如何做到高動力低油耗 深度解讀沃蘭多三缸發(fā)動機單缸最優(yōu)
汽車排放的國五標(biāo)準(zhǔn)才剛剛推行兩年,號稱“史上最嚴(yán)”的國六標(biāo)準(zhǔn)就快要來了。如此快速的法規(guī)迭代也表明了國家在推進“節(jié)能減排”方面的決心。在這一政策導(dǎo)向下,汽車發(fā)動機勢必也會面臨新一輪的迭代升級。排量更小,效率更高的發(fā)動機也自然成了各大廠家的研發(fā)重點,其中三缸發(fā)動機就是一個典型的案例。
小型化/3缸是發(fā)動機趨勢
對于汽車廠商而言,發(fā)展新能源無疑是應(yīng)對日益嚴(yán)苛的排放法規(guī)最直接的方法,甚至有可能一勞永逸,但是馬上舍棄掉傳統(tǒng)動力顯然是不現(xiàn)實的。這一方面是由于電池技術(shù)的瓶頸,新能源車目前在續(xù)航上很難有大的突破,廠家也意識到在未來相當(dāng)長的一段時間里,燃油發(fā)動機依然是市場的主體;另一方面是消費者適應(yīng)性的問題,就好像你吃了幾十年的大米,突然有一天只有面食擺在你面前,你一定會難以接受。所以目前大部分傳統(tǒng)汽車廠家是“兩條腿”同時邁進,即堅持改進和完善傳統(tǒng)動力,同時積極開發(fā)新能源技術(shù)。
其實只要稍微翻看一下近10年的汽車發(fā)展史,就不難發(fā)現(xiàn)汽車發(fā)動機在“小型化”方面的明顯發(fā)展趨勢。可以說上到F1賽場,下到民用車市場都在朝著這個方向發(fā)展。發(fā)動機小型化除了體現(xiàn)在排量的縮小外,氣缸的數(shù)量也在往下減,從八缸、六缸到四缸,再到如今的三缸。所以三缸的出現(xiàn)并不是偶然,而是發(fā)動機發(fā)展的必經(jīng)之路。通用汽車同樣也經(jīng)歷了上述的發(fā)展歷程,雪佛蘭沃蘭多上搭載的Ecotec 1..3T發(fā)動機就是一款集合了通用最新技術(shù)于一身的三缸發(fā)動機。
三缸的技術(shù)難度比四缸更高
對于汽車廠家而言,要是單純的降低發(fā)動機排量而不去管發(fā)動機性能問題,這是比較容易辦到的,只要縮小氣缸容積即可。但是這種“倒退”的做法既無法吸引消費者,也沒法對市場觀念起到一個正確的引導(dǎo)作用。所以至少性能不縮水是發(fā)動機排量減小的前提,當(dāng)然其技術(shù)要求必然會越來越高,這就好比你想要馬兒吃得少,但是還要它跑得夠快。
沃蘭多三缸 1.3T 發(fā)動機與上一代機型對比
如今已經(jīng)有很多技術(shù)去彌補發(fā)動機排量降低后的動力損失,比如渦輪增壓技術(shù),更精準(zhǔn)的燃油控制等等,無非就是進一步壓榨發(fā)動機的潛力。但是在三缸發(fā)動機上,你還需要去考慮震動和噪音的問題,所以一款成熟的三缸發(fā)動機往往要比四缸發(fā)動機的技術(shù)含量更高。事實上,沃蘭多身上的這款Ecotec 1..3T三缸發(fā)動機已經(jīng)在性能上完成了對上一代四缸車型的超越,而且與目前主流的三缸發(fā)動機相比,它在數(shù)據(jù)上也要明顯占優(yōu)。
發(fā)動機數(shù)據(jù)對比 | ||||
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車型 | 通用 1.3T三缸 | PSA 1.2T三缸 | 寶馬 1.5T三缸 | 福特 1.0T三缸 |
最大功率(kW) | 120 | 100 | 100 | 92 |
最大扭矩(N·m) | 230 | 230 | 220 | 170 |
制表:網(wǎng)上車市 www.cheshi.com |
基于單缸最優(yōu)理念打造,實現(xiàn)高動力低油耗
采用三缸是分析驗證的結(jié)果:
沃蘭多的這款發(fā)動機之所以能有如此大的提升,完全得益于其“單缸最優(yōu)”的設(shè)計理念。而且這款發(fā)動機也并不是為了三缸而采用三缸設(shè)計的,它之所以采用三缸而不是四缸也是基于“單缸最優(yōu)”的設(shè)計理念而來的。
一般而言,在滿足整機性能需求的前提下,發(fā)動機熱效率的提升,是內(nèi)燃機設(shè)計工作者追求的目標(biāo),而單缸排量對于發(fā)動機性能和油耗的平衡尤為關(guān)鍵。過小的單缸排量使得燃燒室面容比增大,導(dǎo)致熱損失加大,發(fā)動機熱效率明顯降低。過大的單缸排量使得火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x加長,容易引發(fā)爆震,導(dǎo)致發(fā)動機熱效率無明顯改進甚至下降。
對于目前中國市場1.0 – 1.5L主流排量,選擇單缸排量0.33-0.5L的三缸發(fā)動機,是最佳選擇。以下圖為例,在相同功率條件下,1.0L/1.3L三缸要比1.0L/1.3L四缸在燃油改進比上更加出色。這也是沃蘭多的1.3T發(fā)動機采用三缸設(shè)計的原因之一。
除了單缸排量最優(yōu)外,沃蘭多的1.3T三缸發(fā)動機在單缸結(jié)構(gòu)和單缸燃燒效率上也遵循了“最優(yōu)化”進行打造。在氣缸的設(shè)計上,通用開發(fā)了新型的魚腹型高滾流氣道,以及平面擠氣燃燒室,目的是為了提高瑞流強度,加快燃燒速度,讓燃料能夠充分的與空氣混合。而在活塞環(huán)以及氣缸內(nèi)壁材料方面,這款發(fā)動機采用了低摩擦涂層技術(shù),使得耐磨性提升的同時,摩擦損失與上代四缸發(fā)動機相比更是減少了10-15%。
除了摩擦損失降低,三缸機還有另一個典型優(yōu)勢,是沒有了四缸機的排氣干擾現(xiàn)象。三缸機240度的點火間隔可以避開排氣干擾,最大程度地利用排氣脈沖能量,進而實現(xiàn)更高的低速性能和更快的渦輪響應(yīng)。由下圖可以看到,Ecotec系列發(fā)動機的瞬態(tài)扭矩響應(yīng)大幅提升,相比四缸機改善30%。
而在提升燃燒效率上,通用同樣在這款發(fā)動機上運用了很多先進的技術(shù)。比如DPI雙噴射燃燒系統(tǒng),就是全球首次應(yīng)用在增壓發(fā)動機上,以及行業(yè)領(lǐng)先的電動放氣閥、超低慣量渦輪增壓器和全程可變氣門正時等技術(shù)等都在這款發(fā)動機上出現(xiàn)。正是這些技術(shù)的加持使得這款發(fā)動機達(dá)成了“小排量大功率”的設(shè)計目標(biāo),而且燃油消耗率指標(biāo)也實現(xiàn)了同級領(lǐng)先。
出色的NVH(噪音震動)控制
在以往大部分人比較擔(dān)心三缸機在噪音震動方面的問題,而造成三缸機與四缸機這一差異的原因主要體現(xiàn)在一階往復(fù)慣性力矩和扭矩轉(zhuǎn)速波動上。對于一階不平衡力矩,Ecotec 系列發(fā)動機一方面采用輕量化結(jié)構(gòu)和高性能材料降低了基礎(chǔ)不平衡量,同時進行了多種整機平衡方案匹配出整車振動最優(yōu)的組合。并且,通過引入了帶減震橡膠齒輪的平衡軸系統(tǒng),結(jié)合發(fā)動機和整車的優(yōu)化,整車駕駛艙關(guān)鍵測點測試結(jié)果顯示,Ecotec系列發(fā)動機的振動表現(xiàn)達(dá)到甚至部分超越了四缸機水平。
整機運用12項靜音技術(shù)
理念落地:行駛質(zhì)感超過四缸機
再先進的理念也需要去實際驗證,在駕駛沃蘭多超過一周的時間里,我走過城市擁堵路段、高速路段、山路甚至是非鋪裝路面,這也給了我實際感受這款發(fā)動機的機會。這期間,沃蘭多的這款發(fā)動機確實讓我對三缸發(fā)動機大為改觀。首先是NVH方面,它正的做到了媲美四缸機的水準(zhǔn),不管是怠速還是急加速情況下,你都無法分辨出這是一臺三缸車型,這真的是很大的進步;另外一個是它在動力上的表現(xiàn),它的低扭很強,而且中段加速足夠給力,急加速甚至能給你不錯的推背感,所以它的動力也完全遠(yuǎn)超夠用的水準(zhǔn)。
結(jié)語:在以往的民間觀念中,大家評判一款發(fā)動機的好壞,往往用氣缸數(shù)來定勝負(fù)。比如我的六缸就是要比你的四缸高級,在他們的印象中,氣缸數(shù)越多往往意味著更高的技術(shù)含量。這個定理要放在過去似乎成立,但是你今天再說出這種話可能就有點不妥了。就拿沃蘭多身上的這臺1.3T三缸發(fā)動機來說,它的技術(shù)含量其實已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大部分四缸機型了,而且其實際的性能體現(xiàn)也證明了“缸數(shù)少未必就弱”。我們也有理由相信未來三缸機會逐漸成為主流,四缸機成為絕唱也說不定!
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