三缸机最全技术解析：履薄冰过河| 三缸机生死局

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记者｜石劼

身后排放油耗的法规“朔风凛冽”，春意盎然的彼岸却隔着无舟楫可假的河流，奈之若何？河面冰结，须徒步渡越。一条较远的路线，叫“新能源”，另一条切近但薄冰脆弱的路线，叫“三缸机”。

这，便是选择三缸发动机技术路径的车企所面临的形势，尴尬，窘迫，抵牾，且危急。

未来二十年内，燃油车余威尤烈，在升功率不断进步的保障下，“缩小的心脏”——三缸发动机顺理成章地成为缩减排量的方案路线。然而对多数稍稍了解“三缸机”这个名词的消费者来说，这似乎并不是一个引人入胜的概念，同“廉价”“抖振噪声突出”等存在千丝万缕的关联。

甚至在汽车媒体层面，对三缸机的优劣长短亦缺少足够系统和深入的总括。于是不妨来一次挑“三”拣“四”，以技术之名透视三缸机的铠甲与软肋。

如果排除了车辆的尺寸与内部空间，“以少胜多，不足胜有余”，似乎是汽车行业技术发展的主流趋势，以整车和零部件重量而言，着眼于“轻量化”；以动力总成而言，着眼于“小排量化”；此外还有启停技术减少发动机运转时间、闭缸技术减少气缸工作数量……

但是，一系列求轻、求简、求小、求少的技术路线中，三缸发动机却显得格外另类——先天短板堪称“三”生不幸，进而在一批采用老式三缸机旧车型的影响下，给消费者留下了恶劣的印象，甚至在“拟态环境”的口碑放大之下，殃及如今新车的业绩。

三缸机，何以至此？ 

这要从汽车普遍应用的四冲程发动机工作循环原理说起：进气、压缩、做功、排气，四个步骤（冲程）为一个工作循环，其中只有做功冲程燃烧燃油后将化学能转化为动能带动发动机运作，而其余吸气、压缩、排气三个冲程并不产生动力，在发动机整个运作过程中甚至还要消耗部分能量。每四个冲程为一个完整工作周期，在这个周期内气缸内的活塞两次完成“上止点-下止点-上止点”的往复运动，链接连杆的曲轴期间转动两圈，即720度。

对于四缸发动机来说，气缸按照1-2-4-3的顺序进行点火，曲轴每转过180度则有一个气缸依次进行做功，形成了动力输出连贯的“接力赛”；在曲轴转动半圈（180度）时，每个活塞和其他三个活塞在曲轴上的相对位置是180度或者180度的倍数，确保发动机左右两侧活塞始终保持对称，在同一时间有两个活塞出现在上止点而另外两个活塞出现在下止点，产生的力矩具备平衡特性。

以动力输出的连贯性和做功对称性来说，四缸是满足条件的气缸数量最小构型，如若再削减气缸数量，则无法保证每一个完整的冲程中都保持至少有一个活塞做功，动力输出便会出现“间隙”，亦不能保证活塞的对称性。

三缸发动机就是典型的另一种情况，物理原理注定了这种构型从诞生之初便在动力连续性和抖振特性方面存在短板。无论气缸点火顺序是1-3-2还是1-2-3，在曲轴旋转720度时，均只有三个气缸做功，分配给每个气缸是240度；由于每个气缸做功过程中，曲轴旋转180度，这就意味着前一个气缸到达下止点做功结束后，需要等待曲轴再旋转60度，后一个气缸才能运行到上止点继续做功，即对应到前文所说的240度，因此出现了动力的空档期。而三缸构型使得气缸运转左右不对称，由此产生的惯性力矩无法抵消，带来了显著的振动。

实际上除了三缸机之外，面对抵消惯性力矩的诉求，五缸等奇数缸发动机也都存在无法解决的天生缺点，而单缸机和同向冲程的双缸机更是无从谈起。不过，倘若对不同缸数发动机的抖振特性仅了解至此，那么也未免失之人云亦云。 

正如丘吉尔所言“没有永恒的朋友也没有永恒的敌人”，三缸构型并非在所有的转速区间都对抖振不利。根据工程资料介绍，前述来自垂直方向上的作用力以及旋转力矩的不平衡可被称作“一阶振动”，对四缸机来说占所有振动比重70%；而曲轴带动的活塞上下往复运动时产生的行程不同，也会带来频率达发动机输出转速两倍的“二阶振动”，这是四缸发动机所不能解决的，并且随着排量变大/转速提升带来的活塞变大或冲程变长，抖振效果更加明显。

倒是三缸机的三个气缸各自差120度，重心处于同一水平线上，连杆重心也保持在同一直线上，能够抵消“二阶振动”。因此，正如发动机技术大咖FEV在一份报告里所指出的，当发动机转速超过2,500rpm时，三缸机抖振情况反而会低于四缸机。

当然，毕竟低转速抖振更容易引发用户关注，加上此前夏利等三缸机车型较为恶劣的抖振表现给消费者留下了深刻印象，总体而论NVH依旧是三缸机的短板。在抖振明显和动力输出不连贯的影响下，三缸机的劣势便浮出水面。

1. 首当其冲的便是NVH，噪声、振动和糙度，尤其是在怠速和起步的低转速下尤为突兀，影响了车辆的舒适性。

2. 发动机力矩不平衡会导致曲轴和连杆活塞部件受力不均，加速轴瓦磨损，或者需要厂商采用昂贵耐磨材料，引发成本上升。

3. 动力连贯性差，影响平顺输出。