揭露真相!为什么宝马,本田,领克都开始沿用三缸发动机?

最近几年,各大厂商陆续推出了一系列满足大规模量产列装条件的小排量三缸四冲程增压发动机(下文简称三缸发动机),排量集中在1.0L-1.5L之间,常见机型有搭载于领克02的1.5TD 涡轮增压发动机,本田1.0T涡轮增压发动机,通用Ecotec 1.0/1.3T涡轮增压发动机,宝马1.5T涡轮增压发动机,其初衷在于以更低的油耗和更清洁的废气达到以往1.6L甚至2.0L四缸发动机才能达到的动力输出水平。

领克02 1.5T车型搭载的便是三缸涡轮增压发动机

说白了,三缸发动机的设计初衷就是既让马儿跑,又让马儿少吃草。不过话说回来,市面上搭载三缸发动机的车型不少,但卖得好的却不多,难道三缸发动机就真的一无是处吗?与四缸机相比,其优缺点又是什么呢? 领克在研究三缸发动机的路上又有哪些创新呢?

搭载于领克02的1.5T 三缸四冲程涡轮增压发动机

按照大家的惯性思维,同等排量,少了一个气缸,发动机动力水平一定会降低。实际上一定是这样吗?领克02搭载的1.5TD中功率版最大功率115千瓦,峰值扭矩245牛·米;高功率版最大功率132千瓦,峰值扭矩265牛·米,达到甚至超越了大部分1.6L,甚至1.8L自然吸气发动机的动力水平。综合来看,三缸发动机较四缸发动机,在少了一个气缸的情况下,动力水平不一定会降低,所以大家不必担心三缸涡轮增压发动机动力不足的问题。

除了动力性不一定逊色于四缸机之外,领克02搭载的1.5TD 三缸发动机还主要有以下三个方面的优势:

1)  低惯量涡轮增压器、缸内直喷技术带来更小的涡轮迟滞,动力响应更加迅猛

相信谁都不想踩下油门后需要等好几秒钟才迎来动力输出,这一点在涡轮增压发动机上尤为重要。领克在解决涡轮迟滞问题方面采用了一系列比较成熟的技术,如采用来自著名供应商博格华纳的1000转即可介入工作低惯量设计涡轮以消除涡轮迟滞,燃油雾化效果更好的非均匀6孔喷射技术的中置缸内直喷等。

2) 发动机整体重量和体积都会降低,有利于降低整车重量,改善燃油经济性。此外,由于发动机内部少了一个气缸,精简了配件冗余,相当于变相地减少了发动机内部的摩擦,一样可以改善整车的燃油经济性。

如领克02部分车型搭载的1.5TD 三缸涡轮增压发动机,其重量仅为113.2Kg,而大家熟知的大众第三代EA888 1.8T重量为144Kg,重量和体积上都有着不小的优势。

3) 低转速的扭矩问题一直是高转取向自然吸气发动机的硬伤,驾驶奇瑞QQ开着空调爬一个急坡你就会明白什么叫心有余而力不足。在三缸发动机上,尤其是增压机型上,一般都将发动机冲程设计得足够长,冲程越大,发动机的扭矩表现越优秀。

举个例子,冲程好比打拳击时的蓄力,蓄力距离越远,打击力量越大(扭矩大),但很难频繁出拳(转速低);蓄力距离越近,打击力量越小(扭矩小),但可以快速多次打击对手(转速高)。

4) 此外,三缸发动机可以做到更高的排气效率,其本质上是避免了四缸四冲程发动机的排气干扰问题。要想解释清楚这个问题,先让我们了解一下发动机的气门相位图。


在理想工况下,吸气、压缩、做功、排气四个冲程各占奥拓循环的1/4个行程,互不干扰,但为了达到更好的扫气效果,现代四缸发动机常常会采用早开晚关排气门的策略来增加进气量,并尽可能排干净燃烧室内的废气,这期间会存在进气门和排气门同时开启的现象,反映在曲轴转角上,便是气门重叠角。虽然能改善发动机的进排气效率,但这一技术也带来了一些问题。


如图所示,因为气门重叠角的存在,四个冲程均分奥托循环的理想状态被打破,不同缸排气时难免出现干扰,也就是图中灰色部分标注的。对于传统的自然吸气发动机来说,这一问题可以通过更换造假颇为昂贵的等长芭蕉解决,但对于四缸四冲程涡轮增压发动机来说,废气的管路越长,涡轮迟滞就越大,这明显是消费者所不希望看到的。从根本上讲,这是一个物理瓶颈,哪怕更换更低惯量的涡轮增压器也是无法完全克服的。

而同样的一个奥托循环,三缸发动机上只有三个缸可以完成吸气、压缩、做功、排气这四冲程,这也就意味着曲轴每旋转180度,就可以有约60度的空档期,而这60度的空档期正好可用作排气,这样就可以巧妙的解决排气的干扰问题。

但前文提到的60度的空档期也是有代价的,曲轴空转60度而没有任何缸做功,带来的后果是动力中断。如果我们把四缸机的做功频率比喻为一首循环播放的歌,那么三缸机的做功频率就是点歌台,上一首和下一首总有停顿的时间。

当然,搭载三缸发动机的车型之所以在市面上较少,是因为其还存在着三个方面的问题需要较雄厚的技术储备才能解决。

首当其冲的便是三缸发动机的抖动要明显高于四缸发动机。四缸发动机由于缸数是偶数,活塞运动产生的惯性力矩是可以平衡的,但三缸发动机缸数为奇数,活塞运动和曲轴旋转的惯性力矩无法相互抵消,这也就造成了三缸发动机抖的问题,进而影响行驶品质。 

运动惯性和旋转惯性均不平衡是导致三缸机一阶抖动明显的主要原因

当然,一阶抖动过大这一问题也可以通过物理方法解决。


领克1.5TD 三缸涡轮增压发动机为解决一阶抖动的问题,采用了两种业内公认的比较行之有效的办法,即新增一组平衡轴和采用双质量飞轮, 并针对正时系统NVH进行优化,完美解决噪音和发动机抖动的问题。

其次便是前文提到过的动力连贯性问题,三缸机由于两次做功之间间隔较大,所以动力输出会出现中断的现象。

最后,由于先天结构的问题,三缸发动机,纵然是涡轮增压机型普遍很难达到一个较高的转速(因为转速越高,抖动越剧烈),由此带来的问题是峰值功率往往不大,功率的衰减点较四缸机也来得更早一些,表现在驾驶过程中便是扭矩平台窄,后期加速乏力。

行文至此,相信大家已经对三缸发动机的优缺点和领克02搭载的1.5TD发动机有了一个比较深入的了解,搭载这款发动机的领克02也是时下受关注度极高的一款车型。作为吉利与沃尔沃共同出资建立的高端品牌,领克绝对算是近些年来新成立品牌中的佼佼者,与沃尔沃CX40一样基于CMA平台打造的领克01一经推出便受到了无数的好评,可以说是获得了开门红,而近日上市的领克02,在可靠性上依然向沃尔沃看齐,1200万公里各种路况下的超长路试便是最好的证明,12.28万-19.28万元的售价更是敲开中低端市场的敲门砖。至于其未来市场表现如何,让我们一起期待吧!

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