不请自来的知乎首答,最近发现关于三缸发动机的话题越来越多了,作为一名领克工程师也来凑个热闹。
关于三缸机成为趋势的背景,前面已有好几位优秀答者说得很清楚,我这里就不再赘述。
但我想说的一点就是攻城狮的工作思路:那就是无论三缸发动机的流行趋势是法规导致还是车企主导,我们的职责就是尽我所能,解决问题!
尽管从专业角度来说,目前的三缸机技术已经很先进、可靠了,但无奈的是,终端消费者仍有很多误解。
误解1:用三缸机主要是为了降成本。
曾经的三缸机确实是廉价的象征,但三缸机重回主流(且是不可逆的趋势),不但跟降成本无关,各车企反而耗费了大量的人力、物力、财力,来提升三缸机的技术水平和在各方面的表现。
这就好比我们已经非常熟悉的涡轮增压技术,上世纪的涡轮增压纯粹是为了压榨动力,而放弃了油耗、舒适性、动力的线性输出等;而如今的涡轮增压已经是主流的提升动力兼顾降低排放的手段,这样翻天覆地的变化离不开相关领域工程师的努力,以及车企和供应商所投入的研发成本。
当年的涡轮增压发动机:
客观地来说,发动机本身作为有一定技术门槛的事物,消费者的认知更新速度会比较慢,在实际体验之前,大多数消费者会被固有观念所主导,具体可参考X5、Q7、7系等车型刚推出四缸版本的时候。但如今科技的发展水平和技术迭代更新的速率,已远非老三缸机时代可比,这就类似于15年前,搭载了摄像头的手机都少之又少,而如今手机的拍照水平在很多时候已经可以媲美专业相机。
所以,如今你看到的搭载三缸机的车型是这样的:
还有这样的:
误解2:三缸机是“小马拉大车”。
辟谣之前,我先解释一下“黄金动力带”:
是指扭矩范围在140-260Nm,自然吸气排量在1.5L-2.5L之间,涡轮增压排量在1.0T-1.5T之间的发动机。从2017年的汽车销量数据来看,集中在“黄金动力带”的比例高达78%。
1.0T-1.5T的发动机最合适,市场上也有一些在这个区间的四缸涡轮增压发动机,但为什么大趋势是采用三缸?因为结合了发动机单缸排量最优化的选择,即单缸排量在300cc-500cc时,燃油经济性和动力性最优化。
我们将三缸机和四缸机来个更加直接的对比,先说说三缸机的相对优势:
从行业发展趋势来说,在相同排量的情况下,三缸发动机可以采用较大的缸径,而发动机总体长度可以控制得很小,这一优势同时也为混合动力系统带来了更多有利条件,发动机布置起来更方便。
从消费者用车角度来说,三缸机可以带来更小的体积、更轻的质量、更少的零件、更低的油耗;更便于发动机舱内部合理化布局,帮助实现更理想的前后配重比,从而实现更精准的操控,更稳定安全的行驶;结构更简单,更低的维修费用,使用成本更低。
误解3:三缸机是专门坑中国消费者的。
三缸是“中国特供”吗?举几个例子:
福特1.0T Ecoboost是全球机型,宝马B38 1.5T是全球机型,PSA 的1.2THP也是全球机型。而PSA正加速从中国向欧洲出口这台三缸1.2THP发动机。
更有甚者,大众的1.0TSI是暂时没有在中国大陆销售的全球机型。而在欧洲,高尔夫、奥迪A1等车型则搭载了这款三缸发动机。
上面说了很多三缸机的好处,但可能仍然会有很多不待见三缸机的人喜欢拿“抖”来说事儿,那么问题来了——三缸机一定比四缸机抖吗?先来看看发动机的“抖”是怎么造成的。
其实人对振动的感受在机械振动中有详细定义和评价方法。在GB/T 13441.1-2007/ISO 2631-1:1997中,将人体坐姿对振动的感应分为12自由度,如下图。
当我们坐在车上感受到12个自由度中的振动其实是不同的,评价时用加权的系数代表我们的敏感度,每个自由度综合即为最终我们对于振动的评价总值。总结该项国标对振动灵敏度的数据,对于每一自由度上的振动感知加权系数如下表所述(来源:《汽车理论》清华大学 余志生主编),系数越大代表对该自由度上越敏感。
好吧,以上内容好像过于学术了,总结下就是我们坐在车上的屁股对上下跳动感受比左右翻转振动更敏感。而三缸机带给我们的振动是左右翻转,四缸机是上下跳。
作为领克的攻城狮,接下来我要开始卖瓜了,说一说我们是如何解决这个用户痛点的:
首先,抑制激励源的振动是根本的解决方法,以我们开发的领克1.5T三缸发动机为例,我们采用了以下解决方案:
1.平衡轴
增加平衡轴,这是当前主流三缸发动机的必要措施,从原理上三缸发动机的惯性力是完全平衡的,但是其惯性力矩不是完全平衡的,增加平衡轴的目的就是为了抵消三缸机的不平衡力矩。平衡轴的反向转动(这里指的是相对曲轴转动方向而言),能缓解发动机的振动,因此领克的1.5T三缸发动机采用加装一根平衡轴来平衡一阶不平衡力矩。
2. 钟摆式双质量飞轮
领克1.5T发动机所采用的飞轮为钟摆式双质量飞轮,即在传统的双质量飞轮基础上增加一个钟摆式吸振器,钟摆呈反向往复式运动减小抵消来自发动机侧主动飞轮的扭转振动,能够很好的吸收发动机本体传递到整车上的振动,降低路径上的抖动传递,使得整车更加平稳的运行。
顺便说一句,宝马的三缸对抖动这个问题可能态度更加佛系,仅仅一根安装了配重块的平衡轴就承担了所有抑制震动的工作。所以实际表现……建议各位如果有机会可以实际对比下。
3. 正时皮带系统
领克1.5T发动机在设计正时系统时放弃了正时链条传动,改用振动更小,声音更安静的正时皮带传动,正时皮带可以有效的缓解凸轮轴阀系与曲轴之间的振动。进排气VVT皮带轮采用椭圆皮带齿结构,这种结构可以显著降低正时系统的振动。
需要强调的是,领克1.5T发动机采用的是长效正时皮带,此类皮带使用寿命可达8-10万公里,在使用寿命内,正时皮带的工作噪音会低于正时链条,从而有利于降低发动机运转噪音。
4. 发动机液压悬置
相信很多人看过一些视频,视频为了证明宝马三缸机的抖动问题,打开了引擎盖放了一杯水在发动机上——撇去宝马的三缸机因没有装配质量飞轮实际的振动表现不说,但这个视频有个根本性的逻辑错误——那就是发动机与车体的连接是非刚性的,驾驶者的屁股也不是直接坐在发动机上,也就说,并非发动机振动如何,你坐在车里的感受就如何。
发动机和车身都是软连接,学名为悬置,低端的一般使用橡胶块悬置,高端的则使用液压悬置。液压悬置的成本不低但效果好,原理与减震器基本类似。 将激振能量吸收衰减,跟马爸爸打太极是一个道理。
说了这么多,领克02的三缸发动机得到了什么样的反馈呢?数据说话:
通常情况下,NVH专业评价一辆车是否抖动,主要通过座椅的振动大小来衡量,这个参数是一个重要的评价指标。在评价过程中,我们通过和行业内的三缸机以及四缸机做了抖动的对比,分别对宝马1.5T三缸发动机的车型、雷克萨斯2.0T四缸发动机车型及领克02的1.5T进行测试,测试结果如下图所示:
上图的振动数值越低,表明在此工况下整车的抖动情况越好,普遍认为乘用车的行业达到0.6就是可以接受的水平。从上图可以看出,三款被评测车辆都可以满足消费者的需求。其中,领克02在此数据上明显优于宝马1.5T三缸机和雷克萨斯2.0T四缸机,可以说消费者在平常驾乘时拥有不输于四缸发动机的用户体验,虽然在打开机舱盖后仍然可以看见发动机存在一些抖动,但是当你坐进车内时,你几乎感觉不到任何的抖动感觉。
我对上面这段描述负责,当然你也可以亲自验证,领克02和配备三缸发动机的宝马车型在各自经销商门店应该都可以体验到~
所以我的结论是,三缸机的一点缺点和其优点相比,实在是不值一提,消费者也无需担心,更何况,那些原有的缺点也在一点一点被攻克和弥补。
以上。
ps.有任何关于汽车动力总成的问题可以随时与我交流,作为初来乍到的知乎新人,也期待各位的关注~
来源:知乎 www.zhihu.com
作者:Carspeed
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