前文中已介绍了四冲程汽油发动机的工作原理,一般来说,四冲程中进气-压缩-工作-排气各占据了1/4的行程,但为了达到更好的“换气”效果,通常排气阀门和进气阀门会提前打开,延迟关闭,这样在汽缸换气时就可以利用气流的惯性形成“扫气”效应,一般情况下,不带VVT的发动机排气阀门会提前48度打开,延迟20度关闭。正是如此,四缸发动机的排气过程就会出现两个汽缸的重叠现象,如果排气系统做不好,就会出现严重的排气干涉问题(下图灰色部分),影响排气效果从而降低了发动机热效率。
在过去,自然吸气发动机通常会采用特别设计的等长排气管来解决这一问题,但进入涡轮时代,为了降低涡轮延迟,设计过程中也会尽可能缩短排气阀门和涡轮之间的距离,这就与设计复杂的等长排气管发生冲突,因此四缸涡轮发动机或多或少都会受到排气干涉问题影响,从而削弱了排气气流吹动涡轮旋转的力量。
可这一问题放在三缸机却得到了有效的解决。正如前文所说,三缸发动机每逢240度点火一次,这也造成了每次做工后都会需要旋转60度才会有第二次爆炸和排气。而恰巧,排气门提前打开和延迟关闭角加起来正好在68度,之间的差值基本可以忽略不记,也正因如此,三缸机的涡轮迟滞问题也就会比同排量的四缸机轻微一些。
(通用全新一代1.3T Ecotec三缸发动机,图源:雪佛兰汽车)
此外,与同排量的四缸机相比,三缸机缸径和冲程往往更大,比如宝马1.5T三缸机的缸径冲程与其2.0T四缸机一致;又如大众EA211 1.2T三缸机的缸径与其1.4T四缸机相同,冲程甚至还较后者更长。而这也就直接导致三缸机在低转速区间容易达成较高的扭矩,再配合更小的涡轮迟滞,往往三缸机可以带来更出色的低扭性能。
三缸机是否会成为未来主流?
或许还是很难。
尽管在欧洲市场,三缸机已成为主流选择,且具有应用覆盖车型广、市场渗透率高等特点,三缸机的市占率已提升至15%;
尽管国内市场中已出现了部分表现不错的三缸机车型;
尽管国六压境;
这其中消费者不买账或只占其中很小一部分,而真正关键的仍在于汽车产业头部企业的技术引导上。
中国汽车市场新能源当道,早已不是新闻,多年来的政策扶持,造就了一个百万量级的市场,甚至逐渐影响国际主流车企的新能源进程。同时,双积分政策落地实施,也倒逼车企加速在这一领域的布局。
盖世汽车研究院认为,在汽车全面电动化到来之前,仍存在很长一段时间的过渡期,而这段时间将是技术流派百家齐放的时候,插电式混动、燃料电池、48V微混、油电混动甚至于三缸机都可能会成为主流,但截至目前来看,相比起普及三缸机的积极性,更多主流整车企业仍将重心放在新能源产品的铺垫上。
但也不排除三缸机的其他突破,如与电机搭配,组成插电式混动力。这样既可以利用电机在怠速时及起动时高扭矩驱动车辆避免三缸机工作引起的抖动;较小的体积又可以更好的分配发动机舱空间;较同排量四缸机,三缸机更轻的重量也可以在纯电模式下降低能耗;最关键是,在扭矩达到2000-4000转情况下,三缸机还能充分发挥其高转效率来驱动车辆,以降低车辆功耗。
关于未来,谁又知道呢?或许未来会有新兴技术出现,可以突破能源、技术、成本、基础建设等多重难题,从而取代目前所有技术流派,一统天下。