1.0T三缸發動機到底靠不靠譜?值得購買嗎?


1.0T三缸發動機到底靠不靠譜?值得購買嗎?


從2013年福特率先在福克斯和翼博兩款車型上搭載了1.0T三缸發動機,時至如今,短短几年的時間裡,現在已有多家車企推出了1.0T三缸版本的發動機。像大眾、本田、通用、現代等紛紛推出1.0T三缸車型,國產車也不甘示弱,上汽、長安、吉利、一汽、廣汽傳祺也相繼推出了自己的三缸發動機。


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然而,各國品牌之所以都爭先恐後的研發小排量渦輪發動機,完全是為了應對即將到來的節能減排環保要求。早在2015年的時候,歐盟就規定:要求到2020年,歐盟範圍內所銷售95%的新車,二氧化碳排放每公里不得超過95克,否則廠商將會得到重罰。這一超級嚴苛的排放標準,這讓各大汽車廠家不得不拿出相應對策,因此三缸小排量發動機應運而生。


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一般,市面上我們常見的發動機缸數多為偶數,其中最多見的就是四缸發動機。汽車發動機之所以被設計成四缸是因為,發動機氣缸工作分為4個衝程,即進氣、壓縮、做功、排氣,曲軸每轉動720度時,完成一輪的做功。而當發動機運轉時,無論氣缸內的活塞處於任何一個工作狀態,四個汽缸就像接力賽一樣,一個缸緊接著一個缸做功,動力輸出連貫順暢,而且,任何時候發動機左右兩邊的活塞都始終保持對稱,這樣在很大程度上減小了發動機在工作時產生的不平衡,從而降低了發動機抖動問題。若如果汽缸數量低於四個,就無法保證每一個完整的衝程中都有一個活塞做功,這樣就會出現動力輸出的空檔期,因此四缸是保證引擎動力輸出連貫的最低缸數要求。當然,像V6、V8、V10、V12、W12這樣的多缸發動機的連貫性和穩定性自然就不用多說什麼了。


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而對於3缸發動機來講,發動機點火順序為1-3-2或1-2-3。由於氣缸數量為奇數,同樣曲軸每旋轉720度,卻只能有三個汽缸做功,每個氣缸做功曲軸也是旋轉180度,這樣就出現了動力的空檔期,前一個汽缸到達下止點做功結束,需要等待曲軸再旋轉60度,後面一個汽缸才能走到上止點繼續做功。另外,由於發動機汽缸運轉左右不均衡,產生的慣性力矩得不到抵消,抖動就會變得很明顯。曾經華晨寶馬推出過一款1.5T版本的3缸發動機,後來遭到大量客戶投訴,並表示發動機抖動難以接受,最後華晨寶馬終於堅持不住了,不得不轉手把三缸發動機生產線轉讓給別人。話說,連寶馬這樣的一線廠商應對三缸發動機抖動問題都難以攻克,其它廠商能行嗎?主機廠全力研製三缸機,它的優勢又表現在哪裡?


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吉利代號為JLF-3G10TD的1.0T三缸發動機

我們先來看一組數據對比,其實所有廠商在1.0T發動機調校功率上還是各不相同的,其中吉利汽車調校馬力為最大,而達到如此馬力,當然背後離不開黑科技技術的加持。吉利這顆代號為JLF-3G10TD的三缸1.0T發動機搭載了主流的頂置直噴技術,這種技術不同於側置直噴,頂置直噴可以使氣缸內燃油霧化效果更好,從而達到更充分的燃燒,不過這樣的頂置直噴設計對發動機設計佈局有很高的要求。不僅如此,這款發動機還配備了雙可變正時氣門技術、集成式排氣歧管、真空洩壓閥等技術,這些技術的加載,可以使車輛無論在任何工況下都能擁有最佳的進排氣效率。

不過由於三缸發動機先天的不對稱性,所以在發動機抖動上來說是一個不小的考驗,而且,吉利的這款三缸發動機並未添加任何平衡軸設計,雖然它還沒正式搭載在任何一臺吉利品牌的汽車上,但就賬面數據而言,這無疑是一臺優秀的發動機。不過,即將上市的吉利繽瑞最低配車型將首次搭載該款發動機,關於發動機的抖動問題,待新車上市後,我們會做進一步測試。


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福特EcoBoost1.0T三缸發動機

相比自主國產三缸發動機,合資品牌福特這臺代號為EcoBoost1.0T三缸發動機可謂是享譽盛名,它也算是全球第一個將三缸發動機應用到極致的品牌。從2012年到現在福特已經連續多年斬獲沃德十佳發動機1.0T組別最佳三缸發動機稱號,在賬面數據上,這款發動機已經全面超越1.6L自吸發動機,而且綜合油耗更低。光從這一點上來看,福特EcoBoost1.0T三缸發動機已經佔據了不少優勢。

在發動機技術上,福特1.0T採用了和吉利1.0T三缸同樣的頂置中央缸內直噴技術。另外,該款發動機還使用了空間曲軸、雙獨立氣門、集成式排氣歧管、雙質量飛輪、可變排氣機油泵、雙級節溫器等技術。其中,最主要的發動機技術在於空間曲軸,福特工程師計算得出力矩不平衡的最大值會在1缸活塞運動到上止點後的30°出現,所以他們將1、3汽缸的曲軸配重快便宜30°,用來抵消力矩,這樣就相當於多了一根隱性的平衡軸,從而降低發動機抖動問題。

三缸發動機的優勢

1.三缸機質量輕、體積小


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廠家之所以給A級或A0級轎車配備三缸發動機,其中最主要的一個原因就是空間問題。我們都知道像A級車或A級以下的車型,車內空間是一個具有很大爭議的話題,畢竟軸距長短都在哪兒擺著,如果發動機艙空間控制不夠理想,勢必會影響車內駕駛人員乘坐的空間,特別是後排乘客的腿部空間。而同排量的三缸機比四缸引擎體積更小,這樣在一定程度上就減小了機艙的佔用空間,將更多空間應用到駕駛座艙內。此外,三缸機重量也相對更輕一些,這樣也能給前置引擎小型車帶來更好的軸荷分佈,使其擁有更良好的操控。

2.更低的油耗

更少的汽缸數會幫助車輛降低油耗,這一點很好理解。因為汽缸數少了,噴油嘴也就少了一個,這樣一來油耗自然就會降低。現在市面上搭載三缸發動機的主流車型,工信部百公里綜合油耗都在5-6升左右。

3.更少的機械摩擦


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相比於四缸發動機,三缸機結構更加簡單。因為三缸機比四缸機少了一套活塞連桿,少了4只氣門和凸輪軸開啟關閉機構,所以摩擦部件自然也就減小了。另外,由於缸數減少,曲軸和凸輪軸也變短了,這些組件都是發動機摩擦損耗的最主要部件。機械摩擦損失變少了,也變相提升了發動機的熱效率。

4.更小的渦輪遲滯


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現階段,小排量增壓發動機成了業內的潮流風向標,越來越多的主機廠開始研發小排量渦輪發動機,但小排量增壓產生的渦輪遲滯一直是一個很大的問題。一般四缸渦輪發動機為了減少渦輪遲滯,通常會提前打開排氣閥門和進氣閥門,延遲關閉,這樣在汽缸換氣時就可以利用氣流的慣性形成“掃氣”效應。但這樣做,缺點也很明顯,正因為排氣門的提前打開和延遲關閉,四缸發動機的排氣過程就會出現兩個汽缸的重疊現象,如果排氣系統做不好,就會出現嚴重的排氣干涉問題,影響排氣效果從而降低了發動機熱效率。而三缸發動機則巧妙的躲過了排氣干涉問題,此前我們提到三缸發動機會有一個60度的閒置角,而通常排氣門的提前打開和延遲關閉角加起來也正好是60多度(提前48度+延後20度),這樣在曲軸旋轉過程中,排氣干涉就會變得很小可以忽略了。因此,三缸發動機的排氣脈衝正好是連續的,一個脈衝緊接著一個脈衝,這樣對渦輪形成的加速力比較持續,產生的渦輪遲滯問題也就更小。

5.擁有更好的低扭

同排量的發動機,缸數越少,扭矩越高。這是因為當汽缸數量越少時就意味著汽缸直徑更大,想想兩個大小不一的汽缸同時點火,毋庸置疑,肯定是缸頭略大的那個爆發出的能量更多了。正所謂汽缸的容積就越大,缸徑和衝程也會更大,也就意味著低轉速扭矩越大,再配合三缸增壓發動機更小的渦輪遲滯,所以,同排量的三缸增壓發動機相比四缸低扭會更出色一些。

三缸發動機劣勢

正是擁有了以上這些優點,各國汽車廠商們才開始重視三缸發動機。然而,任何東西從來都是有兩面性的,優點越多,缺點也就越明顯。

1.震動和噪音

文章此前也說過,三缸發動機缸數為奇數,當發動機運轉時,由於兩側汽缸沒有相互抵消的力矩,所以三缸機就會產生較大的振動。廠家為了解決抖動平衡的問題,就會給三缸機增加一根反向平衡軸,雖然在一定時期會抵消掉一些慣性力矩,但無法消除掉全部慣性力矩,如果想要平衡所有力矩,理論上還需要再增加兩條平衡軸才行,不過那樣發動機的體積將和四缸機相比沒有優勢。


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特別像寶馬這臺代號為B38的發動機,一經上市就引來了不少爭議,雖然該款發動機採用了全鋁設計,但在發動機抑制震動方面,措施並不像福特和吉利那樣繁多,僅僅是安裝了一根帶配重塊的平衡軸,這樣就完全靠它承擔起了所有抑制震動的工作。另外,寶馬還使用了填充的PUR材料蓋板來抑制噪音,但這樣的做法顯然是不夠的,因此寶馬三缸發動機在震動方面的反饋也並不理想。其中,很多車主反饋怠速和起步時抖動最為明顯,比較影響舒適性。雖然進行了更加完善的發動機降噪處理,但是發動機噪音仍然明顯。

2. 發動機壽命和耐用性


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發動機力矩不平衡還會產生另外一個問題,就是曲軸和連桿活塞部件受力不均衡,會導致軸瓦加速磨損。不過,這些還和廠家發動機生產用料息息相關。像一些設計良好、捨得用料的發動機,問題影響也不會太大。

3. 油門響應差

三缸發動機為了達到四缸機動力輸出特性,通常會換裝一個質量更大的飛輪,由於飛輪重量的增加,發動機帶動飛輪會比較吃力,給人感覺就是油門響應不積極,加上本身排量小的原因,所以,駕駛起來就感覺車輛動力會比較肉。

4.動力連貫性

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熟悉摩托車的各位可能知道,同樣是1000cc的發動機,跑車會採用四缸發動機,而越野車型基本都使用雙缸設計,這就是兩者在使用途徑上的不同而區分的。跑車之所以採用四缸是為了車輛在高速時期獲得更好的持續動力輸出,而越野車使用雙缸是為了車輛擁有更好的扭矩,四缸機的動力輸出可以用安靜平順來形容,而三缸機就顯得比較粗糙了,這也就解釋了三缸發動機在高速時期不如四缸機動力連貫性更好的原因。

5.高轉速動力衰減

缸數少就不適宜高轉速爆發動力,發動機自然也就會提前進入衰減時期。因此,三缸機後段加速效能上不如四缸發動機來的更迅猛。二者相比,在起步階段三缸機可能會佔用一定優勢,但等到速度超過80km/h,四缸機的高轉特性就發揮出來了,這也是為什麼F1賽車的1.6L發動機會使用V6佈局。

總結:

小排量三缸增壓發動機作為現階段小型車的理想選擇,其實它的出現,更多成分是被市場逼出來的。不僅1.0T三缸機,現在1.5T三缸機也成了主流,沃爾沃、領克、榮威、長安等,各路廠商紛紛都拿出自家的看守本領,相比1.0T三缸機,1.5T擁有更強勁的功率和扭矩輸出,此外,三缸中每缸500mL排量打造一臺1.5T的三缸機應該是最符合邏輯的,它能夠與其它發動機共享更多的零部件和研發製造經驗。雖然三缸機避免不了所有轉速區間的抖動,不過對於消費者來說,只要車型價格足夠低,消費者其實是不在乎買到的是一臺三缸發動機,關鍵是動力匹配和油耗要給人驚喜。

小編預測未來三缸機還將被繼續推廣一段時間,在環保排放日益嚴格的今天,三缸機+電機是燃油車向純電動車轉化過渡階段的新選擇

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