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深评:车企纷纷投入 三缸机能否成主流

来源:未知 编辑:爱上你是我的错 时间:2019-05-07
导读: [汽车之家 深评] 自1979年铃木首次量产三缸机车型以来,三缸机长期因为NVH的问题受到车企和消费者的排斥。但最近两年国内外各大车企纷纷上马各种三缸机车型,三缸机军团为何会愈加庞大?日后会否成为家用车主流机型?其重获生机的本质原因到底是节能减排驱动
 [汽车之家 深评]  自1979年铃木首次量产三缸机车型以来,三缸机长期因为NVH的问题受到车企和消费者的排斥。但最近两年国内外各大车企纷纷上马各种三缸机车型,三缸机军团为何会愈加庞大?日后会否成为家用车主流机型?其重获生机的本质原因到底是节能减排驱动,还是成本制约?甚至是电动化趋势裹挟?诸多问题,待我们一一来解析。
 
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●《深评问道》是什么?
 
  《深评问道》是汽车之家首个面向行业端用户打造的栏目,特约汽车行业资深从业者执笔,独家解析/揭秘行业大事件。除了热闹表象,我们更想向您呈现对事物本质、因果以及未来可能性的探究和思考。
 
  本期行业评论员——智电汽车专家团,由一群拥有汽车专业硕、博士学历,十年以上汽车产业工作经验,分布在高校、汽车行业协会、零部件公司、主机厂、咨询公司等不同产业环节链条上的资深人士组建。在汽车产业向智能化、电动化转型升级之际,向更多的人分享汽车产业的新科技。
 
  本文作者:胡玉峰,先后从事汽车电控开发、整车试验、节能与新能源汽车产业咨询等工作,曾参与国家863重大项目、工信部“节能与新能源汽车技术路线图”、中国工程院“汽车强国战略”等10余项重大研究/行动,擅长汽车产业评论分析与政策解析。
 
60秒快速了解核心论点:
 
●背景:自量产之后三缸机曾长期被打入冷宫,关键原因在于NVH表现极差。
●最近几年三缸机突然“回光返照”,美日欧中四大区域车企均在三缸机领域大力拓展,令人错愕。
●在三缸机业已被消费者强烈诟病的情况下,到底是什么原因驱使主机厂“逆势而为”?三缸机军团是否会继续扩大、最终会达到什么结果也值得深入探究。
●基于节能、减排、成本、电动化四大方面的探究,本文力图摸清三缸机阵营扩大化的真实动因。
●可以肯定的是,三缸机将愈加普遍,但也将迎来更多的强力竞争对手,其市场占比将呈驼峰式变化。
 
一、背景:三缸机的前世
 
  三缸机,一个敏感的话题。自1979年铃木首次量产三缸机车型——fronte以来,各类三缸机车型恶劣的NVH(Noise噪音、Vibration震动、Harshness声振粗糙度)表现给市场留下了“抖无止境”的极差口碑,消费者对其嗤之以鼻甚至在购车时绝对排斥。
 
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  实际上,三缸机的抖动问题是与生俱来的,由于始终存在一个缸没有“对手”进行反向冲抵转动惯量,因此无法像偶数缸发动机一样具有较好的先天NVH表现,只能通过后天优化。 
 
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  三缸机的NVH恶劣口碑导致在很长时期内,只有寥寥数个产品或者低端产品在坚持,绝大多数车企都选择“退避三舍”,这一现象一直持续到了2010年才有所缓解。
 
二、打破禁区:三缸机雨后春笋
 
  原本被丢弃到“冷宫”的三缸机,在2010年后逐步迎来了“第二春”:从前期的几个大厂象征性地展出成品,到美国、日本、欧洲、中国四大区域的主要车企都开始纷纷上马三缸机项目,而实车应用更是接二连三。
 
不同地区车企三缸机项目情况
国家 车企 三缸机型号 排量 最大功率 峰值扭矩
美国 通用 Ecotec 1.0T 1.0升 92kW 170N.m
Ecotec 1.3T 1.3升 120kW 230N.m
福特 EcoBoost 1.0T 1.0升 92kW 170N.m
EcoBoost 1.5T 1.5升 135kW 243N.m
欧洲 沃尔沃 Drive-E 1.5T 1.5升 132kW 265N.m
大众 EA211 1.0T 1.0升 70-85kW 160-200N.m
PSA/宝马 EB2DTSM 1.2T 1.2升 100kW 230N.m
宝马 B38 1.5T 1.5升 100kW 220N.m
smart/雷诺 H4BT 401 0.9T 0.9升 66kW 135N.m
奥迪 EA211 1.0T 1.0升 85kW 200N.m
日本 本田 P10A5 1.0T 1.0升 90KW 90KW
日产/雷诺 H4BT 401 0.9T 0.9升 66kW 135N.m
日产赛车 DIG-TR 1.5T 1.5升 294kW 360N.m
丰田 M15C 1.5自吸 1.5升 87kW 146N.m
铃木 R06A自吸 0.66升 36kW 59N.m
1.0T 1.0升 81.6kW 170N.m
中国 长安 / 1.0升 1.0升 172N.m
海马 HMAGA12-YF 1.2T 1.2升 102kW 230N.m
上汽 10E4E 1.0T 1.0升 92kW 170N.m
广汽 3A10M1 1.0T 1.0升 100kW 200N.m
吉利 JLF-3G10TD 1.0T 1.0升 100kW 205N.m
一汽 CA3GA10TD 1.0T 1.0升 88kW 200N.m
奇瑞 E3T10 1.0T 1.0升 73kW 150N.m
ACCECT 1.2T 1.2升 97kW 212N.m
比亚迪 BTD371QA 1.0自吸 1.0升 50kW 90N.m
东风 C10TD 1.0T 1.0升 105kW 215N.m
北汽 A102T 1.0T 1.0升 85kW 165N.m
制表:汽车之家 行业频道
  但不可否认的是,目前推出的三缸机车型在不同程度都受到了市场的抵制,销量均不乐观。比如PSA那台荣获了全球十佳发动机称号的1.2T三缸机,依然把标致呕心沥血开发的308S拖累至停售的惨况。
 
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  影响三缸机车型销量不振的核心原因,还是一个字:“抖”。
 
三、NVH后天优化已今非昔比
 
  但实际上,当前三缸机在NVH后天优化方面的提升已经非常明显,以通用那台1.3T三缸机为例,一共采取了12项减震措施来降低震动和噪音表现。其中最重要的是通过平衡块来降低旋转扭矩不平衡、通过平衡轴/橡胶减震齿轮/球墨铸铁曲轴来消除往复扭矩不平衡、通过钟摆式双质量飞轮来消除输出连续性不平衡。
 
  此外,在整车部分还可以通过动力传递处减震、增厚隔音棉等方式来提升NVH表现,也就是说三缸机先天抖动是存在的,但后天的优化已经基本实现在车内难以察觉的地步。 
 
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  实际上这些减震技术并不难,也没有技术专利限制,不止通用可以应用,其它厂家也能轻松效仿。这些技术本质上的思路是“既然天生抖动无法避免,那就通过后天优化让消费者无法感知”。
 
  这里并非是给通用的三缸机背书,实际上目前水平较高的三缸机都能通过类似的技术手段实现相近的NVH效果。笔者想表达的核心意思是:三缸机在NVH方面的劣势已经极为薄弱,随着后天优化水平的进一步提高,抖动不会成为其未来大规模推广的关键障碍,但消除消费者心理障碍确实需要一段时间。
 
  那既然当前“抖”字已经深入人心,诸多车企究竟又为何会逆势而动?宁愿冒天下之大不韪也要硬推三缸机?而且还有逐渐加重的趋势?这个问题就值得深入探讨。在笔者看来,车企强推三缸机的原因主要有:油耗、排放、成本、电动化四大方面。
 
四、油耗:三缸机优势明显
 
  2019年1月24日,工信部公开发布强制性国家标准《乘用车燃料消耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》(征求意见稿),标志着第五阶段油耗管理办法即将正式出台。相比四阶段油耗法规,五阶段油耗管理目标进一步加严,对于小型车而言更是必须降至5.0L/100km以下的水准,这个难度对于传统车而言是非常大的。
 
不同阶段油耗法规目标值对比
车型质量 四阶段目标值 五阶段目标值
CM≤750kg 4.3L/100KM 4.0L/100km
750kg<CM≤865kg 4.3L/100KM 4.0L/100km
865kg<CM≤980kg 4.3L/100KM 4.0L/100km
980kg<CM≤1090kg 4.5L/100KM 4.0L/100km
1090kg<CM≤1205kg 4.7L/100KM 4.2L/100km
1205kg<CM≤1320kg 4.9L/100KM 4.4L/100km
1320kg<CM≤1430kg 5.1L/100KM 4.6L/100km
1430kg<CM≤1540kg 5.3L/100KM 4.8L/100km
1540kg<CM≤1660kg 5.5L/100KM 5.0L/100km
1660kg<CM≤1770kg 5.7L/100KM 5.2L/100km
1770kg<CM≤1880kg 5.9L/100KM 5.4L/100km
1880kg<CM≤2000kg 6.2L/100KM 5.7L/100km
2000kg<CM≤2110kg 6.4L/100KM 5.9L/100km
2110kg<CM≤2280kg 6.6L/100KM 6.2L/100km
2280kg<CM≤2510kg 7.0L/100KM 6.6L/100km
2520kg<CM 7.3L/100KM 6.6L/100km
制表:汽车之家 行业频道
  最重要的是,五阶段油耗法规要求按照WLTC工况进行测试,新工况属于瞬态循环,持续时间1800s(比稳态的NEDC工况多了620秒),与实际驾驶情况更为接近。虽然瞬态工况对小排量增压技术路线并不友好,但综合来看,减少一个气缸的燃料消耗减少量比大排量的四缸机型还是更加有利(比如能够大幅减少摩擦功),前提条件是应用于整车负荷偏低的小型车(避免小马拉大车的现象)。从实际情况来看,目前三缸机的油耗能做到5L/100km以下,这基本上是除了混动技术以外唯一能达到该限值的车型种类。
 
不同三缸机车型油耗情况
车型 发动机 公告油耗
Smart fortwo 0.9T三缸机 4.4L/100km
奥拓2016款 1.0L自吸三缸机 5.0L/100km
本田凌派 1.0T三缸机 4.9L/100km
本田享域 1.0T三缸机 5.0L/100km
荣威i6 2017款 1.0T三缸机 4.9L/100km
英朗2019款 1.0T三缸机 5.1L/100km
福克斯2017款 1.0T三缸机 5.2L/100km
标致308S 1.2T三缸机 4.9L/100km
制表:汽车之家 行业频道
  当然这只是在NEDC之下,行业是有做过不同机型在NEDC/WLTP下的测试对比的,为了避免纠纷,产品以国别代替:
 
不同机型在NEDC/WLTP下的测试对比情况
车型 发动机 NEDC油耗 WLTC油耗 变化(L/100km)
日系混动 1.8L四缸自吸 4.2L/100km 5.0L/100km +0.8
日系混动 2.5L四缸自吸 4.4L/100km 5.5L/100km +1.1
美系大排增压 2.0T四缸 8.8L/100km 9.7L/100km +0.9
韩系大排自吸 2.0L四缸自吸 7.1L/100km 7.7L/100km +0.6
德系小排增压 1.4T四缸 5.5L/100km 5.9L/100km +0.4
德系大排增压 2.0T四缸 7.9L/100km 8.7L/100km +0.8
自主大排增压 2.0T四缸 7.9L/100km 8.9L/100km +1
自主小排增压 1.5T四缸 6.4L/100km 6.5L/100km +0.1
美系小排增压 1.3T四缸 5.8L/100km 6.1L/100km +0.3
制表:汽车之家 行业频道
  可以看到,虽然大排量四缸机可以容纳更多节能技术,但在NEDC向WLTC转变过程中不仅自身油耗基数高,增加量也不少;日系的混动更是悲惨,WLTC怠速工况的减少使得混动的优势并不明显,当然这里面也有WLTC欧洲制订背景的可能;小排量三缸机也有增加,但相对来说基数、增加量都是可以容忍的程度。
 
  所以从油耗的角度来讲,虽然一味Downsizing(发动机小型化)的趋势有所减弱,同时增压有同阿特金森循环、弱混系统、轻量化结合的势头,但总体来看减缸的优势还是很明显,对于主机厂的吸引力还是很大。如果粗略的量化评估(满分100分),主机厂基于油耗压力而推行三缸机的推动力在25分左右。
 
五、排放:三缸机不是必然
 
  排放也是三缸机推行的一个因素。根据国六排放标准要求,一氧化碳相比国五标准约加严了30%,加严力度非常之大,而且汽油车引入了PN的考核指标。
 
  三缸机在排放方面不仅因为缸数减少而有着先天的排放优势,而且其排气干涉小、涡轮响应快、早燃倾向低的特性使得其在排放方面比四缸机能取得更好的表现。
  最重要的是,汽油机PN指标的提出,使得汽油机增加尾气GPF成为必选方案,否则PN极难甚至不可能达标。但GPF的引入会导致排气背压加强,进而导致残余废气系数增大,再进一步导致排气温度升高,从而恶化排放。很显然,三缸机比四缸机在这方面拥有明显的优势,能更容易的减小排气背压,从而减少排放。
 
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  但如果说因为排放而将三缸机作为必选项则是“矫枉过正”。因为除了三缸机外,车企还可以选择应用闭缸技术,比如在四缸机排气背压较大时,通过ECU控制其中两个缸体/气门关闭,只留剩下两个缸体运转,一样能达到降低排放的目的。实际上这样的技术不止一家拥有,凯迪拉克、本田VCM、大众AVS等都可以通过不同的方式实现这一功能。
 
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  所以说从排放的角度来讲,三缸机并非是必然选项,这与油耗不同,虽然四缸机、六缸机可以通过闭缸来减少燃油消耗,但全缸运行时的摩擦功、增加缸的重量、面积增大导致热损耗增大等因素是没有办法通过闭缸技术一劳永逸的。如果粗略的量化评估(满分100分),主机厂基于排放压力而推行三缸机的推动力仅在10分左右。
 
六、成本:三缸机优劣参半
 
  当然,三缸机原则上是比四缸机要便宜,但是便宜幅度并没有同L4对比V6、V6对比V12那么大。主要减少的成本在于材料方面,大概在1000-2000元之间。
 
  但三缸机为了解决动力、震动等方面的投入也在增加,一定形式上是要对冲减少的成本。实际上在对冲之后,三缸机并不见得比四缸机的成本低多少。
 
三缸机与四缸机对比成本变化
项目 成本变化
缸数减少 -1000到2000元
涡轮增压 +2000元以上
缸内直喷 +1500元
引入能量管理 +300元
减震/平衡等NVH优化 +1500元以上
制表:汽车之家 行业频道
  比如,宝马那台B36三缸机在应用到整车上时,除了发动机本体的NVH优化,还要考虑到震动隔绝的问题,会用到比较贵的RUF材料隔绝罩来隔绝震动和噪音传递到驾驶舱;通用也会采用更贵的三点式液压悬置来替代传统的橡胶悬置。这些都会额外增加三缸机的综合应用成本。
 
  至少在目前来看,基于成本方面的考虑,三缸机没有明显的优势,主机厂算完账以后,短时间内更不可能主动因为成本的原因强推三缸机。量化一下,成本因素基本接近0,至少当前是这样。
 
七、电动化:三缸机最大优势所在
 
  在笔者看来,车企强推三缸机的最大动力来自于电动化趋势,这个分值至少要占到65分以上。其逻辑参照如下:
 
  一是考虑到了电动化/禁燃的缓慢交替和互相融合进程。毫无疑问,纯电驱动和传统燃油车是截然不同的两种技术路线,但车企已经愈加清晰的认识到,纯电不会激进的取代传统燃油车,传统燃油车也不会迅速“丢盔弃甲”,两者之间在较长时间范围内,都会以一种相互融合、缓慢更替的态势存在。
 
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  二是基于上述场景下,内燃机必然从大排量向小排量转移、从多缸到少缸转移。由于电动化趋势加强,内燃机在整个动力系统里的地位和作用会逐渐减弱,电能不管是以48V弱混还是以HEV普混甚至PHEV强混的形式介入,甚至直接通过增程式方式来切断内燃机的直接驱动,都会压缩内燃机的生存空间。内燃机从100%动力介入向50%、20%动力介入的趋势得到强化,换而言之,普通家用的内燃机将越来越不需要大排量、多缸,6缸—4缸—3缸甚至以后的2缸、单缸成为可能的发展方向。
 
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  三是内燃机和电池将在各自的优势领域工作,必要时互相弥补对方不足。内燃机在高转速情况下的效率通常高于电池(或者说整个电能系统),但内燃机在起步、低速加速等情况下的油耗、排放、动力特性是普遍落后于电池的,所以双方各自在高效率区间发挥主力作用成为一种必然。那么这里面就要着重考虑两个工况:加速和高速工况。在加速工况下,同等技术的三缸机肯定不如四缸机动力,但电池的介入可以把这个劣势弥补起来;在高速工况时,三缸机的动力其实是够用的,而且更节省油耗。所以通俗点讲,四缸机的对手不是三缸机,而是电池,电池把缺的那个缸完美弥补了。 
 
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  四是轻量化和布置的要求。对于混动车型而言,电池、电机本身重量就较大,轻量化是一个必然的方向。三缸机在重量上的优化是显而易见的,减重15%甚至以上比较容易实现。另一方面,由于电池、电机的增加,特别是发动机和变速箱中间引入了电机、离合器,导致混动车型的轴向尺寸很紧张,要求发动机体积小、结构更紧凑,从这个角度来讲,三缸机的优势极为明显。
 
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  五是法规的升级。在四阶段油耗法规里,插混或增程式油耗是直接按0优惠核算,在五阶段则面临电耗折算油耗的难题,所以倒逼车企在做车型开发时,不能像以前一样只考虑电能介入就行了,发动机增加了降耗的要求。
 
  所以,从电动化的趋势来看,家用紧凑型车甚至中级车做三缸机方案的现象将会越来越多,在大幅改观(说绝对改观是不切实际的)NVH表现后,消费者会逐步接受三缸机。所以车企越早做、越能积累先发优势,但也会遭受一定的前期损失。
 
八、三缸机的规模预测
 
  既然三缸机会逐步扩大,那三缸机会否通吃天下呢?答案是否定的。
 
  首先,三缸机的优势在于紧凑型,因此注定规模有限。在小型车领域,纯电动形式将会更加具有竞争优势,因为带电量小;在中大型领域,三缸机即便榨干了,也很难应付重负荷的要求。最适合三缸机发挥优势的车型领域在于紧凑型,不管是油耗、排放、成本、动力、空间布置,三缸机都能优于四缸机的表现。但紧凑型毕竟是一个细分市场之一,不能代表全体市场。
 
上汽通用别克 英朗 2019款 15T 手动精英型 国VI
 
『三缸发动机的别克英朗2019款』
 
  其次,三缸机占比将呈驼峰式变化。紧凑型是一个主力市场,所以这个规模不容小觑,三缸机占比将得以快速提升。与此同时,短期内两缸机甚至单缸机还无法完全整车动力输出需求,所以三缸机的上升曲线将是平稳—快速的形式。但在电池或者燃料电池技术根本性突破后,三缸机将受到打压,两缸机会取代其市场地位。所以先增长后下降的驼峰式发展可能性极大。
 
  由此来看,三缸机的全球规模超过1000万台/年并非夸大其词,虽然这个节点具体在什么时候出现还需要深入论证,但其出现已是必然。
 
九、结语
 
  写这篇文章的起因是笔者在和多家主机厂人员交流时,他们自己表示都不清楚为什么自家会搞三缸机项目。其实综合来看,我们可以基本判定,不是排放也不是成本,最主要的还是为未来的电动化、油耗加严做未雨绸缪,这更像是颇为无奈下采取的一种综合最优方案:反正迟早都要来,晚做不如早做,先于别人工程化、产业化就先把握了未来的竞争优势。
 
smart smart fortwo 2018款 0.9T 66千瓦敞篷耀目灰特别版
 
『smart』
 
  但站在消费者的角度,笔者还是要严正的说一下:搞三缸机没问题,但一定要把NVH问题解决好,技术路线和法规的事情,不能让消费者的感受来买单。毕竟,消费者没有义务来“享受”你制造的“抖音”。(文/汽车之家行业评论员 胡玉峰)
责任编辑:爱上你是我的错

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