三缸發(fā)動機的性能特點與應(yīng)用

李 紅，王春光

（開封大學(xué)，河南 開封 475004）

隨著能源緊缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，節(jié)能和環(huán)保深入人心，對汽車的油耗和尾氣排放要求越來越嚴(yán)格。中國工信部在《中國制造2025》中明確規(guī)劃：到2020年，乘用車（含新能源乘用車）新車整體油耗降至5蘊/100km，2025年，降至4蘊/100km左右。在這種背景下，燃油經(jīng)濟性在汽車研發(fā)中擺在了一個很重要的位置，新一代的小排量三缸增壓發(fā)動機被陸續(xù)推出，裝配在越來越多的車型上。文章將對三缸發(fā)動機技術(shù)的性能特點與應(yīng)用進行探索。

1 三缸發(fā)動機性能特點

三缸發(fā)動機與最常見的四缸發(fā)動機相比，有以下優(yōu)勢：

（1）結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。三缸發(fā)動機與四缸發(fā)動機相比，氣缸數(shù)減少一缸，整體結(jié)構(gòu)相對簡單，橫向尺寸也更小，在減少重量、降低成本的同時，也為發(fā)動機艙的布置提供了更大的空間。發(fā)動機的輕量化和小巧化也符合車輛輕量化趨勢，也為前置發(fā)動機的小型車帶來更好的軸荷分布，提高了車輛的操控性。

（2）優(yōu)良的低轉(zhuǎn)速扭矩。同排量發(fā)動機缸數(shù)越少，單個汽缸的缸徑和容積就越大，單缸爆發(fā)出來的力量會更大，低轉(zhuǎn)速扭矩越大，配合三缸增壓發(fā)動機更小的渦輪遲滯現(xiàn)象，同排量的三缸增壓發(fā)動機的低轉(zhuǎn)速扭矩比四缸增壓發(fā)動機更好一些。

（3）更少的機械摩擦，較大的升功率。三缸機結(jié)構(gòu)簡單，機械摩擦面也變得更少，表現(xiàn)在：三缸發(fā)動機比四缸發(fā)動機少了一套活塞連桿，少了4只進氣排氣門的開啟關(guān)閉機構(gòu)，曲軸和凸輪軸也變短了。機械摩擦損失變少，變相提升了發(fā)動機的熱效率，獲得較大的升功率。

（4）更低油耗。同排量發(fā)動機，缸數(shù)越少，相同轉(zhuǎn)速下，單位時間內(nèi)吸進的空氣體積就越少，噴油量也變少，油耗自然變低。榮威i6裝備1.0蘊的三缸增壓發(fā)動機和6擋手動變速器，實現(xiàn)了4.8蘊綜合低油耗效果。

正是以上優(yōu)勢，讓三缸發(fā)動機應(yīng)用在越來越多的車型上。

但三缸發(fā)動機也有一些與生俱來的缺陷，困擾著發(fā)展，表現(xiàn)在以下2個方面：①動力不足。對于自然吸氣的三缸發(fā)動機，由于氣缸數(shù)少，導(dǎo)致進氣量小，影響了動力表現(xiàn)，起步和加速都不如四缸發(fā)動機；于振動和噪音過大。三缸發(fā)動機不同于四缸發(fā)動機，它只有3個氣缸，在運行過程無法完全抵消不平衡帶來的問題，所以振動和噪聲都比四缸發(fā)動機差一點。

2 三缸發(fā)動機性能的改進措施

三缸發(fā)動機的缺陷降低了人們的主觀感受，限制其推廣，在相當(dāng)長的時間內(nèi)只應(yīng)用在夏利、奧拓、奇瑞QQ等經(jīng)濟型車輛上，三缸發(fā)動機成為了低端車的標(biāo)志。隨著汽車技術(shù)的進步，渦輪增壓技術(shù)的普及，新一代的三缸發(fā)動機無一例外采用了渦輪增壓技術(shù)，一定程度上消除了三缸發(fā)動機低扭乏力的問題；通過在發(fā)動機內(nèi)安裝平衡軸、雙質(zhì)量飛輪、質(zhì)量慣性曲軸皮帶輪、去耦式平衡軸齒輪等方法來消除振動和噪音，使三缸發(fā)動機的缺陷得到了極大的改善。

（1）渦輪增壓技術(shù)。渦輪壓技術(shù)通過提高發(fā)動機進氣量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩，包含機械渦輪增壓、廢氣渦輪增壓和復(fù)合增壓三種技術(shù)，應(yīng)用最廣泛的是廢氣渦輪增壓技術(shù)。廢氣渦輪增壓技術(shù)就是利用發(fā)動機排氣的能量驅(qū)動廢氣渦輪增壓器來實現(xiàn)發(fā)動機增壓的方法。利用發(fā)動機氣缸排出的高溫高速的廢氣的慣性沖力來推動渦輪增壓器渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與禍輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量就可以增加發(fā)動機的輸出功率和扭矩。

帶有渦輪增壓的三缸發(fā)動機，目前排量集中在1.0～1.5蘊區(qū)間，卻獲得了1.6～2.4蘊的自然吸氣四缸發(fā)動機的動力輸出水準(zhǔn)，同時也表現(xiàn)出更小的燃油消耗量和更優(yōu)秀的廢氣排放。

（2）平衡軸技術(shù)。三缸發(fā)動機帶來的震動和噪音，采用平衡軸技術(shù)是一個很有效的解決方法。平衡軸是一個裝有偏心重塊并隨曲軸同步反向旋轉(zhuǎn)的軸，利用偏心重塊所產(chǎn)生的反向振動力，抵消發(fā)動機運行的振動和噪音，使發(fā)動機獲得良好的平衡效果，降低發(fā)動機振動，提高乘坐舒適性。

（3）雙質(zhì)量飛輪。雙質(zhì)量飛輪是將傳統(tǒng)的一個飛輪分成兩個部分，一部分保留在發(fā)動機一側(cè)的位置上，起到原來分輪的作用，另一部分則放置在傳動器一側(cè)。兩部分分輪之間有一個環(huán)形的油腔，在腔內(nèi)裝有彈簧減震器，將兩部分飛輪連接為一個整體。兩部分飛輪可相向旋轉(zhuǎn)，而彈簧減震器可以吸收動力傳動系統(tǒng)的震動，從而提升系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的平順性。

3 三缸發(fā)動機的應(yīng)用

目前，排量在1.5蘊以下的小排量三缸增壓發(fā)動機越來越多。Smart fortwo裝備0.9T三缸發(fā)動機，福特?？怂埂⒏Ｌ丶文耆A裝備1.0T三缸發(fā)動機，雪鐵龍 C4蘊、標(biāo)致 408，全新 BMW X1、MI NI系列車型分別裝備1.2T、1.5T三缸引發(fā)動機。其中福特1.0T Ecoboost三缸發(fā)動機榮獲了2014年沃德十佳發(fā)動機稱號，BMW 1.5T發(fā)動機獲得了2016年度國際年度發(fā)動機大獎。國內(nèi)汽車廠家一汽、上汽、吉利、長安開發(fā)出1.0T的三缸發(fā)動機，海馬開發(fā)出1.2T三缸發(fā)動機，并應(yīng)在各自車型上。

這些新一代的小排量渦輪增壓三缸發(fā)動機大都集成了缸內(nèi)直噴、雙VVT、集成式排氣歧管等技術(shù)，其功率和扭矩都得到了最大提升，噪音和振動水平有了很大的改善。三缸發(fā)動機的技術(shù)水品已成為企業(yè)汽車品質(zhì)的體現(xiàn)。

4 結(jié)語

隨著發(fā)動機技術(shù)的不斷提高，未來的小排量三缸發(fā)動機將更輕更小，展現(xiàn)出低排量低能耗，同時還能保持高輸出功率，強大的動力。小排量三缸發(fā)動機必定越來越普遍。

［1］ 黃曉鵬.基于缸內(nèi)直噴技術(shù)的三缸發(fā)動機的探索與研究［J］.汽車實用技術(shù)，2016，（5）：26-28.

［2］ 徐平，彭岳華.三缸增壓發(fā)動機整車應(yīng)用NVH問題及解決措施［J］.汽車與配件，2017，（29）：79-81.

［3］ 胡昌良，談健，昂金鳳，等.某三缸發(fā)動機平衡軸機構(gòu)設(shè)計與分析［J］.上海汽車，2017，（5）：42-44+57.