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周磊

战战战兢兢,即生时不忘地狱;坦坦荡荡,虽逆境亦畅天怀。

 
 
 

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中国汽车行业知名专家、资深汽车行业评论员,知名汽车行业自媒体人,博派汽车自媒体联盟(AutoBot)发起人。

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为什么说小排量三缸机是未来车企做燃油车的最佳选择?  

2018-07-30 16:47:21|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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历数近60年的汽车发展史,大家不难看到,从V8到V6、再从V6到L4、到小排量三缸机,燃油发动机总体是沿排量逐步降低的趋势发展,业内有个词汇称之为Downsize。

在日本市场,有一种搭载小排量三缸机的K-Car流行多年;不仅如此,在欧洲市场,奥迪、宝马、大众、丰田、福特等20多个品牌也已推出三缸机车型;另据悉,在一向不缺油的北美市场,宝马、丰田等品牌将在未来5年推出三缸机车型。回到国内,目前已推出的三缸机车品牌超过20个,包括别克、PSA、福特、宝马,及上汽、长安、吉利等品牌也加入三缸机车阵营。

为什么说小排量三缸机是未来车企做燃油车的最佳选择? - 周磊 - 周磊

那为什么燃油发动机发展至今,其排量会越来越小、缸数也在减少呢?

答案在于排放法规、燃油量限制加严,促使燃油发动机缸数作出改变;与此同时,增压小型化、单缸效率提升、摩擦功改善、轻量化技术、尺寸紧凑优化等技术的突破,让燃油发动机的Downsize变得可能。

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排放法规约束大排量燃油发动机,推动车企开发应用各种节能减排技术,小排量三缸机是其一。

关于全球石油还能用多少年的话题由来已久,但引导车企甘心开发应用各种节能减排技术的,也是逐步加严的排放法规、油耗限值。美国在1961年开始强制执行排放控制,目的是解决空气污染问题,随后逐年细化、加严;欧洲从1992年起开始实施欧Ⅰ,到2014年开始实施Ⅵ,逐年加严标准。

目前中国多数区域执行国Ⅴ,部分地区已试点国Ⅵ;不仅如此,中国在2017年9月28日推出了双积分政策,即《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,提出了燃油消耗量的规定。基于此,要求车企必须按要求生产销售达标车型,否则要么付出额外的补偿资金、要么不得生产相关车型;这可是关乎车企生死存亡的问题。

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无论是应对排放法规,还是双积分政策,在现有的燃油发动机热效率难以明显突破的情况下,未来如何进一步降低燃油车的排放,或是开发新能源车型,已成为所有车企未来的主要发展课题。于是,继涡轮增压之后,以三缸为代表的发动机“小型化”、“合理精简”成为内燃机发展的新趋势。此外,少烧油或者不烧油的插电混动、纯电动车也受车企追捧。

从目前的消费环境来看,大面积的推广插电混动、尤其是纯电动车,仍然存在不少壁垒(此处不赘述)。所以,众多车企就将重心放在了带涡轮增压的小排量三缸机上。目前主要有1.0T、1.2T、1.3T、1.5T等小排量三缸机,来自福特、通用、雪铁龙、宝马等。

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在符合排放法规和双积分政策同时,三缸机能满足消费者的需求吗?

无论从全球都在倡导节能减排的大背景,还是从车企需要生存发展的诉求讲,推广三缸机都有着十足的理由。但燃油发动机技术的应用能否成功,仍然在很大程度上取决于消费者接受与否。

前面讲到,三缸机在欧洲、日本已被接受。那如今的小排量三缸机能否满足国内消费者的需求呢?

应该来讲,讨论燃油发动机Downsize的前提,是节能减排。就算多数消费者习惯了直列四缸燃油发动机,但这都不能改变相同排量下,小排量三缸发动机更为省油的事实,尤其在1.0-1.5L的小排量领域,三缸更有着很多四缸不具备的优势。根据经验,有个影响燃油发动机效率的指标叫做平均有效压力mep,单缸工作容积过大过小都会让mep降低,进而降低燃烧效率。业内多次试验论证表明,当单缸工作容积在0.33-0.5L时是最佳选择。基于单缸燃烧效率最优设计,车企就更倾向于在1.0-1.5L排量内开发三缸机了。

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而因天生的进排气工作循环,三缸机比同排量的四缸发动机有更少的涡轮迟滞、进而动力响应更好。另外,因缸数少于四缸发动机,同排量下三缸发动机的单缸容积更大、低转速下动力反而更好;并且,缸数少机械摩擦就少,比如别克新一代Ecotec三缸机就比四缸机降低10-15%摩擦功,热效率自然提升,节油也是有原因的。更重要的是,目前的三缸发动机的动力性能也丝毫不弱于相当排量的直列四缸发动机。

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显然,这就是车企在满足排放法规和双积分政策同时,迎合消费者需求的表现。而能做到这一点,车企的努力也不少。在这一方面,福特1.0T三缸发动机采用了缸内直喷、双VVT等技术,以提升动力性能;别克Ecotec 1.0T发动机则采用了独创的单缸双喷射燃烧系统DPI,匹配高滚流气道+中置大角度60度全程可变正时技术,缩短油路长度,加大机油流量,提高相位器响应速度,实现快速高效的燃烧。此外,它还采用电子执行器涡轮增压器+低惯量涡轮增压技术,可以提高增压器瞬态响应(快0.8s),从而提升低速扭矩。

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可以说,单论动力性能看,如今的三缸机并不弱于相当排量的直列四缸发动机,甚至更强。尽管如此,目前国内对三缸机有异议的人也有,主要认为三缸机振动偏大、并对耐用性和寿命存疑。其实,这种担心可能是多余的,车企不可能搬起石头砸自己的脚。

由于三缸机旋转惯性力带来的力矩不平衡,其产生的一阶惯性力矩亦不平衡,这是造成消费者所述振动的主要来源。但这并不是不能解决的问题,首先配重可以消除旋转惯性力矩。在这方面,如今的三缸发动机,都通过不同手段很好的抑制了抖动问题,例如别克Ecotec系列发动机采用轻量化结构和高性能材料降低基础不平衡量;此外,还应用带减振橡胶齿轮的平衡轴系统、带钟摆式的双质量飞轮、整车匹配等12项静音减振技术和8项整车静音技术。从实际驾驶体验来看,尤其坐在车内,整体的感知和四缸发动机几乎没有什么区别。同样的为了解决振动问题,福特1.0T三缸发动机则在飞轮与皮带轮上采用“不平衡”设计,通过将飞轮设计成偏心式实现发动机的动平衡。至于宝马、雪铁龙、本田等,也采用了相应的减振技术,要知道车企怎么会放任普通消费者都能发现的问题呢?

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至于针对三缸机的耐用性和寿命担忧,这基本也可以算作是揣测。而且这也不是三缸发动机独有的问题,四缸或六缸同样存在,关键在于应用怎样的技术去改善,实际上无论耐用性还是可靠性,和缸数的多少并没有实际关系。只要设计良好、使用得当,三缸机的耐用性和寿命也不输于直列四缸机。事实上,别克的Ecotec系列小排量三缸发动机就经过了充分验证,比如,发动机和整车耐久测试的总里程接近600万公里。要知道,没有一家车企愿意因发动机这种关重件的问题而自损招牌。

另外,还有人认为车企推广三缸机是因为要降成本。如果稍微懂点发动机常识,你会看到要确保前面提到的动力性能、减振效果、耐用性和寿命,车企付出的成本绝不会低,这只不过是车企在满足法规和消费需求之间要做出的选择罢了。据悉,前述的别克1.0T Ecotec发动机较相当排量主流自然吸气发动机的成本要高出40%。包括福特、宝马等厂商,在投入研发三缸发动机的过程中,无论新技术的应用,还是各项测试,都不会比生产四缸发动机的成本低。

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还有一点要说明的是,体积更小、更节油的三缸机还为插电混动车提供了绝佳的动力基础,在最终要走向新能源的道路上,可以说车企又多了一个选择三缸机的理由。所以,车企有什么理由不推广三缸机,你为何要拒绝“少,能给你更多”而默守陈规呢?除非,你还想回到从前。

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