小排量涡轮发动机是未来趋势,但主角可不只是三缸发动机

过去比拼气缸数的时代已经过去,以更小的排量,获得更大的动力,更小的排放,将是未来发动机的趋势。

作者:溜溜

忽如一夜春风来,三缸发动机遍地开花,突然让人有点措手不及。其实三缸发动机并不是什么新技术,在市场上已经存在十多年,但过去仅限在微型车上使用。随着科技的进步和节能减排意识的不断加强,像宝马、本田、大众等厂家纷纷推出搭载三缸发动机的车型。

三缸发动机是否会替代四缸发动机成为未来主流,这个我们暂时不得而知,但未来发动机的发展方向必然是小排量涡轮化,而这个小排量可不单指三缸发动机而已,甚至还有两缸。

以缸数论英雄的时代一去不复返

气缸作为汽车发动机最关键的部件,无论是数目还是排列形式,都对整个发动机的动力系统的工作特性起着十分重要的作用,尤其是发动机运作的平顺性。而发动机发展到现在,不是为了追求更大的动力,就是为了加强行驶质感。

气缸数越多自然会带来更大的动力,而且发动机活塞做的是往复运动,速度不断变化,因此活塞、连杆和曲轴上都会存在很大的惯性力,这些力会给发动机和车身带来振动。在多缸发动机上,多缸之间的间隔可以有助于抵消这种惯力,而且发动机缸数多的情况下,这种动态平衡更容易达到更好的效果。因此也有会人“以缸数论英雄”。

但随着涡轮增压的大面积兴起和止抖平衡技术的运用,过去只出现在低端微型车上的三缸发动机终于迎来出头天。在涡轮增压的帮助下,小排量发动机也能榨出惊人的爆发力,譬如通用推出的1.0T涡轮增压三缸发动机,动力参数是125PS/170Nm,相比过去1.5L四缸发动机的114PS/143Nm来说,三缸发动机的动力够不够已经不是问题了。

此外,为了改善低转速动力不足的问题,不少车企采用缸内直喷和更小的涡轮进行改善,关于三缸发动机天生抖动的问题,也能通过平衡轴和双质量飞轮来解决。为了驯服任性的三缸发动机,车企们可以说是使出了浑身解数。总而言之,三缸发动机已经拥有媲美四缸发动机的表现,以缸数论英雄的时代已经过去了。

两缸发动机并不新鲜

出于成本、环保以及排放等因素,车企纷纷押注小排量增压发动机。正当三缸发动机铺天盖地而来,有些车企已经打起了两缸发动机的主意,将曾经只能运用在摩托车的两缸发动机开始运用到汽车上。

两缸发动机的布置形式主要有三种,直列型、V型和水平对置型。气缸做工都需要两个循环才点一次火:吸气、压缩、做工、排气。当把两个单杠连接在一条相位角呈180度的曲轴上,就是直列双缸发动机。当一个活塞上到顶时,另一个活塞则在底部,两个气缸活塞上下运动的惯性可以相互抵消。

V型双缸发动机顾名思义就是气缸呈V型布置,气缸的夹角越小,发动机工作越不流程,所以V型双缸发动机一般以90度夹角设计。V型气缸的优点是曲轴长度较短,有利于发动机减少发动机舱空间和轻量化,营造出更轻巧的转向感受。水平对置双缸发动机的双气缸夹角成180度,两个活塞的连杆装在相位角相差180度的一对曲柄销上,形成绝佳的活塞惯性抵消作用,宝马生产的摩托车真是使用它作为“独门标记”。

其实把两缸发动机放到汽车上并不是什么新鲜事,从1957年诞生的第一代菲亚特500车型到2012年亮相的菲亚特500L,都是搭载两缸发动机。虽然菲亚特并没有什么令人印象深刻的豪车力作,但不乏小车精品,就连船长梅也对菲亚特的小车情有独钟。

与之相对,菲亚特在小排量发动机方面也颇有心得。譬如菲亚特500的这颗0.9T直列两缸涡轮增加发动机,可以输出最大功率105PS,最大扭矩145Nm。气缸的减少有助于发动机的轻量化,相比同性能的四缸发动机轻10%。这样的动力水平对于不足960千克的菲亚特500的小型车来说足够澎湃了。跟现在的三缸发动机一样,两缸发动机同样需要抑制抖动问题。菲亚特采用平衡轴设计来减少两个气缸做工的振动,优化油底壳结构来改善发动机的NVH。

两缸发动机还能怎么玩?

由于两缸发动机先天性的结构和排量问题,它只适合用在小车上。不过上年福特公布一款1.0T三缸发动机,通过采用停缸技术来提高燃油经济性,达到伪两缸发动机的效果。其实停缸技术并不是什么新鲜玩意,这项技术可以追溯到1916年,凯迪拉克L62V8-6-4是第一个量产应用停缸技术的发动机,随后这项技术出现在八缸、六缸和四缸发动机里面。福特是第一个把它用在三缸发动机上。

福特的停缸技术主要应用在发动机在低负荷运作时,譬如在滑行和定速巡航的情况下,会自动切断一个气缸的燃油供给,是剩余两个工作气缸负荷率增大,来达到提高效率降低油耗的效果。但另一方面,停止一个气缸工作会带来振动和噪音问题,这个在一款三缸发动机上问题会更突出。

福特为此专门开发出新的引擎机脚、传动轴、悬架衬套、双质量飞轮和震动缓冲隔离器盘来解决停缸带来的不舒适感。虽然止抖平衡技术基本也是这些,但是每一家的调教技术都千差万别。还好福特在发动机研发方面本身就有一个好底子,2013年首次推出1.0T三缸发动机就获得“沃德十佳”,它在处理振动和噪音方面就已经做得不错了,相信在三缸机上应用停缸技术,会是他再次成为第一个吃螃蟹的人。

此外,两缸发动机质量和结构小的优势,布置起来非常方便,因此也被运用到新能源汽车上,譬如宝马i3增程式电动车。不同于常规的插电混动或者油电混动,增程式电动车的电机是直接驱动车辆的,发动机用来给电池充电,换言之发动机是担任“充电宝”的角色。

两缸发动机恰好能完美胜任。除了质量轻和占据空间小,增程式电动车发动机因为不参与驱动,始终能保持在最佳工况运行,转速不会忽高忽低,所以两缸发动机能够一直在最佳的状态下工作,大幅降低油耗。即使在低速下的运行,发动机依旧保持最高效率工作。

雅斯顿小结

从这些案例来看,三缸发动机正式普及以后,为了进一步降低油耗,两缸发动机或者应用在三缸发动机上的闭缸技术也会成为被普及的对象之一。过去比拼气缸数的时代已经过去,以更小的排量,获得更大的动力,更小的排放,将是未来发动机的趋势。

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