一百多年來(lái),汽車內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展一直在動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)環(huán)保之間尋找平衡點(diǎn)。其中最具爭(zhēng)議性的三缸發(fā)動(dòng)機(jī),不知道從何時(shí)開始也變得活躍起來(lái)——從80年代紅遍大江南北,然后逐漸被拋棄,到現(xiàn)在又被大家紛紛撿回來(lái)當(dāng)寶貝,難道歷史是在開倒車?
我們?yōu)槭裁匆闳讜r(shí)代?
過去,三缸發(fā)動(dòng)機(jī)在普羅大眾的認(rèn)知里,一直是廉價(jià)、低端的象征,大家都覺得缸數(shù)越多的車越高級(jí),動(dòng)力越好,因此,當(dāng)大家看到諸如V6、V8、V10、W12等符號(hào)時(shí),都像打了雞血一樣亢奮。然而,三缸發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)不被大家看好的“先天畸形”選手,如今卻得到各大車企頂尖工程師和國(guó)際知名媒體的青睞:在年度國(guó)際發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)選當(dāng)中,1L-1.4L組別的PSA 1.2T和1.4L-1.8L組別的寶馬1.5T混合動(dòng)力一直穩(wěn)坐冠軍寶座。它們有一個(gè)共同點(diǎn)——沒錯(cuò),它們都是三缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。而在這個(gè)排量范圍內(nèi),我們?nèi)粘K姷降拇蠖鄶?shù)四缸機(jī)型卻沒有上榜。汽車行業(yè)這是要變天了?
往復(fù)慣性力矩不平衡始終是三缸的一大缺憾,因此,抖動(dòng)成為了三缸發(fā)動(dòng)機(jī)一直被人詬病的問題,但工程師卻堅(jiān)信,先天不足可以通過后天努力來(lái)彌補(bǔ)。從前(其實(shí)也就是十幾年前),只有在A00級(jí)別廉價(jià)微型車上才能見到三缸機(jī)的身影,如今連20多萬(wàn)的走量車型也在使用,三缸機(jī)是自信到膨脹了嗎?
在節(jié)能減排的大背景下,縮減排量、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化成為了大勢(shì)所趨,政策的鞭撻讓傳統(tǒng)主機(jī)廠不得不馬不停蹄地減排縮缸。92號(hào)汽油都直逼7塊5毛了,消費(fèi)者當(dāng)然熱衷于看到在不犧牲動(dòng)力的前提下實(shí)現(xiàn)低油耗,而最終出現(xiàn)在大家眼前的三缸發(fā)動(dòng)機(jī),油耗水平真的能如大家所愿嗎?
我們找來(lái)了:當(dāng)年微型車界的傳奇——鈴木奧拓,搭載鈴木1.0L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī),是過去老舊三缸機(jī)技術(shù)的代表;目前的三缸機(jī)車型中流砥柱——標(biāo)致408,搭載PSA1.2T發(fā)動(dòng)機(jī),已連續(xù)四年獲得國(guó)際最佳發(fā)動(dòng)機(jī);20多萬(wàn)的豪華品牌代表——寶馬3系,搭載寶馬1.5T發(fā)動(dòng)機(jī),在業(yè)內(nèi)經(jīng)常被當(dāng)做對(duì)比標(biāo)桿;今年的當(dāng)紅炸子雞——?jiǎng)e克GL6,搭載上汽通用最新Ecotec 1.3T發(fā)動(dòng)機(jī),代表新生代三缸機(jī)車型;還有進(jìn)可運(yùn)動(dòng)退可省油的混動(dòng)車型代表——名爵eMG6,搭載上汽1.0T插電混動(dòng)系統(tǒng)等8款車型。
我們將從振動(dòng)及噪音、油耗表現(xiàn)、加速性能、行駛品質(zhì)四大維度進(jìn)行客觀數(shù)據(jù)測(cè)量以及主觀專業(yè)評(píng)價(jià),看看目前的主流三缸機(jī)車型與前輩們相比,是否有進(jìn)步,是否值得消費(fèi)者掏腰包。
本篇文章作為《三缸時(shí)代》的開篇,接下來(lái)將會(huì)先帶大家逛一圈“技術(shù)博物館”,看看三缸發(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)層面都有哪些改進(jìn)?為了解決三缸機(jī)先天不足的缺憾,聰明的工程師們都做了哪些努力?
三缸機(jī)發(fā)展之路:終于熬出頭了
三缸機(jī)的不足
三缸發(fā)動(dòng)機(jī)最為致命的問題就是抖動(dòng),也常常因?yàn)檫@一個(gè)問題就讓大家忽略了它的好。如果非要講明白三缸機(jī)的抖動(dòng)問題,恐怕需要另寫一篇文章才能講明白,為了避免看得一頭霧水我們先來(lái)簡(jiǎn)單了解一下吧。
而每個(gè)氣缸的點(diǎn)火順序不一樣,如果將六缸發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸的慣性力/力矩疊加之后合力為零,自身能夠?qū)崿F(xiàn)完美平衡。四缸發(fā)動(dòng)機(jī)主要問題是無(wú)法消除的二階慣性力,而三缸發(fā)動(dòng)機(jī)由于其缸數(shù)為奇數(shù),一階、二階慣性力矩都不平衡,病癥更為復(fù)雜,更加棘手。
初始階段:從無(wú)到有再到強(qiáng)
80年代,天津一汽引進(jìn)了日本大發(fā)微型兩廂車Charade1.0的生產(chǎn)制造技術(shù);接著,經(jīng)過一次換代之后,天津一汽在此基礎(chǔ)上稍加改造推出了紅遍大江南北的夏利TJ7100,真正實(shí)現(xiàn)了“華夏得利,中國(guó)人得力”的美好愿景。夏利TJ7100所搭載的正是一臺(tái)代號(hào)為TJ376Q的三缸發(fā)動(dòng)機(jī)(匹配四擋手動(dòng)變速箱),這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是基于大發(fā)CB系列發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)而來(lái)的,跟隨夏利直至停產(chǎn)。
這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)排量為993ml,最大功率38kW/5600rpm,最大扭矩75Nm/3200rpm,壓縮比9.5,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧。具體有多輕呢?你也許想象不到這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)只有92kg!只要兩個(gè)成年人就可以把它提起來(lái)。不過可別小瞧了這臺(tái)小小的三缸發(fā)動(dòng)機(jī),它身上各項(xiàng)技術(shù)配置在當(dāng)時(shí)并不落后:這臺(tái)三缸直列橫置自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)采用了水冷、頂置氣門、平衡軸以及雙腔化油器等技術(shù)。
這些還不夠:為了減輕重量,其氣缸蓋采用鋁合金材料制造而成,火花塞布置在靠近燃燒室中心位置,燃燒室形狀也優(yōu)化為多球形,以促進(jìn)渦流提高滾流比,只不過當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)仿真分析及技術(shù)水平有限,導(dǎo)致燃燒效率的提升也十分有限——畢竟它的存在,是從無(wú)到有的跨越,至于從有到優(yōu),那便是后浪推前浪的故事了。
雖然馬力小到開著空調(diào)上坡都不容易、聲音也十分豪放、抖動(dòng)程度猶如懶人減脂機(jī),但是生命力卻極其頑強(qiáng),一度被拿來(lái)當(dāng)做模板研究;后來(lái)還有研究人員在這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上采用了二次燃油噴射技術(shù),居然還實(shí)現(xiàn)了稀薄燃燒!可見這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的骨骼精奇,天生就是一副練武好料。
成熟階段:狂秀各種新技術(shù)
隨著國(guó)民消費(fèi)水平逐漸提高,大家的消費(fèi)觀念也在慢慢升級(jí),夏利也到了退出歷史舞臺(tái)的時(shí)刻了。然而,關(guān)于三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的故事卻并未停止。沉寂多年后,福特1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的面世,讓三缸發(fā)動(dòng)機(jī)重新回到了眾人的視野當(dāng)中。
福特這款全新1.0T(EcoBoost125)發(fā)動(dòng)機(jī),最大功率92kW/6000rpm,最大扭矩170Nm/1500-4500rpm,單從賬面數(shù)據(jù)就能秒殺掉福特原有的1.6L及1.8L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
福特為這臺(tái)小小的1.0T三缸機(jī)配備了許多先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù):采用低慣量渦輪增壓器、頂置缸內(nèi)直噴、平衡軸、雙質(zhì)量飛輪、雙VVT(雙可變正時(shí)氣門)、集成式排氣岐管、雙節(jié)溫器(兩個(gè)都為傳統(tǒng)石臘式)、變排量機(jī)油泵…這些在今后的內(nèi)燃機(jī)發(fā)展中也成為了各大車企小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的主流技術(shù),現(xiàn)在看來(lái)仍不過時(shí),也難怪這款“神機(jī)”能連續(xù)5年拔得國(guó)際發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)選小排量組別的頭籌。
值得注意的是,這款發(fā)動(dòng)機(jī)所匹配的變速箱類型比較多,有6AT、6DCT、5MT三款。其中,由于6AT變速箱有液力變矩器,因此無(wú)法在發(fā)動(dòng)機(jī)上布置雙質(zhì)量飛輪,只能采用平衡軸結(jié)構(gòu);而與6DCT、5MT相匹配的發(fā)動(dòng)機(jī),則可以采用雙質(zhì)量飛輪。簡(jiǎn)而言之就是:雙質(zhì)量飛輪與平衡軸并不會(huì)同時(shí)存在于同一款發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中。無(wú)論是雙質(zhì)量飛輪也好,平衡軸也罷,都是為了改善三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的抖動(dòng)問題。直到2017年,通用發(fā)布的兩款三缸發(fā)動(dòng)機(jī)(Ecotec1.0T與1.3T),也同樣采用了這一技術(shù)路線:1.0T采用鐘擺式雙質(zhì)量飛輪,而1.3T采用平衡軸,造成差異的原因,同樣是因?yàn)樗ヅ涞淖兯倨黝愋筒煌?/font>
未來(lái)趨勢(shì):混合動(dòng)力新選擇
三缸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展至今,又多了一種新玩法——組成混合動(dòng)力系統(tǒng)。三缸機(jī)搭配混合動(dòng)力系統(tǒng)之后,發(fā)動(dòng)機(jī)可以專注于提高熱效率,控制發(fā)動(dòng)機(jī)在最經(jīng)濟(jì)的工況下工作,采用米勒循環(huán)降低油耗,設(shè)計(jì)研發(fā)階段不必過多地為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能而作出讓步——因?yàn)榻档陀秃乃鶐?lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能降低,可以通過電機(jī)來(lái)彌補(bǔ)。
車企投入大量精力去研發(fā)三缸機(jī),并以此為圓心擴(kuò)充產(chǎn)品線,沃爾沃/吉利的1.5T、廣汽傳祺1.5TM就是其中很好的例子——他們?cè)谠O(shè)計(jì)之初就考慮到了對(duì)混動(dòng)的支持,能夠和多種變速箱、電機(jī)組合在一起。
廣汽在混動(dòng)方面同樣也有大動(dòng)作,在今年的北京車展當(dāng)中一下子展出了兩臺(tái)三缸發(fā)動(dòng)機(jī):1.0TGDI和1.5TM。其中1.0TGDI搭載48V啟停電機(jī)(輕混),未來(lái)主要應(yīng)用于A0、A級(jí)乘用車;而1.5TM則主要應(yīng)用于混合動(dòng)力車型上,其采用米勒循環(huán)重在降低油耗,最大功率扭矩也比廣汽現(xiàn)階段正在使用的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)要低一些。
“縮小尺寸降低排量,則具備降低油耗的潛質(zhì)”,這話的確不假,但從目前的情況看,三缸發(fā)動(dòng)機(jī)在采用了鋁合金缸體實(shí)現(xiàn)輕量化、雙VVT、低摩擦熱設(shè)計(jì)、變排量機(jī)油泵、活塞結(jié)構(gòu)優(yōu)化等常見的節(jié)油技術(shù)手段之后,最終的油耗成績(jī)卻還是不夠搶眼,真正能夠?qū)崿F(xiàn)明顯節(jié)油效果的解決方案,還是得看混動(dòng)模式。
總結(jié)
現(xiàn)實(shí)情況是這樣的:砍掉一個(gè)氣缸后,使用PSA 1.2T三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的東風(fēng)標(biāo)致408,還要比同配置且搭載1.8L自吸四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的車型貴上兩千塊;而福特??怂?.0T與配置基本相同的1.6L版本價(jià)格幾乎一致,可見三缸車型并不廉價(jià)。之所以會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象,歸根到底都是因?yàn)椤俺杀尽薄獮榱烁纳破巾樞院吞岣邉?dòng)力性能,投入到三缸機(jī)身上的大量先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)技術(shù),只能說(shuō)明三缸機(jī)的研發(fā)成本并不會(huì)比四缸機(jī)要少,最后便會(huì)以車型售價(jià)的方式具體地體現(xiàn)出來(lái)。