論新型三缸發(fā)動機(jī)技術(shù)的表現(xiàn)及運(yùn)用

張昕磊

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)制造水平的巨大進(jìn)步，汽車作為滿足廣大人民日常生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)需求而普遍存在。當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)正處在發(fā)展的十字路口，傳統(tǒng)能源車都在積極探索和尋求新的發(fā)展思路，而突破的關(guān)鍵在于先進(jìn)的發(fā)動機(jī)技術(shù)，故此以節(jié)能減排質(zhì)優(yōu)價低的特性存在的三缸發(fā)動機(jī)被廣泛運(yùn)用。本文先從三缸發(fā)動機(jī)的發(fā)展必然性和存在的缺陷作分析再針對當(dāng)今主流三缸發(fā)動機(jī)技術(shù)做出解析，以此探尋更好的三缸發(fā)動機(jī)發(fā)展之道。

關(guān)鍵詞：三缸發(fā)動機(jī) ，缸內(nèi)直噴，雙可變正時氣門技術(shù)，燃油雙噴射技術(shù)

汽車工業(yè)歷經(jīng)多年粗放式發(fā)展，環(huán)境問題日益加劇，國際間對于環(huán)境污染和整治問題達(dá)成一致性。我國加強(qiáng)了環(huán)保不達(dá)標(biāo)車的上市限制，同時給予小排量車稅費(fèi)減免政策。新排放標(biāo)準(zhǔn)下，汽車發(fā)動機(jī)既要降低排放，減少環(huán)境污染損失，又要極大化的保持動力與經(jīng)濟(jì)環(huán)保間的平衡點。基于節(jié)能減排的環(huán)保政策要求下，除了發(fā)展更先進(jìn)的技術(shù)，還得選用適合得成熟機(jī)型。在此基礎(chǔ)上，最具歷史爭議性的三缸發(fā)動機(jī)，又被各大生產(chǎn)廠推向技術(shù)和發(fā)展前沿，并得到青睞。

一、三缸發(fā)動機(jī)的缺陷分析

三缸發(fā)動機(jī)最為致命的問題就是抖動，這也是三缸發(fā)動機(jī)一直被人詬病的原因。就其根本原因還在于其獨特的結(jié)構(gòu)和工作原理。三缸發(fā)動機(jī)不能像四缸或者六缸發(fā)動機(jī)那樣，通過不同活塞的相互往返運(yùn)動來抵消多余的慣性力矩和震動。三缸發(fā)動機(jī)每個氣缸之間的相位差是 240°其工作時總有一個氣缸在單獨做功，產(chǎn)生的慣性力矩得不到有效抵消。雖然一階二階慣性力可以基本達(dá)到平衡，但一階二階慣性力矩卻不平衡，其中一階慣性力矩不平衡的最大值在活塞運(yùn)動到上止點后的30°出現(xiàn)。所以三缸發(fā)動機(jī)一直離不開振動大，噪音大等毛病。

一階二階慣性力矩的概念：活塞在上下運(yùn)動時，會產(chǎn)生力矩，這就是一階慣性力矩；活塞的運(yùn)動也會帶動相連的連桿運(yùn)動，形成了更加復(fù)雜的二階慣性力矩。為改善三缸發(fā)動機(jī)的抖動情況，只有在曲軸上作技術(shù)工作。如在曲軸的曲柄之間采用角度為120°的設(shè)計，形成空間曲軸結(jié)構(gòu)。同時借助平衡軸原理，將1、3曲柄上的配重塊重心偏移30°，以達(dá)到最大化抵消不平衡的力矩。

二、三缸發(fā)動機(jī)的主流技術(shù)運(yùn)用

1.BMW-B38 1.5T三缸發(fā)動機(jī)。第四代Valvetronic升程連續(xù)可變技術(shù)。

目前此款發(fā)動機(jī)已被正式列裝與寶馬X1/1x系和3系上。動力參數(shù)：136馬力，220牛米（1250-4300rpm），具有200 bar的噴射壓力。

第四代Valvetronic升程連續(xù)可變技術(shù)，由進(jìn)氣門升程控制裝置和雙VANOS（可變配氣相位）組成，通過這些裝置的使用可有效降低換氣時發(fā)動機(jī)的功率損失10-15%，該套控制系統(tǒng)包括：發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；氣門升程調(diào)節(jié)電機(jī)的氣門控制單元；加速踏板傳感器；曲軸位置傳感器，空氣流量計等主要系統(tǒng)。其控制器內(nèi)部采用新型無刷直流電動機(jī)，取消偏心軸位置傳感器。偏心軸的角度由調(diào)整電動機(jī)中的傳感器系統(tǒng)得出的角度增量來確定。讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度加快，可降低電子氣門控制系統(tǒng)質(zhì)量要求。

2、通用Ecotec1.3T和1.0T三缸發(fā)動機(jī)，DVVT連續(xù)可變氣門正時系統(tǒng)。

DVVT雙可變氣門正時技術(shù)即為進(jìn)排氣氣門連續(xù)可變正時技術(shù)。該系統(tǒng)在發(fā)動不同運(yùn)轉(zhuǎn)程度下的控制目標(biāo)也不相同，當(dāng)發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)載的時候，進(jìn)排氣門處于最大延時的位置，可有效加強(qiáng)提升性能；當(dāng)速度減慢時，進(jìn)排氣門的重疊情況減少，怠速轉(zhuǎn)速較為穩(wěn)定，燃油損耗率下降；當(dāng)發(fā)動機(jī)處于中負(fù)荷狀態(tài)的時候，進(jìn)排氣門的重疊加劇，提高泵氣的利用率，從而可加強(qiáng)排放控制；當(dāng)高負(fù)荷狀態(tài)時，進(jìn)氣門遲閉角產(chǎn)生變化，通過適當(dāng)增加氣門重疊角來增強(qiáng)掃氣效果防止爆震提高運(yùn)行平順性。

3、低慣量渦輪增壓技術(shù)。

隨著環(huán)保法規(guī)不斷嚴(yán)格，很多廠商都推出了渦輪尺寸較小，渦輪風(fēng)葉重量輕，比較容易在低轉(zhuǎn)速就能吹動的渦輪，這就是低慣量渦輪增壓。采用低慣量渦輪的目的在于降低渦輪器的遲滯。低慣量渦輪沒有高慣量渦輪帶來的動力提升來的強(qiáng)勁。它在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1000左右啟動，意在輔助汽車中低速起步的動力需求，在較低的轉(zhuǎn)速提供滿意的動力。

其優(yōu)點剛剛好就是比較省油和很小的渦輪啟動頓挫感。目前多裝備在主流家庭用車上，低慣量渦輪可以顧及到燃油經(jīng)濟(jì)性，相對夠用的動力表現(xiàn)，行駛的順暢感和主要是保證發(fā)動機(jī)的耐用程度。

4.魚肚型進(jìn)氣道+雙噴射技術(shù)。

進(jìn)氣道之所以采用魚肚型設(shè)計，旨在讓混合氣形成高滾流以提升燃燒效率。這里的雙噴射并不是歧管噴射+缸內(nèi)直噴，而是一個進(jìn)氣道內(nèi)有兩個噴油嘴以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)不同負(fù)載下的精確噴油。它包括：缸內(nèi)直噴技術(shù)（TSI）和進(jìn)氣歧管噴射技術(shù)（SRE）。SRE+TSI雙噴射技術(shù)工作模式包括：SRE單噴射、高壓單噴射、高壓雙噴射、和高壓三重噴射四種運(yùn)行模式，和以下五種運(yùn)作狀態(tài)。

（1）冷啟動狀態(tài)：發(fā)動機(jī)在冷卻狀態(tài)下。冷卻液溫度低于450 每次啟動時在壓縮循環(huán)中通過高壓噴射系統(tǒng)進(jìn)入三重噴射。

（2）暖機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器加熱階段。發(fā)動機(jī)啟動后冷卻液溫度仍然低于450 此時低壓噴油器處于休止?fàn)顟B(tài)，而高壓噴射器由三重噴射變?yōu)殡p重噴射，分別噴射進(jìn)氣和壓縮行程。

（3）發(fā)動機(jī)部分符合狀態(tài)。如冷卻液溫度仍低于450 發(fā)動機(jī)在部分符合中驅(qū)動，SRE模式下，進(jìn)氣歧管翻板多數(shù)時間處于休止?fàn)顟B(tài)。

（4）發(fā)動機(jī)全符合狀態(tài)。為適應(yīng)高符合工作需求，系統(tǒng)在高壓模式下進(jìn)氣和壓縮行程進(jìn)行雙重直噴噴射

（5）緊急有運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)某一噴油系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)故障，由發(fā)動機(jī)控制單元驅(qū)動發(fā)動機(jī)其他系統(tǒng)保持發(fā)動機(jī)持續(xù)運(yùn)行，為問題解決提供有效時間保證。

目前各主機(jī)廠的三缸發(fā)動機(jī)皆已把雙噴射系統(tǒng)技術(shù)作為技術(shù)標(biāo)配，就是基于其油氣混合均勻燃燒充分的顯著特點。例如，通用1.3T和1.0T，兩款三缸發(fā)動機(jī)，已經(jīng)裝備在GL6、英朗和閱朗等車型上，已經(jīng)取代上一代的1.5L和1.4T發(fā)動機(jī)，成為同級別的主流動力配置。

5、可變排量機(jī)油泵

該項技術(shù)的運(yùn)用的優(yōu)勢可以類比于DVVT的作用，也就是可以根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)下的工況來中控泵油量。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低負(fù)載工況時降低泵流量，在保證潤滑的同時降低泵油損失率，當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)載提升時，泵流量增大來滿足更大的潤滑需要。

6、NVH摩擦及雙質(zhì)量飛輪

雙質(zhì)量飛輪，即是把飛輪分作兩個部分，主飛輪與發(fā)動機(jī)相連，從動飛輪與變速箱相連，兩者中間設(shè)置環(huán)形油腔，內(nèi)部裝置彈簧和減震器，當(dāng)主飛輪和從動飛輪相向旋轉(zhuǎn)時，之間減震器可有效吸收源于動力系統(tǒng)的震動，從而提升平順性。該技術(shù)也是對于三缸機(jī)震動的抑制和提升NVH性能起了很關(guān)鍵的作用。

7、曲軸橡膠減震輪+平衡軸

配置了平衡軸時目前應(yīng)對三缸發(fā)動機(jī)震動的普遍措施。通常做法為在曲軸上與平衡軸相嚙合的齒輪中間采用了橡膠材料，以減少在震動時兩者之間的沖擊，提升了NVH性能。

8、DLC涂層的活塞環(huán)

新款發(fā)動機(jī)活塞在活塞環(huán)以及活塞裙部都擁有DLC涂層，這種“低張力類金剛石”材料可以有效降低部件之間的摩擦，提升發(fā)動機(jī)的效率及壽命。

三、結(jié)論

通過各類新技術(shù)的開發(fā)和運(yùn)用三缸發(fā)動機(jī)無論是動力還是結(jié)構(gòu)以及排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)具備較強(qiáng)的市場競爭力。為各大廠家更好適應(yīng)于新排放要求，在汽車市場中占據(jù)有利局勢創(chuàng)造了可能。

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