何谓单缸最优?研究表明,代表发动机技术进步的标志,不是缸数,而是单缸效率。不管是传统动力还是新能源里面最核心的东西就是能源效率的提升,而单缸排量对于发动机动力性和经济性的平衡非常关键。
热效率是决定这个问题关键的要素,而热效率的优劣着重要考虑气缸面积除以容积的比值,即面容比。在一定范围内,面容比越小,燃效率会越高。如果气缸排量过小,那么面容比会变大,导致表面冷却损失增加;相反,如果排量过大,火焰传播距离会延长,燃烧时间就会增加,从而导致热效率下降。如果燃烧时间过长、活塞过于下降,热能还会无法做功,所以一定存在一个单缸排量的最优值。
单缸排量在一定范围内的上升有利于燃油经济性的改善。从这张图上可以看到,我们以0.4升为基础,小于0.4升以后,热效率开始有所降低,小于0.33L降低非常明显。大于0.4升之后是改善了,0.5升以后改善得不明显。日产汽车在2010年关于这个课题做了一系列的测试,实验结果表明单个气缸从0.3L上升至0.4L,热效率可以提升2.0%。因此业内工程师们认为0.33 – 0.5L是单缸的最优排量,如果单缸排量在这个区域里,更利于发动机实现动力性和燃油经济性的平衡。
过小的单缸排量使得燃烧室面容比增大,导致热损失加大,发动机热效率明显降低。过大的单缸排量使得火焰传播距离加长,容易引发爆震,导致发动机热效率无明显改进甚至下降。汽车行业专家经过理论分析和实验验证,发现0.33L-0.5l之间是最佳的单缸排量。
所以对于未来主流的1.0L – 1.5L排量发动机而言,三缸结构显然是一个最佳的选择。
与此同时,三缸机相比传统四缸机还有很多优势,如体积小、重量轻、结构紧凑,没有四缸机固有的排气干扰,所以涡轮迟滞更小,还有更好的低速扭矩表现。特别是三缸机在设计结构上具备摩擦功优势,能够进一步减少摩擦功10-15%等等,这也是为什么近年来,以三缸为代表的发动机“小型化”,“合理精简”正成为内燃机技术的新趋势。