为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?

    更新时间:2018-08-21 10:05  

一百多年来,汽车内燃机的发展一直在动力、经济环保之间寻找平衡点。其中最具争议性的三缸发动机,不知道从何时开始也变得活跃起来——从80年代红遍大江南北,然后逐渐被抛弃,到现在又被大家纷纷捡回来当宝贝,难道历史是在开倒车?

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?

我们为什么要搞三缸时代?

过去,三缸发动机在普罗大众的认知里,一直是廉价、低端的象征,大家都觉得缸数越多的车越高级,动力越好,因此,当大家看到诸如V6、V8、V10、W12等符号时,都像打了鸡血一样亢奋。然而,三缸发动机这个不被大家看好的“先天畸形”选手,如今却得到各大车企顶尖工程师和国际知名媒体的青睐:在年度国际发动机评选当中,1L-1.4L组别的PSA 1.2T和1.4L-1.8L组别的宝马1.5T混合动力一直稳坐冠军宝座。它们有一个共同点——没错,它们都是三缸涡轮增压发动机。而在这个排量范围内,我们日常所见到的大多数四缸机型却没有上榜。汽车行业这是要变天了?

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?

往复惯性力矩不平衡始终是三缸的一大缺憾,因此,抖动成为了三缸发动机一直被人诟病的问题,但工程师却坚信,先天不足可以通过后天努力来弥补。从前(其实也就是十几年前),只有在A00级别廉价微型车上才能见到三缸机的身影,如今连20多万的走量车型也在使用,三缸机是自信到膨胀了吗?

在节能减排的大背景下,缩减排量、发动机小型化成为了大势所趋,政策的鞭挞让传统主机厂不得不马不停蹄地减排缩缸。92号汽油都直逼7块5毛了,消费者当然热衷于看到在不牺牲动力的前提下实现低油耗,而最终出现在大家眼前的三缸发动机,油耗水平真的能如大家所愿吗?

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?

我们找来了:当年微型车界的传奇——铃木奥拓,搭载铃木1.0L自然吸气发动机,是过去老旧三缸机技术的代表;目前的三缸机车型中流砥柱——标致408,搭载PSA1.2T发动机,已连续四年获得国际最佳发动机;20多万的豪华品牌代表——宝马3系,搭载宝马1.5T发动机,在业内经常被当做对比标杆;今年的当红炸子鸡——别克GL6,搭载上汽通用最新Ecotec 1.3T发动机,代表新生代三缸机车型;还有进可运动退可省油的混动车型代表——名爵eMG6,搭载上汽1.0T插电混动系统等8款车型。

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?

我们将从振动及噪音、油耗表现、加速性能、行驶品质四大维度进行客观数据测量以及主观专业评价,看看目前的主流三缸机车型与前辈们相比,是否有进步,是否值得消费者掏腰包。

本篇文章作为《三缸时代》的开篇,接下来将会先带大家逛一圈“技术博物馆”,看看三缸发动机在技术层面都有哪些改进?为了解决三缸机先天不足的缺憾,聪明的工程师们都做了哪些努力?

三缸机发展之路:终于熬出头了

三缸机的不足

三缸发动机最为致命的问题就是抖动,也常常因为这一个问题就让大家忽略了它的好。如果非要讲明白三缸机的抖动问题,恐怕需要另写一篇文章才能讲明白,为了避免看得一头雾水我们先来简单了解一下吧。

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而每个气缸的点火顺序不一样,如果将六缸发动机每个气缸的惯性力/力矩叠加之后合力为零,自身能够实现完美平衡。四缸发动机主要问题是无法消除的二阶惯性力,而三缸发动机由于其缸数为奇数,一阶、二阶惯性力矩都不平衡,病症更为复杂,更加棘手。

初始阶段:从无到有再到强

80年代,天津一汽引进了日本大发微型两厢车Charade1.0的生产制造技术;接着,经过一次换代之后,天津一汽在此基础上稍加改造推出了红遍大江南北的夏利TJ7100,真正实现了“华夏得利,中国人得力”的美好愿景。夏利TJ7100所搭载的正是一台代号为TJ376Q的三缸发动机(匹配四挡手动变速箱),这台发动机是基于大发CB系列发动机改进而来的,跟随夏利直至停产。

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这台发动机排量为993ml,最大功率38kW/5600rpm,最大扭矩75Nm/3200rpm,压缩比9.5,结构简单轻巧。具体有多轻呢?你也许想象不到这台发动机只有92kg!只要两个成年人就可以把它提起来。不过可别小瞧了这台小小的三缸发动机,它身上各项技术配置在当时并不落后:这台三缸直列横置自然吸气发动机采用了水冷、顶置气门、平衡轴以及双腔化油器等技术。

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这些还不够:为了减轻重量,其气缸盖采用铝合金材料制造而成,火花塞布置在靠近燃烧室中心位置,燃烧室形状也优化为多球形,以促进涡流提高滚流比,只不过当时计算机仿真分析及技术水平有限,导致燃烧效率的提升也十分有限——毕竟它的存在,是从无到有的跨越,至于从有到优,那便是后浪推前浪的故事了。

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?

虽然马力小到开着空调上坡都不容易、声音也十分豪放、抖动程度犹如懒人减脂机,但是生命力却极其顽强,一度被拿来当做模板研究;后来还有研究人员在这台发动机的基础上采用了二次燃油喷射技术,居然还实现了稀薄燃烧!可见这台发动机的骨骼精奇,天生就是一副练武好料。

成熟阶段:狂秀各种新技术

随着国民消费水平逐渐提高,大家的消费观念也在慢慢升级,夏利也到了退出历史舞台的时刻了。然而,关于三缸发动机的故事却并未停止。沉寂多年后,福特1.0T发动机的面世,让三缸发动机重新回到了众人的视野当中。

福特这款全新1.0T(EcoBoost125)发动机,最大功率92kW/6000rpm,最大扭矩170Nm/1500-4500rpm,单从账面数据就能秒杀掉福特原有的1.6L及1.8L自然吸气发动机。

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福特为这台小小的1.0T三缸机配备了许多先进的内燃机技术:采用低惯量涡轮增压器、顶置缸内直喷、平衡轴、双质量飞轮、双VVT(双可变正时气门)、集成式排气岐管、双节温器(两个都为传统石腊式)、变排量机油泵…这些在今后的内燃机发展中也成为了各大车企小排量涡轮增压发动机的主流技术,现在看来仍不过时,也难怪这款“神机”能连续5年拔得国际发动机评选小排量组别的头筹。

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值得注意的是,这款发动机所匹配的变速箱类型比较多,有6AT、6DCT、5MT三款。其中,由于6AT变速箱有液力变矩器,因此无法在发动机上布置双质量飞轮,只能采用平衡轴结构;而与6DCT、5MT相匹配的发动机,则可以采用双质量飞轮。简而言之就是:双质量飞轮与平衡轴并不会同时存在于同一款发动机当中。无论是双质量飞轮也好,平衡轴也罢,都是为了改善三缸发动机的抖动问题。直到2017年,通用发布的两款三缸发动机(Ecotec1.0T与1.3T),也同样采用了这一技术路线:1.0T采用钟摆式双质量飞轮,而1.3T采用平衡轴,造成差异的原因,同样是因为所匹配的变速器类型不同。

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未来趋势:混合动力新选择

三缸发动机发展至今,又多了一种新玩法——组成混合动力系统。三缸机搭配混合动力系统之后,发动机可以专注于提高热效率,控制发动机在最经济的工况下工作,采用米勒循环降低油耗,设计研发阶段不必过多地为发动机动力性能而作出让步——因为降低油耗所带来的发动机动力性能降低,可以通过电机来弥补。

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?

车企投入大量精力去研发三缸机,并以此为圆心扩充产品线,沃尔沃/吉利的1.5T、广汽传祺1.5TM就是其中很好的例子——他们在设计之初就考虑到了对混动的支持,能够和多种变速箱、电机组合在一起。

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?
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广汽在混动方面同样也有大动作,在今年的北京车展当中一下子展出了两台三缸发动机:1.0TGDI和1.5TM。其中1.0TGDI搭载48V启停电机(轻混),未来主要应用于A0、A级乘用车;而1.5TM则主要应用于混合动力车型上,其采用米勒循环重在降低油耗,最大功率扭矩也比广汽现阶段正在使用的四缸发动机要低一些。

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?
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“缩小尺寸降低排量,则具备降低油耗的潜质”,这话的确不假,但从目前的情况看,三缸发动机在采用了铝合金缸体实现轻量化、双VVT、低摩擦热设计、变排量机油泵、活塞结构优化等常见的节油技术手段之后,最终的油耗成绩却还是不够抢眼,真正能够实现明显节油效果的解决方案,还是得看混动模式。

为了治好三缸发动机的抖动,车企们都做了哪些努力?

总结

现实情况是这样的:砍掉一个气缸后,使用PSA 1.2T三缸发动机的东风标致408,还要比同配置且搭载1.8L自吸四缸发动机的车型贵上两千块;而福特福克斯1.0T与配置基本相同的1.6L版本价格几乎一致,可见三缸车型并不廉价。之所以会出现这种现象,归根到底都是因为“成本”——为了改善平顺性和提高动力性能,投入到三缸机身上的大量先进内燃机技术,只能说明三缸机的研发成本并不会比四缸机要少,最后便会以车型售价的方式具体地体现出来。

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