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摩臣ios,1.3/1.5T发动机为何三缸能和四缸并存?
 发表时间:2020-01-11 16:57:06 

摩臣ios,1.3/1.5T发动机为何三缸能和四缸并存?

摩臣ios,提到三缸机,绝大多数人都会想到“低端、性能差、动力不足“等,比如90年代的长安奥拓,搭载0.8l三缸发动机,夏利搭载的1.1l三缸发动机。在眼下四缸机横行的年代,三缸机的出现多多少少会被看作是另类。

但随着近些年来油耗、排放法规越来越严格,同时涡轮增压、gdi、vvt、vvl、egr等主流技术日渐成熟,三缸机又重新回到了人们的视野。

如福特的1.0l ecoboost这款发动机的推出,从某种意义上来说,标志着三缸机重回江湖。因为这款三缸机采用高压直喷、先进涡轮增压器和双独立可变气门正时系统,这三大技术的整合可以有效提升燃油经济性20%,同时降低二氧化碳排放15%。

同时这款发动机仅有0.999l的小排量,动力却达到92kw,最大扭矩高达170n·m,被auto world评选为2014沃德十佳发动机!值得一提的是,1.0l ecoboost发动机是获奖的10款发动机中唯一一款小排量发动机。

此后三缸发动机变多了起来,连豪车宝马也用上了。宝马这台三缸机排量为1.5l,功率为100kw,最大扭矩为220nm,百公里综合油耗仅为5.9l,单从数据上来看很不错,从销量上来看,每月3000左右也算差强人意。

相同排量,三缸好还是四缸好?

既然从奥拓的0.8l发动机到宝马的1.5l发动机,都可以做成三缸机,那是否意味着1.6l、1.8l甚至2.0l以上发动机都可以做成三缸机呢?三缸机和四缸机排量的临界点如何选择?今天我们来聊一聊这个话题。

首先,同样是1.5l排量的发动机,究竟是三缸机好还是四缸好?毫无疑问,同排量的发动机,三缸机有优势,那就是体积小、发动机重量轻,从而降低了车辆油耗,更重要的是制造和采购成本更低。四缸机的制造成本高于三缸,主机厂目的就是降低成本,赚取更大利润空间。

举个例子,同排量的1.5l发动机,如果缸径都为74mm,经过计算可以得知,三缸的发动机活塞行程为116.3mm,而四缸的发动机活塞行程为87.2mm,活塞的接触面积都为258.2平方厘米。

也就是说,同排量的发动机,不管做成三缸还是四缸,活塞摩擦总面积是一样的,但从这点来看是没有降低摩擦能量损失的。但是由于三缸机少了一个缸,至少可以节约74mm的横向空间,方便机舱发动机布置,重量也可以降低约1/4,整车的油耗就可以进一步的降低。

而三缸机的活塞行程为116.3mm,相比四缸机的活塞行程87.2mm高出29.1mm。大家知道,活塞行程长对低速扭矩有利,在配合三缸增压发动机更小的涡轮迟滞现象,同排量的三缸增压发动机低速扭矩会比四缸更出色。

但是由于活塞行程相比四缸机长,所以在高速时,它的外特性表现相比同排量四缸机就比较劣势了,即高速表现没有劲。这其中还有一个重要原因是,如果同排量的三缸机和四缸机相比,每缸都是4气门,那么显然四缸机就会多出四个气门,那么单位时间内的进气量、参与燃烧的燃油就会比三缸机多,所以在高速上四缸比三缸更有劲。反过来由于三缸相比四缸机参与的燃烧的燃油少,油耗就会比同排量的四缸机优越。

为何只有0.8-1.5l发动机能做三缸?

其次我们再来聊一聊,为什么市面上只有0.8l-1.5l排量的发动机做成三缸,而1.6l排量以上的几乎没有做三缸的。首先,小排量做成三缸机大家似乎容易接受,感觉小排量的车子低端,大排量发动机就应该做成四缸、v6、 v8等才显尊荣。

这里就不得不提到一个专业名词:平均有效压力 。 它是指单位气缸工作容积发出的有效功,可看作是一个作用在活塞顶上假想的平均不变的压力。记作mep (mean effective pressure),单位为mpa。显然,平均有效压力越大,发动机的作功能力越强。平均有效压力随着工况的不断变化而变化。

其实工程师已经计算出,缸径*行程为86*86,平均有效压力趋于理想,这是针对自然吸气发动机而言,换算到常规的增压发动机,增压压力在1.2~1.8bar来计算,单缸容积在0.3l~0.48l左右最佳。

所以这就可以解释,1.5l排量的增压发动机做成3缸,单缸容积为0.5l非常接近0.48l,而最小的0.8l排量的发动机做成3缸,单缸容积为0.27l,也是非常接近0.3l。一旦高于或低于这个值,平均有效压力将会低于理想状态,发动机的有效功率,扭矩就会事倍功半。

所以0.8l的奥拓、1.0t的福特、甚至宝马的1.5t都是处于最佳mep的设计,而1.6l,、1.8l以上的发动机是不适合做成三缸机的。这还取决于他们的设计增压值,会有一定的差异性。当然1.3l/1.5l的发动机做成四缸也处于最佳的mep的设计,所以市场上现在也有不少1.3/1.5t的四缸发动机。在这个排量区间,三缸和四缸几乎是可以并存的。

虽然1.0—1.5左右的三缸增压发动机处于最佳的mep范围之内,但是三缸机有个天然缺陷,那就是一阶惯性振动不能彻底的根除。

举个例子,四缸机的点火顺序一般为:1-3-4-2 ,1、4缸和2、3缸为两组,每组活塞同时向一个方向运动,虽然点火时间不同,但都是同时向上或向下,如1、4缸同时向下运动,1缸在做功,而第4缸在进气。都是同时向下运动,起到平衡的作用,如若不是,则以发动机曲轴中心为支点,曲轴前后受力不均,发生摇摆振动,这就是一阶振动。

虽然大多数三缸机为了解决此问题,在曲轴下方加装了平衡轴,并以2倍的速度反转来抵消此一阶振动,但是效果并不太好,不能彻底根除达到来四缸机的水准。

还有一点,三缸机的缺陷,做功不连续和不平顺。大家都知道,发动机的工作循环,由进气、压缩、做功、排气四个循环,在这过程中只有做功循环是有效的,相当于膨胀气体推动活塞,从上止点到下止点,曲轴旋转180度,这一过程才是动力的输出阶段。其他过程都没有动力输出。

所以,四冲程发动机用四个缸,这是一种非常聪明且合理的设计,保证一个奥托循环,曲轴旋转720度的过程中,四个气缸一个缸紧接着一个缸做功,动力输出连贯顺畅,所以直列四缸引擎成为了最常见的动力。而如果气缸数量低于四个,就无法保证每一个完整的冲程(曲轴旋转180度)都有一个活塞在全程做功,这样就会出现动力输出的空档期,因此四缸是保证引擎动力输出连贯的最低缸数要求。

而四冲程三缸机只有三个缸做功,点火间隔为,720/3=240度,当活塞第一缸做功运行到下止点时,曲轴旋转180度之后,再需要旋转60度,第二缸才做功。这60度就是动力空档期,会产生动力不连续的现象。

所以一般三缸机都会配备很大的飞轮来续存能量,搭在cvt无级变速器来弥补这种不平顺性。

al频道小结

虽然三缸机有成本低,制造工艺较为简单、重量轻、体积小、油耗低等诸多优点,但想在四缸机横行的年代占有一席之地,需要解决的技术难题还有很多。总的来说,三缸机有潜力,但是需要时间来弥补短板。一方面要提高技术实力,来提高动力性、nvh性能,另一方面也是需要各大汽车制造商共同推进,任重而道远啊。



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