三缸发动机抖动为何不能避免
继标致、大众、福特等厂商之后,通用也开始大规模全面推广小排量三缸发动机,别克新近上市的新英朗、阅朗、GL6均搭载了1.0T/1.3T三缸涡轮增压发动机,未提供四缸自然吸气车型供消费者选择,不免给人一种强推小排量三缸发动机的感觉。
可以看到,在排放标准日趋严格的大背景下,小排量三缸发动机已经成为多数汽车厂商的共同选择,越来越多的三缸发动机车型出现在市场上,消费者可选择的余地越来越小,这和当年大众强推双离合变速器的阵势非常相像,即“除了被动接受,你们别无选择”。
新英朗
关于三缸发动机优缺点的分析已经很全面了,这里再细讲也没有太多意义,我们只说一点:三缸机的抖动在现阶段是不可避免的。为什么这么说?我们通过下面发动机工作示意图可以很直观地看出三缸机抖动的根源。
四冲程四缸发动机工作示意图
点火顺序1-2-4-3众所周知,四冲程发动机要完成一个工作循环(进气、压缩、做功、排气),发动机曲轴就要旋转2圈,2圈是720度,所有四冲程发动机都是这样的工作循环。四缸发动机完成一个工作循环,每个气缸都会点火一次,而每个气缸点火时总有另一个气缸在同时做功,两个气缸同时做功,产生的力矩是平衡的。
四冲程三缸发动机工作示意图
点火顺序1-3-2而四冲程三缸发动就就完全不同了,三缸发动机完成一个工作循环,同样是每个气缸点火一次,但是由于气缸数量是奇数,三缸发动机工作时总有一个气缸在单独做功,产生的惯性力矩得不到抵消,抖动就这样产生了。所有奇数缸发动机都存在这个问题,五缸也一样,只不过五缸的没三缸那么明显罢了。
福特EcoBoost125发动机
对于三缸发动机的抖动问题,各大厂商也都竭力通过机械手段进行减振处理,但是很遗憾,无论是最早的摩擦式减振器、偏心质量飞轮还是目前多数厂商普遍采用的平衡轴,都无法从根源上消除三缸发动机的抖动问题,只能在外面兜圈子,尽量通过NVH抑制手段来控制传导到驾驶舱的抖动和噪音,或者延缓抖动出现的时间,刚买到的新车肯定不会抖的那么明显,随着行驶里程的增长,抖动将会越来越明显。
第七代福特嘉年华
事实上,大多数消费者喷三缸发动机并非针对三缸机本身,而是不满厂商对三缸机的运用。众所周知,三缸机最早是应用在A0级小型车上的,由于成本问题,A0级小车搭载三缸在某种程度上可以说是必然做法,像我们熟知的夏利、奥拓包括如今的嘉年华,用三缸完全OK,对应的消费群体既然能接受A0级车型的整体品质(NVH抑制占了很大一部分),那么就说明对于三缸机的抖动和噪音也是可以接受的。
大家都知道我们现在的家用车大多数都是4缸的,因为4缸机不仅从动力平顺性,还是从油耗方面都比较均衡,所以家用车延续了很久4缸机,但是随着能源的减速,各大车企也为了响应国家的节能、减排的号召,好几家车企业纷纷开始造气了三缸机,至此就开始了,拖拉机改良版的抖动生活了。
那发动机抖动到底和缸数有没有关系,这个还真的是有的。发动机的工作都是四个步骤,进气、压缩、做功、排气,在一个运转的周期中,每一个气缸依次做进气、压缩、做功、排气,动力的输出连贯所以平顺。
举个例子:拿洗车做举例,洗车需要四个步骤,喷水、喷泡沫、洗车、擦干。就是一件事需要四个步骤,恰好四个人做,做起来很连贯,刚刚喷完水立马就下一个开始喷泡沫,再喷完就开始洗然后另一个擦水。
如果这个时候我们增加2个人,就好比车从4缸一下变成6缸了。那么洗车喷水可以两个人同时喷,等等,其他步骤都会有上一个忙完的帮助完成,不管是做事效率上还是质量上会更好,同样6缸机做四个步骤产生重叠所以效率更好,汽车工程里面学名叫做“做工冲程叠加效应”。
所以这时候我们的发动机6缸的平顺性更要好于4缸,然后8缸更要优越于6缸。
其相反,如果我们4缸机变成了3缸,那等于少了一个人干活,那么等于四个步骤三个人干,导致交替干活的间歇变长了动力输出上面就会产生点点中断。
还是用刚才洗车的步骤为例子,本来四个人做四个步骤,很连贯,突然三个人做,那么中间的做事就多了一个步骤然后人手不够会有一点点中断,导致很不连贯。故产生抖动。
当然发动机抖动还有一个原因:
这个原因就是活塞在气缸内运动产生的,往复惯性力,因为三缸机内部的活塞运动的方式是“两上一下”产生的力不平均,导致活塞产生不同频率的振动,然后一阶的振动频率最低很容易与其他的部件产生共振。
以上就是最主要的两个原因,还有一些其他的原因都被工程师克服了,所以就不细说了。