十大三缸机盘点 | 科技榜

  • 发表于: 2019/10/12 09:25:00 来源:车云网

随着汽车发动机的不断迭代升级,市场已经不乏优秀的三缸机。

由于环保法规和排放标准的日益严苛,自2000年以来,小型化一直是汽油发动机的主流趋势。小型化的过程伴随着减排量、减缸等阶段性进展,早期体现为四缸机对六缸机的替代,近年来体现为三缸机对四缸机的替代。2019年中国政府提前施行国六减排标准,并计划2020年进一步推动第五阶段燃油限值标准,我们已经开始进入三缸时代。

其实到三缸机的过渡远没有八缸到六缸、甚至六缸到四缸那么顺利,原因就是三缸机一直有着自己结构上的缺陷,天生的抖动和噪音让它生来就面临不小的压力。但随着汽车发动机的不断迭代升级,各个主机厂在研发三缸发动机的时候也是绞尽脑汁,各种技术眼花缭乱,市场已经不乏优秀的三缸机,获得消费者和业内人士一直好评。

我们来盘点一下现在市面上主流的十大三缸机,看看他们使用了什么有代表性的技术。

通用Ecotec LI6

通用的Ecotec LI6 1.3T三缸涡轮增压发动机是近两年主推的小排量发动机,我们在别克英朗、威朗、GL6上已经可以见到。这台全新的小排量发动机倾注了通用不少心血,它重新设计了燃烧室,匹配了高滚流气道、单缸双喷燃烧系统、中置大角度可变正时技术和低惯量涡轮,目的就是为了实现系统的高效燃烧。

其中双喷射是通用在增压发动机上首次采用的技术,而与以往双喷射不同,通用放弃小排量常用的缸内直喷,而将两个喷油嘴均布置在进气道,一来避免了缸内直喷容易产生积碳的弊病,也实现更广的喷射覆盖面积以及更高的燃油雾化率。

而在涡轮增压器上,它采用了电动放气阀+低惯量涡轮增压技术。相比传统气动增压器可以在不同工况下都更智能地控制放气阀,不仅更加精确和快速地建立增压压力,而且可以降低小负荷泵气损失,从而提升低扭表现,得到快速的增压响应。因此,这台1.3T发动机功率达到了163马力、峰值扭矩230Nm,不仅比大众1.4T高出不少,甚至比宝马的1.5T还有过之而无不及。

另外,这台发动机使用了DLC涂层工艺,相比传统的PVD涂层更加耐用,除了降低机油消耗,还可以提升静音效果。而且发动机的飞轮相比传统飞轮还增加了一个吸震器,可以通过反向离心摆动来减小发动机主动飞轮扭转振动,所以更好地抑制了发动机的震动。所以,它对人们一直诟病三缸机的震动和噪音优化起到了非常大的作用。

大众1.0TSI

大众新款1.0TSI发动机基于EA211平台开发,基于大众运用最为广泛的1.4T四缸机,除了少一个气缸外,两者活塞尺寸一致、共享零部件程度比较高。在发动机内部使用了压电式喷油器、高喷射压力、全新设计的活塞,从结构上对进气道、气门室等部位进行了重点改进,而且使用了电子泄压阀、集成中冷器式进气歧管、水冷式中冷器、缸盖集成排气歧管,缸内直喷压力为350 Bar。

另外,大众革新性地引入了电子涡轮增压器,消除机械涡轮迟滞。为了匹配电子增压所需要的高电压,大众还增加了更高功率的发电机为电子涡轮提供稳定的电流。因此,它可以从2000-3500rpm输出200Nm的峰值扭矩,并在5000-5500rpm输出最大114马力,而且海外搭载1.0TSI发动机的Polo蓝驱版百公里油耗仅为4.1升,同样大大节省了燃油。Polo和桑塔纳家族,以及更重要的第八代高尔夫将有望率先搭载全新的1.0TSI发动机,同样斯柯达旗下的小型车也会使用。

宝马B38

宝马在2013年推出了旗下首款三缸涡轮增压发动机B38 1.5T发动机,来取代年事已高的N13系列发动机来主打小排量市场,主要用于宝马X1、1系三厢、2系旅行车等。而且作为操控和运动方面的代表,宝马敢于较早地使用三缸机,也说明B38身上有足够的新技术储备。

首先这在当时开发之时是世界上首屈一指的模块化发动机。模块化平台我们都已经很熟悉了,发动机也是一样,零件通用,这大大提高了原先一套模具只能生产一款发动机的传统生产线的效率。宝马在最新的B系列发动机中规定每一个气缸均为0.5L的标准容积,总排量和缸数保持一致,比如B48就是2.0L的四气缸,非常易于调整。

宝马在B38上使用了第四代Valvetronic电子气门,能够实现气门无级电子调节,而且从竖立布置到横向侧面布置,简化了缸盖结构,降低了发动机高度。另外,气缸喷油嘴采用了中置的设计,避免侧置的喷油嘴将燃油喷射到气缸内的侧壁导致挂壁的现象。而且对喷油嘴的六个喷油孔孔径的进行了调整,进气一侧的四个孔增加了10%的喷油量,而排气一侧的两个孔减少20%的喷油量,从而使得燃油油雾与空气的混合更高效。

所以,整个发动机的可以拥有1250-4300rpm的220Nm峰值扭矩输出区间,使得动力响应更快速,最大功率拥有136马力。而且B38的涡轮增压器使用了首创的铝制材料外壳和排气歧管,从而大幅实现轻量化。不过由于铝材熔点低,对于涡轮废气的处理需要增加冷却液通道连接排气歧管为废气降温,但这样也使得冷却液升温更快,冬天热车时间缩短。

领克1.5T

得益于沃尔沃Drive E模块化动力的支持,吉利在2.0TD发动机上共享了沃尔沃VEP4的动力,并从领克02开始1.5T三缸发动机,之后更是在领克03的全系上使用了三缸发动机的动力。吉利在领克03上使用了代号为JLH-3G15TDC和JLH-3G15TD的高低功率版本,分别拥有156马力/245Nm峰值扭矩和180马力/265Nm峰值扭矩,在账面性能上已经非常不错。

除了采用了全铝缸体,该系列三缸发动机也使用了缸内直喷技术,并同宝马一样采用了喷油器中置设计,而且使用了少见的纯平顶活塞,并不用靠特殊的活塞顶造型优化混合气体,还可以一定程度减少积碳。另外电子水泵的水冷系统而且在发动机熄火后仍可以循环一段时间,可以帮助涡轮增压器冷却和预热;可变流量机油泵则可以根据发动机工况下,比如在冷车启动和匀速巡航的时候自动调节机油油量。所以,整个发动机的热效率可以达到36.3%,相比丰田的8NR 1.2T发动机36.2%的热效率还要高一些。

另外,为了在最大程度上控制三缸发动机天生的抖动和震动问题,这款发动机同时采用了平衡轴和双质量飞轮。而且为了缩小发动机的体积,水冷系统的水泵被集成到了进气凸轮轴的末端,通过凸轮轴直接进行驱动,省去了水泵的皮带结构,减轻了发动机的运行阻力和自重,而且采用九大降摩擦技术,与上一代四缸机产品相比,摩擦功总体降低了30%。所以,这台发动机在平顺和噪音上的表现也非常不错。

福特EcoBoost

福特最早的三缸机开始于2012年,当时作为美系代表推出的超小排量Fox系列1.0T三缸涡轮增压发动机引起了不小的轰动,因其先进和高效在国际上也屡获大奖,广泛用到了福克斯、嘉年华、C-Max、B-Max等车型上。之后在2017年初,福特在此基础上又推出了500ml气缸容积的Dragon系列1.5T三缸涡轮增压发动机,最大功率可以达到200马力,我们现在可以在新一代福克斯(国内福克斯为184马力)以及嘉年华ST上看见。

最早成名的1.0T发动机融合了喷油嘴中置的缸内直喷、可变凸轮轴正时以及一级涡轮增压器等三大核心技术,可以提供更大的动力输出,国内都的EcoBoost 125版本达到128的最大功率和173Nm的峰值扭矩,而且提高燃油经济性20%、降低二氧化碳排放15%。为解决三缸机结构上前后力矩不平衡的特点,福特引入了偏心配重块的曲柄,在活塞运动震动最大时调整曲柄角度抵消动量。

国内为EcoBoost 180版本的1.5T三缸发动机在缸体上同样采用全铝材质,并拥有集成式排气歧管、低惯量涡轮增压器、喷油嘴和缸内混合喷射等几大核心技术。在抑制震动上,发动机内部采用了中置平衡轴设计,可以通过计算发动机运行过程中不平衡力矩大小和相位,对进行不平衡力矩进行补偿和削减。同时优化了平衡轴位置并强化了平衡轴位置的刚度,进而降低发动机噪声辐射和震动。而且发动机还同样配备了闭缸技术,在必要的时候对一个气缸停止喷油以达到更高的燃油经济性。

本田P10A

本田的三缸机的历史其实很早,最早的E07A在上世纪80年代就已经搭载在日本的K Car上,后来在2003年后被P系列的P07A代替,并在后来又增加了涡轮增压。而进入到国内我们熟悉的是P10A系列1.0T三缸涡轮发动机,在思域180Turbo、凌派180Turbo上都可以见到。身为本田,在发动机上自然会有一些自己的黑科技,尤其是P10A系列。

作为地球梦系列的一员,P10A发动机除了同时拥有了缸内直喷、进排气双可变正时系统、进气侧可变升程技术、变排量机油泵等主流的发动机技术之外,还在涡轮增压器上采用了小半径轻量化涡轮叶片和电子旁通阀,让发动机的响应更迅速、提高动力表现。另外缸内采用了喷油嘴侧置的布局方式,能使雾化后的燃油产生滚流效应,从而让燃烧更彻底,再加上缸盖集成的排气歧管,可以进一步改善排放和油耗表现,增加整个燃烧效率。

还有一点是,由于本田使用了CVT变速箱与发动机进行搭配,得益于CVT的先天结构特性,可以侧面完善整个动力输出表现,同时增加了进气侧两段式升程可变,增加了高功率输出的持续性,进一步弥补了三缸机在不同转速区间不线性的缺点,这也是为什么本田的三缸机在实际表现中更加均衡的原因。

PSA PureTech系列EB2

PSA集团在几年前就开启了PureTech动力战略,包括了EP、EC、EB等1.2L-1.8L排量的发动机,并在2016年的时候在国产标致、雪铁龙等车型上搭载。其中EB2系列的1.2THP三缸发动机算是明星产品了,在动力、响应和震动一直上都表现抢眼,在国际发动机大奖中已经多年连续获得1.0-1.4L排量组的冠军。

首先它集成了我们在上文已经提到的全铝机身、DLC图层、DVVT双连续可变正时系统、缸内直喷、集成式排气歧管、可变排量机油泵这些各种主流发动机技术,所以在发动机1000rpm时涡轮就开始就介入工作,1500rpm就可以达到200Nm的扭矩输出,1750rpm达到扭矩峰值230Nm并持续到3500rpm,并在5500rpm的时候达到最大功率136马力。

另外,1.2THP发动机还创新地使用了和润滑油接触的湿式正时皮带,相比传统的正时链条、(干式)正时皮带,运行噪音更低,摩擦损失更小,而且耐用性做到了和发动机相同水平的24万公里/15年。此外,椭圆正时齿轮技术和创新的无声平衡轴系统、双质量飞轮,可以进一步从多个方面降低噪音和震动,提高发动机运转的舒适性。

路虎Ingenium AJ200 I3

其实早在2017年,捷豹路虎就开始在规划1.5T新三缸发动机。作为Ingenium系列中最小巧的发动机,这台发动机同样使用了捷豹路虎标志性的全铝合金缸体、采用每缸0.5L排量的模块化设计,并配备了缸内直喷技术、集成式排气歧管、可变气门正时,压缩比最高可以达到11:1。目前有两种功率版本——197马力(280Nm)/158马力(260Nm),动力水平在数据上着实不差,也比较符合品牌特性。

而能达到如此输出的另一大原因则是它配备了48V轻混系统,拥有48V启发电一提式电机。除了一定程度上弥补了发动机的动力,48V系统更多是为了节能减排。比如有了它加持的自动启停系统可以在车辆减速至时速17km/h以下就可以工作熄火,另外在车辆低速起步时通过电机给动力一定的辅助也可以进一步降低油耗。而且,这台发动机可以同时支持横置和纵置平台,所以像路虎揽胜极光、捷豹E-PACE、捷豹XEL都会在以后搭载,并逐步取代目前2.0T低功率发动机。

广汽传祺1.0TGDI

广汽传祺自主研发的代号为3A10J1的1.0T三缸发动机为旗下第三代发动机之一,并将在今年搭载在小型轿车和SUV上。它同样使用了喷油嘴中置缸内直喷(喷油压力达到350Bar)、缸盖集成排气歧管、涡轮增压器电子泄压阀、进排气可变正时、平衡轴等主流技术,更重要的是,它还使用了一套来自法雷奥的48V微混系统。

用一台通过皮带与发动机曲轴相连的48V启停电机、电池、变压器一起组成的微混系统,可以在发动机低转速曲间扭矩不足时通过电机辅助进行加速,并且能在减速时进行动能回收,可以大大提高行驶的响应和效率。而且因为电压提升,48V的启停电机在发动机启动时更加迅速。相比传统的混动结构,轻混系统的成本更低,结构也更简单,在油耗法规日益严苛的情况下,可以有效进一步提高燃油经济性。

日产HR10

其实日产很早就已经开始了三缸发动机的应用,已经有接近10年的历史了,包括HR系列(雷诺体系中为H系列)中1.0L、1.2L排量的直列三缸发动机,并在海外的日产Micro、雷诺Clio等车型上都使用过,尤其是HR12DE的应用也非常广泛。而其中1.0L排量的发动机更为小巧,也被使用在了最新第五代的日产Micro上,对标大众1.0TSI和福特1.0 EcoBoost发动机。

采用了机械涡轮双增压的HR10DDT在动力输出上已经可以与四缸版本的HR12发动机相媲美,拥有86kW的功率,并采用了双顶置凸轮轴、双可变气门正时、缸内直喷、开放式水道铝制缸体,共享了戴姆勒在四缸机上开发的三角形截面缸盖和GT-R上使用的缸孔喷涂技术,还拥有电子废气阀和超增压功能,可以说麻雀虽小五脏俱全。而HR10DET基本使用了相似的技术,不过只采用了多点电喷和传统方形缸盖,也并没有配备电子废气阀,功率也被标定到74kW。未来的雷诺Clio、雷诺卡缤、日产Juke等都可能会搭载。

车云小结

纵使三缸机有着这样那样让人诟病的地方,但是我们看到这些问题已经被逐渐解决。小排量涡轮化的趋势已经不可避免,在某种程度上也客观地促进了发动机技术的整个发展进程,这是我们比较希望看到的。

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