解构 I 三缸机,才不当“背锅侠”
出品 | 破浪图文组
文 | 张海灵
都说三缸发动机是政策驱使下的产物,我对这个观点表示赞同。
因为我认为,三缸发动机的出现主要是由于排放法规驱使产生的。以中国的“双积分政策”为例,在2020年,新车平均燃油消耗量百公里要降低到5L;而以美国的CAFE法规为例,在2025年,新车的平均燃油消耗量要降低到54.5MPG,约合百公里4.3L;欧盟的法规则规定,在2021年之前,新车行驶每公里平均二氧化碳排放量要达到95克。
车企不得不寻求合理的解决办法,电气化肯定是最优解,但对于传统车企而言,电气化的转型并不可能一蹴而就。
拿大众来举例,大众集团掌门人迪斯曾说过:“大众将在2020年推出和特斯拉一样优秀的车型,但价格只是特斯拉的一半。”但这句话却迟迟没有兑现,原计划给大众ID.3腾出产能的e-Golf停产时间也从年初延至年底。
此前迪斯的一番言论也似乎验证了传统车企转型需要面对的问题,他表示“在追赶特斯拉的道路上,最让他感到头疼的并非是电气化转型遇到的技术难题,而是特斯拉在驾驶辅助系统为代表软件层面的遥遥领先。”
因此,在各方面条件不成熟的情况下,传统车企只能寻求各种过渡的手段,三缸发动机就是其中之一。
但与备受青睐的混动车型相比,三缸发动机并不被消费者待见,原因并不仅仅是三缸发动机比四缸发动机少一个气缸那么简单。
三缸发动机的优与劣
大家普遍熟知的发动机都是四缸、六缸、八缸等双数的发动机,很少会看见三缸、五缸、七缸等单数的发动机,为什么呢?因为单数的发动机总会有一个缸“落单”。
就拿时下流行的三缸发动机来说,由于天生的物理结构限制,三缸发动机无法与四缸发动机一样做到对称,从而导致的缺点也特别明显。
首先,发动机是动平衡技术来平衡振动的,由于先天物理结构优势,四缸发动机(点火相位角180°)产生的力可以互相平衡,但三缸发动机活塞运转方向(点火相位角240°)是不对称的,所产生的力不能完全互相平衡,从而导致三缸发动机的振动会比四缸发动机大。(车企为三缸发动机也研发了平衡轴等技术,但是在怠速时,三缸发动机振动仍特别明显。因为发动机在低转速时仍会产生较小的、有规律的脉动,高转速时和四缸发动机差不多)。
其次,气缸数量低于四个,就无法保证每一个完整的冲程(曲轴旋转720°一个循环)都有一个活塞在全程做功(一个气缸180°),气缸也会开始做功,然而三缸发动机的点火夹角是240°,这样就会出现动力输出的空档期,前一个气缸到达下止点做功结束,需要等待曲轴再旋转60度,后面一个气缸才能走到上止点继续做功,从而影响动力输出的连贯性,因此四缸也是保证动力输出连贯的最低缸数要求。
最后,由于三缸发动机少了一个气缸,相比同排量四缸发动机,三缸发动机的起步、加速性都(功率)不如四缸发动机优越,而且当下都在使用涡轮增压发动机来掩饰功率小的问题,但同时也带来了峰值扭矩窄、动力衰减快的问题。
当然,以利润为核心的车企怎么可能一起犯傻。
成本才是车企最想控制的。如果车企做混合动力,由于动力系统更复杂,还需要额外的电源系统,更高的造价,使混合动力车型的标价比普通燃油车高一截,那它很难将混合动力辐射到很小的领域。而做三缸发动机其制造成本相对较小,还能更好的辐射到更小的领域,而且还有明显的优势。
其一,与同排量的四缸发动机相比,三缸发动机少了一个气缸,但每一个气缸的容积增大,缸径和冲程也会更大,也就意味着单次做工根据力拒=力乘力臂来说,力矩也会更大,从而就解决了小排量发动机起步动力不足的问题。
其二,三缸发动机排气干涉比四缸发动机排气干涉小,因为三缸发动机排气门的提前打开和延迟关闭角加起来也正好是68度(提前48°+延后20°),这样整个有排气效果的曲轴旋转过程就变成了180°+48°+20°=248°(每个气缸240°),脉冲就能一个接一个,形成对涡轮的持续加速效果,从而减轻了涡轮迟滞。
其三,三缸发动机比四缸发动机少了一套活塞连杆和4只进气排气阀门的开启关闭机构,曲轴和凸轮轴也变短了,机械摩擦损失就降低了,变相提升了发动机热效率。
其四,三缸发动机重量和体积比四缸发动机有优势,不但带来了更好的轴荷分布(操控更好),也方便混动车型电动机的安装。
而且,当下国内新车市场销量比重最大的是紧凑型轿车、小型SUV和紧凑型SUV,而它们动力大多处于140-260牛·米之间,对应自然吸气排量在1.5L-2.5L之间,涡轮增压排量在1.0T-1.5T之间。车企结合单缸排量最优化原理(0.33L-0.5L是单缸的最优解)和政策法规,三缸发动机无疑是一个很好地选择。
但对于消费者来说,他们对三缸发动机的接受程度有限,部分三缸发动机的车型销量并不理想。因此,今年年初英朗、科鲁泽、缤越也选择重新回归四缸发动机的阵营。
命运被扭转?
其实三缸发动机在八十年代的夏利TJ7100就已经出现过了,但由于当时技术落后,抖动、动力弱等缺点暴露无遗,大多数消费者对三缸发动机的认知也只停留在那些年,甚至“闻三缸色变”。
从《2019小排量发动机市场趋势与使用满意度白皮书》分析就能看出,没有体验过当下三缸机的潜在用户与真实车主之间,在认知方面有着明显差异,甚至从一定程度上说,当下的部分消费者,对处在新时代的三缸机有“误解”。
这个“误解”在汽车销量数据上表现得淋漓尽致。英朗2017年月均销量能够稳定在3万辆以上,最高单月销量到达4.09万台。可是从2017年10月搭载三缸发动机的新款英朗上市后,从2018年开始英朗月销量急剧下降,一路跌至月销量1.2万辆。虽然之后英朗通过大幅度优惠(12万得英朗优惠可以给到5万)挽回一些颓势,但从销量数据可以看出英朗销量颠簸正在收窄,最终也定格在2万辆左右,与巅峰时期的3-4万辆差太多了。
这也是为什么英朗会选择回归四缸发动机的重要原因,毕竟从车市回暖的4月(30643辆)、5(28517辆)月销量来看,四缸发动机确实让英朗的销量有所上升。
科鲁泽的销量也是如此。自2019年3月搭载三缸发动机的科鲁泽上市,销量明显下降了,12月销量数据甚至跌破1万辆。虽然有车市“寒冬”的影响,但也不能忽略三缸发动机对其销量带来的制约。
可见,尽管车企花费大量成本去研发各种减小抖动的技术(无声平衡轴系统、钟摆式双质量飞轮、低频阻尼液压减震装置等等),但是消费者不买账啊。根据调查,三缸发动机目前在中国市场渗透率只有4%,相比欧洲市场15%的渗透率,并不算高。
加上这两年汽车行业正经历“寒冬”,车企不把“鸡蛋”放在同一个篮子里的做法也是情理之中。
但这并不能成为车企把三缸发动机作为销量不佳的借口。
三缸发动机不是“背锅侠”
在汽车行业面临“寒冬”的处境下,三缸发动机肯定要为销量不佳承担一部分责任,同时品牌经营也需要承担一部分责任。因为在三缸发动机流行的车市下,三缸发动机的车型也有销量如日中天的。
比如,搭载本田的1.0T P01A5三缸发动机的凌派,2019年销量为15.4万辆,平均每月销量能达到1.3万辆, 这个销量水平在如今车市不好的处境下仍将近追平2014年凌派巅峰的15.72万辆。可见凌派搭载了三缸发动机,却仍能持续热销,这主要还是因为本田的良好口碑和凌派的产品力够硬。
当然,这还有一个大前提,就是要削弱三缸发动机抖动等缺点,本田在减震方面也采用了较小的曲轴主轴径和连杆颈的直径来优化NVH,很接近(怠速工况除外)四缸发动机的NVH;同时也加入了进排气双可变正时系统、进气侧可变升程技术等技术来提升动力弱的劣势。
再比如,搭载宝马的1.5T B38三缸发动机的宝马X1,2019年销量为9.73万辆,其中三缸发动机销量为47379辆,占比总销量的53.37%,相比2016年以前未引入三缸发动机的销量(3000辆)有了很大的提升。
同样,宝马在1.5T B38三缸发动机的平衡轴上面增加了配重块,通过它的周期性转动产生的反向力矩,来抵消发动机原本产生的振动。此外还用上了一个叫做扭转减振器的部件,最大限度控制了抖动和噪音。动力不足方面,宝马将N54六缸增压发动机通过技术手段改造呈B38发动机,不仅拥有全铝合金缸体,还有高精度缸内直喷、可变式气门正时等技术加身,最高马力达到136匹,最大扭矩达到220牛·米。
从本田和宝马来看,三缸发动机不仅拉低了豪华品牌的入门价格,还使合资品牌实现了品牌下探,所以你说要三缸发动机来当“背锅侠”,那我觉得不合适。
车谈会观察
我并不是想为三缸发动机正名,只是想阐述一个事实:存在即是合理。
目前,汽车市场正经历转型的变革期。虽然放眼未来,电气化是汽车动力系统前行的核心趋势,但电气化是一个漫长而循序渐进的过程,新能源车需要相当长的时间才能完全替代内燃机。
根据《2019小排量发动机市场趋势与使用满意度白皮书》,其中罗兰贝格预测,小排量内燃机仍将是中国市场的主流选择。而ERTRAC对全球市场的预测认为,2030年搭载传统发动机仍将是主流选择,预计占比80%。
正因如此,三缸发动机也成为了汽车走向电气化的桥梁。当下宝马、本田、通用、福特、领克、标致等品牌,共推出了40余款三缸发动机车型,甚至连丰田也即将让雷凌/卡罗拉换装代号为M15C的1.5L三缸发动机。
并且,当下很多车企也找到了减轻三缸发动机抖动的方法——配合48V电机组成轻混系统,这样既解决了动力输出不连贯的问题,也解决了车辆怠速和起步时三缸发动机抖动的问题。
可见三缸发动机一直在进步,但要改变消费者的固有认知仍需要一段时间。
*本文图片来源于网络
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