三缸发动机到底多差？也就是很多人不愿承认丑小鸭变成网红罢了！

自从三缸发动机逐步走进消费者的视线里，三缸机的讨论和热度几乎没停过。我不知道有没有人想过一个问题，在现在这个趋势下，传统燃油发动机正在逐渐的向混合动力或者说纯电动机的方向走，为何还有那么多的车厂花费大把的人力和物力去研发三缸发动机呢？

为什么通用、福特、宝马、标致、丰田、本田甚至国内的许多自主品牌都在推出三缸发动机来代替四缸发动机？三缸发动机仅仅是为了达到排放要求的产物吗？三缸机对比传统直列四缸发动机的主要劣势在哪？又是什么原因导致的？如何解决？这些都是我接下来要说的点。
 
在说之前我想先说明，三缸发动机其实并没有大家想的那么不堪，在某网站的一份调查问卷中，有12000人进行了问卷调查，其中百分之七十以上的人表示不能接受三缸发动机，而这12000人中只有2700人是三缸车车主或者说曾经开过三缸车，也就是说很多不能接受三缸车，对三缸发动机怨声连天的人是并没有开过三缸发动机的车。工程学的魅力正是在于妥协。没有完美的产品只有越来越平衡的产品。工程学所要实现的是在成本，政策法规，油耗，舒适性，运动性等等之间进行平衡。三缸机有天生的劣势不假，但是它也有六缸和四缸机不具备的优势，在做出任何选择前都应该是一个对劣势和优势平衡的过程。
 
那么三缸发动机对比现有的直列四缸发动机优势在哪？
 
除了大家熟知的三缸发动机可以帮助车主应付现阶段的排放要求以外，三缸发动机由于缸数少，而我们都知道发动机的热能转化为机械能有很大一部分能量是损失在了摩擦上，缸数更少的三缸发动机自然在缸体活塞和缸壁等零部件的摩擦更小，也就是说直接降低了发动机做工所导致的摩擦损失。对消费者来说更直接的就是油耗的降低。
 
现阶段的三缸发动机普遍运用了缸内直喷、进气双歧管以及涡轮增压技术以持平四缸发动机同等的动力水平，甚至超越传统四缸发动机动力的同时油耗降低百分之十左右。以宝马mini上那台1.5T的B38A15A发动机为例，对比老款的1.6L四缸发动机，百公里加速快了2.3秒，整体油耗却下降了8%。或许有人会觉得三缸涡轮对比四缸NA发动机会有失公平性。接下来就看看通用推出的Ecotec1.3T三缸发动机，这台发动机是由老版本的SGM1.4T直列四缸发动机的降缸升级版本。排量降低了动力同样是提升了，油耗也降低了5%-10%。下图红色曲线代表Ecotec1.3T三缸发动机，蓝色曲线代表SGM1.4T直列四缸发动机。从图中能清楚看到，红色曲线在低速时扭矩比蓝色曲线提升了23%，而在中段加速后则提升了15%。

 
很多人会以为三缸发动机比四缸发动机造价便宜，是车企为了节省成本的廉价产品。我曾经一度也是这样认为，但是经过我这几个月来的研究，我发现我之前的结论是错误的，由于现在的新三缸发动机都普遍存在缸内直喷技术和双进气歧管等新技术，并且采用全新的发动机材料，所导致最后三缸发动机的成本并不低于四缸发动机。
 

但是三缸发动机还有一个得天独厚的优势，重量轻、大幅度节约空间。对于消费者来说最直观的变化就是发动机舱变得不再拥挤，通过缩短发动机舱从而拓展车内的空间，并且由于车头重量的减轻（一般为15-35KG）车辆开起来也会更轻快。对于车企而言，更充足的机舱空间可以有更多种不同的发动机和变速箱的布置方式，从而更好的对车辆进行改款或者推出新款车型。
 
最明显的例子应该是宝马X1从老款四缸到三缸的变化，从下图就能非常直观的看出来，除了整体外观更紧凑更好看外，由于额外的机舱空间，可以给工程师将发动机横置摆放，变成前驱或者前驱主导的四驱车之后，可以缩短发动机舱来拓展客舱空间，虽然尺寸比老款减小了，但是内部空间反而比老版更大。这以改动后，X1从后驱变为了前驱车，网上叫骂一片，都说前驱宝马不算是宝马，前驱不运动等等。先不讨论一台SUV是否能运动得起来，或许真正的X1车主更在乎的是油耗和空间的改变吧，至于埋怨的人，我想更多的是键盘车手和唇上车手。


 
再回到通用的Ecotec三缸发动机，2018款的福克斯Ecotec1.0T比老款四缸发动机减轻了24KG，减幅高达25%以上，发动机重量的减轻不仅可以带来更好的燃油经济性同时也可以帮助车身配重优化，带来更好的驾驶性能，也就是驾驶乐趣。
 
三缸发动机的优势到此结束，下面是很多人关注的部分，无论我把三缸发动机说得天花乱坠（其实是事实），更多的消费者关心的则是三缸发动机对比传统直列四缸发动机的劣势在哪？对比老三缸发动机目前的新三缸发动机有何进步？原因在哪？
 
首先三缸发动机天生的缺陷在于一介和二阶的惯性力矩不平衡，这个也是由于缸数不平衡所导致的，总的来说一阶惯性力是由于每个缸体活塞往复运动到达最顶端和最低端改变方向的时候会对缸体施加一个和速度方向相同的惯性力。那么这个惯性力对应的扭矩就是惯性扭矩。关于这个惯性力的概念可以从下面的文献中看。（但是很遗憾并没有中文版本，为纯英文。）http://what-when-how.com/automobile/engine-balance-automobile/
 
以直列四缸发动机为例，两端的活塞是上下运动的，而达到上或下的顶点后会有一个惯性力继续向上或向下，而中间两个活塞同时到达底部的惯性力朝下互相平衡。因为左右两个一组的活塞镜像对称所以一阶惯性扭矩也平衡。这个平衡也就是缸数平衡，只要缸数是平衡的，活塞之间的摩擦或者说是惯性力引起的发动机振动和噪声是最小的。但是三缸发动机并不具备这种平衡，先天的缸数不平衡导致它的振动和噪声会相比四缸、六缸、八缸、十二缸等等缸数平衡的发动机大！（而其中，将这个平衡做的最好的是，六缸发动机中的直列六缸发动机，被称为天生完美，最好的例子就是宝马的直列六缸）

 
虽然三缸发动机先天不足，但是这个是可以通过后天弥补的，最常见的解决方法就是通过在发动机内部安装平衡轴和通过在发动机曲轴上安装额外的平衡模块以此低效平衡惯性力矩。除此以外还有更为复杂的解决办法，也就是福特的首创，通过一个复杂的飞轮结构并取消平衡轴而通过偏心飞轮来对惯性扭矩进行平衡。

 


通俗来说以上所造成的就是我们消费者所说的三缸发动机抖、噪声大、发动机运转声难听。那三缸发动机没力、开起来肉又是什么原因呢？三缸发动机的第二个先天缺陷是比起平衡缸数的发动机会引起更大的扭矩波动。
 
先来看一张图，曲线依次表示的是三缸发动机、四缸发动机和六缸发动机。纵轴为发动机扭矩，从图中可非常清晰的看到，三缸发动机的扭矩波动非常大！

 
其实在发动机一个完整的四冲程720度中，六缸发动机发动机每120度就有一次点火做功，四缸发动机为180度，而三缸发动机为240度，接下来就非常容易理解了，三缸发动机为了达到同样平均的扭矩，四个冲程可以做工的缸数是最少的，换句话说就是每次做功的时间间隔是最长的，于是每个缸所需要更加的“卖力”工作。
 
回到图示，每20牛米的平均扭矩输出，六缸发动机的扭矩波动在5至35牛米之间，而四缸发动机在0至45牛米之间，三缸发动机在-15牛米至80牛米之间。从数值上可以看到三缸发动机的扭矩甚至会变成负数成为拖油瓶。扭矩波动最明显带来的是，低速或者在怠速时的抖动。
 
那么车厂是如何改善这个问题的呢？最好的方式就是改进发动机的飞轮，这个大质量的转动机构可以起到很好的滤波作用。最新的三缸发动机都是使用了成本更高的飞轮减振机构，为的就是快速衰减发动机的扭矩波动。比如标致雪铁龙的1.2T三缸发动机使用了双质量飞轮来进行扭矩波动的快速衰减。而通用Ecotec使用的钟摆式双质量飞轮，在传统双质量飞轮上再增加一个吸振器，呈钟摆型的离心往复作用反向抵消并削减了从来自发动机侧主动飞轮的扭转振动，进一步抑制输出给整车的扭矩波动。

 
最后三缸机的第三个缺陷，为了达到同样的扭矩输出，必须更“卖力”的工作，意味着更高的压缩比，更剧烈的燃烧温度和更强的缸内强度。为了解决这个办法，以MG为代表的车企采用了进气歧管双喷射。一个气缸搭配两个喷油器可以协同控制实现更广的喷射覆盖面积以及更高的燃油雾化率，配合缸内直喷技术，这样除了可以提高燃烧效率另外非常重要的一点影响就是可以更有效地冷却进入缸内的油气混合，更低的油气混合温度可以很好地抑制爆震，爆震被抑制了就可以提高压缩比来进一步提高轻量化发动机的能量转化效率。

 
最后我还是想说，没有任何一台全面“完美”的发动机，任何发动机都存在缺陷，没有发动机好不好这一说法，只有适不适合！在我看来三缸发动机是适合的，虽然存在缺陷，但是这种缺陷正在不断的改善和淡化。三缸发动机并不是廉价而没有技术含量的，而是代表新技术进步的产物，希望每一个人都能正视，不要去逃避或者抱着有色眼光看待三缸发动机。对了上次我再写三缸发动机文章的时候，有人说我不断的为三缸发动机洗白，只会说不会做，换成我愿意买三缸车吗？我在这很肯定的答复你“会的！”