡轮尚且还要对排气歧管设计进行优化,以避免排气干扰的产生,而三缸发动机却能完美的避开这个问题。

  并且三缸的涡轮增压技术积淀深厚,把点火顺序为1-5-3-6-2-4的V6双涡轮增压发动机上切除一半,其基础结构恰好与三缸发动机完全相同,而后者早就被广泛应在了各类中大型轿车以及各类跑车之上。

  正因为三缸发动机拥有较低的技术门槛和成本,厂商为了降低油耗,满足法规政策,才会对这个并不完美的发动机结构趋之若鹜。但不可否认,三缸发动机存在一个严重问题。下一部分,我们就将详细展开说明。

  在“传说”之中,三缸发动机有着种种的不好,例如振动大、噪音大、加速无力、寿命短等一系列问题。但某种程度来说的确对三缸机有些“过敏”了。

  三缸发动机的结构可以简单的看做是半个V6发动机,性能方面我们上一部分说过,1.0T的三缸涡轮增压发动机性能方面是超过1.5L自然吸气发动机。并且在发动机的验证测试环节,三缸发动机同过去的四缸发动机、六缸发动机一样,同样要经历耐久疲劳测试、深度冷热冲击测试,还需要在系统的测试后重新验证其标定性能,这些的测试强度远超日常使用车辆的负荷,所以对发动机品质问题大可不必担心。

  不过受制于结构的问题,三缸发动机的抖动影响车主的日常体验,即便厂商为三缸发动机的抖动提供的优化比过去四缸发动机多得多,但先天性不足的三缸机的确很“抖”。

  发动机之所以会产生振动,是因为在一个发动机的循环周期(曲轴旋转两周)内的不同时间节点上,每个气缸中的运动副(活塞、曲轴、连杆)都处于不同的工作状态,任一时刻下系统的力和力矩出现不平衡就会产生振动,从力学的角度看有四个因素需要分析:

  如果我开始写公式,相信大家都要开始关闭阅读了,所以我们干脆换一种直观的方式先来看一看这个问题。

  通过图片我们可以看到,直列四缸发动机中1缸、4缸相对,2缸、3缸相对,其活塞的运动方向总是两上两下,并且相对位置相同,这就平衡了往复惯性力。而往复惯性力作用在曲轴上的力矩,也像跷跷板上左右各坐了两个体重体型相当的人,也就保持了往复惯性力距的平衡,直列六缸发动机同理。

  而三缸发动机的三组活塞的曲柄结构成120度布置,其三活塞结构看起来就不那么平衡,但通过计算我们就可以知道,三缸发动机的往复惯性力是动态平衡的。但在曲轴上,三组运动副分别产生的往复惯性力矩却非常杂乱,自身结构根本无法平衡,这些杂乱的力矩就需要曲轴来承受,于是就产生了不规律的扭曲振动。

  要了解三缸机的振动有多严重,我们就必须先科普一个小知识,关于发动机的1阶、2阶、3阶...n阶振动。在发动机的振动优化阶段,工程师会对发动机振动波进行取样分析,再通过传统工程上的“傅里叶变换”可以将复杂主振波型拆分成独立的不同频域下的振动,根据振动频率的不同,可以将这些周期性的振动波分为1阶、2阶...n阶振动。

  由于振动都是由某一系统性的结构不平衡产生的,所以不管是1阶振动还是2阶振动,都是周期性的。工程测试上发现,三缸发动机的主要振动来自冲击感强的1阶振动,其比例接近80%,而2阶振动的比例只有20%,3阶以上振动相比之下可以忽略不计。我们常见的直列四缸发动机不存在1阶振动,所以振动程度远小于三缸发动机。

  并且,由于1阶振动的频率只有2阶振动频率的一半,所以振动所传递的“脉冲感”更强,而高频率振动感受更加绵密,冲击感低。

  虽然我们常说直列六缸发动机和水平对掷发动机是完全平衡的,但发动机在真正工作时并不存在完美平衡,由于缸内的燃烧冲击,系统的总倾覆力矩无法被完全抵消,只能通过增加缸数和平衡点火时间可以尽量减少燃烧冲击带来的影响。

  由于缸数少,三缸发动机在同样动力输出的条件下,单缸单次做功更多,这也进一步加剧了振动。由于这样的先天缺陷,三缸发动机的确“抖”的更厉害。

  从理论上说,只要可以测定出振动的主要来源,就可以通过设计平衡轴,优化飞轮、曲轴动平衡,设计偏心活塞达到惯性平衡,并且许多四缸发动机上也有相应的设计,但想要完全平衡三缸机的振动尤其困难,甚至没有厂商会这么做。

  三缸发动机要完美解决振动问题需要四组平衡轴装置,不仅成本过高,这样的三缸发动机在体积和重量上也失去了优势,更何况每个平衡轴的运动也会产生响应的摩擦阻力,最终相对四缸发动机的油耗优势被消耗殆尽。

  好在汽车工业经过了这么多年的发展,技术积累相当丰富,目前市面上优秀的三缸发动机已经拿出了相当多值得借鉴的优化技术:

  ●平衡轴:通过一根旋转轴的结构,同步与发动机工作,对某1阶的周期振动进行平衡。当然发动机可以通过设计多组平衡轴起到更好的平衡效果,但由于空间、成本等客观原因,通常三缸发动机只设计有一根平衡轴对1阶振动进行平衡。

  ●偏心式飞轮/曲轴平衡块:减少整体结构的偏心程度,消除离心惯性力,从而减少振动的产生。

  ●腹内轻量化:通过轻量化的活塞连杆结构,减少不平衡的惯性力,从而减少振动的产生。

  ●优化点火时间:通过调整气缸的点火时机,在保证燃烧的情况下,减少不必要的振动产生。

  但是这些技术不像缸内直喷、双凸轮轴技术,没法照猫画虎,拿过来没法直接用。所以即便市场上许多厂商宣称他们做了各种优化,但其发动机表现仍难差强人意。技术提升需要大量的数据沉淀,系统优化也“牵一发而动全身”,因为不确定的“X因素”太多,所以优化三缸发动机难度很大。

  对市面各类三缸发动机的用户投诉进行统计也可以发现一个有趣的现象,那就是同为三缸发动机,不同品牌、不同型号之间,其抖动问题的表现和抖动严重的转速区间都存在很大不同,这也说明不能只用“三缸”就定性所有三缸发动机的表现。

  三缸发动机的振动优化类比来看更像对底盘的调教,颇有些玄学的味道,需要厂商深厚的技术沉淀和不计成本的尝试,所以市面上的确存在在我看来振动表现可接受的三缸发动机,不过对于某些品牌的三缸发动机,我则只能抱有敬意,默默远离。

  通过前面聱牙且漫长的说明,我们了解了三缸发动机为什么会抖,以及三缸发动机的抖动优化难在哪里,既然完全平衡三缸发动机本身是几乎不可能的,那你可能要问了:三缸发动机有未来吗?

  对此,我给出的答案是肯定的。首先市面上的确有一些振动表现不错的三缸车型,为了避免有广告嫌疑,具体车型就不展开去说了,但这部分“优质”三缸发动机的出现足以证明:三缸发动机在优化水平过关的情况下,其振动问题远没有达到令人无法忍受的地步。

  当然,目前的客观情况是:市面上大部分三缸发动机及整车的NVH优化都有待提升。

  车辆真正传达到用户层面的NVH表现是包含整车NVH优化的,厂商可以通过对发动机悬置、整体振动隔绝在三缸发动机振动无法完全解决的前提下,进一步提升用户层面的体验,并且如果你能接受三缸发动机在振动方面相比四缸、六缸发动机的先天差距,你还可以收获更为低廉的购车价格。

  改换三缸发动机的别克英朗车型经历了一段时间的销售低谷,但最终在终端优惠变大后销量迅速回升,上个月已经达到了单月单车销售3万台的水平,在车型总销量榜上排名前5。

  而三缸的宝马车型也有类似情况,其B系列发动机的1.5T三缸目前搭在在1系三厢、2系、3系以及SUV入门级车型X1身上。同其他品牌,大家普遍也对三缸发动机的宝马嗤之以鼻,但市场统计结果给出了截然不同的反馈,宝马1系三厢车型的销量85%都来自搭在1.5T三缸发动机的118车型。

  同样,宝马的入门级SUV X1车型80%的销量也来自其两驱1.5T三缸发动机版本,甚至最有宝马精神的3系车型,搭在三缸发动机的318车型也有着月销过千的出色表现。

  把这几款三缸发动机的宝马车型销量进行简单的相加就能发现,三缸的宝马车型每月的销量都稳定超过10000台。一个豪华品牌尚且如此,对于一些更为廉价的买菜车型,如果三缸发动机的优化过关,并且能够大幅降低我的购车成本,那么购入一台优化够好的三缸车型也未尝不可。

  前面,我们一直强调三缸发动机除了省油外,还有体积小、重量轻的优点。在结合新能源技术时,采用三缸发动机更有助于整车的轻量化和动力系统的布局优化,同时在电机动力的加持下,还能完美避开三缸发动机怠速抖动的毛病,最大化的发挥出了三缸发动机的优势。

  当然,盲目迷信小排量省油的说法是站不住脚的,小排量涡轮发动机在工信部的测试上的确更有优势,但如果你需要急加速,燃烧条件的恶化会让小马拉大车的小排量三缸发动机变得更加费油。

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作者:JK娱乐--时间:2018-12-12 23:27

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