由于環(huán)保法規(guī)和排放標準的日益嚴苛，自2000年以來，小型化一直是汽油發(fā)動機的主流趨勢。小型化的過程伴隨著減排量、減缸等階段性進展，早期體現(xiàn)為四缸機對六缸機的替代，近年來體現(xiàn)為三缸機對四缸機的替代。2019年中國政府提前施行國六減排標準，并計劃2020年進一步推動第五階段燃油限值標準，我們已經(jīng)開始進入三缸時代。
其實到三缸機的過渡遠沒有八缸到六缸、甚至六缸到四缸那么順利，原因就是三缸機一直有著自己結構上的缺陷，天生的抖動和噪音讓它生來就面臨不小的壓力。但隨著汽車發(fā)動機的不斷迭代升級，各個主機廠在研發(fā)三缸發(fā)動機的時候也是絞盡腦汁，各種技術眼花繚亂，市場已經(jīng)不乏優(yōu)秀的三缸機，獲得消費者和業(yè)內(nèi)人士一直好評。我們來盤點一下現(xiàn)在市面上主流的十大三缸機，看看他們使用了什么有代表性的技術。通用的Ecotec LI6 1.3T三缸渦輪增壓發(fā)動機是近兩年主推的小排量發(fā)動機，我們在別克英朗、威朗、GL6上已經(jīng)可以見到。這臺全新的小排量發(fā)動機傾注了通用不少心血，它重新設計了燃燒室，匹配了高滾流氣道、單缸雙噴燃燒系統(tǒng)、中置大角度可變正時技術和低慣量渦輪，目的就是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的高效燃燒。其中雙噴射是通用在增壓發(fā)動機上首次采用的技術，而與以往雙噴射不同，通用放棄小排量常用的缸內(nèi)直噴，而將兩個噴油嘴均布置在進氣道，一來避免了缸內(nèi)直噴容易產(chǎn)生積碳的弊病，也實現(xiàn)更廣的噴射覆蓋面積以及更高的燃油霧化率。而在渦輪增壓器上，它采用了電動放氣閥+低慣量渦輪增壓技術。相比傳統(tǒng)氣動增壓器可以在不同工況下都更智能地控制放氣閥，不僅更加精確和快速地建立增壓壓力，而且可以降低小負荷泵氣損失，從而提升低扭表現(xiàn)，得到快速的增壓響應。因此，這臺1.3T發(fā)動機功率達到了163馬力、峰值扭矩230Nm，不僅比大眾1.4T高出不少，甚至比寶馬的1.5T還有過之而無不及。另外，這臺發(fā)動機使用了DLC涂層工藝，相比傳統(tǒng)的PVD涂層更加耐用，除了降低機油消耗，還可以提升靜音效果。而且發(fā)動機的飛輪相比傳統(tǒng)飛輪還增加了一個吸震器，可以通過反向離心擺動來減小發(fā)動機主動飛輪扭轉(zhuǎn)振動，所以更好地抑制了發(fā)動機的震動。所以，它對人們一直詬病三缸機的震動和噪音優(yōu)化起到了非常大的作用。大眾新款1.0TSI發(fā)動機基于EA211平臺開發(fā)，基于大眾運用最為廣泛的1.4T四缸機，除了少一個氣缸外，兩者活塞尺寸一致、共享零部件程度比較高。在發(fā)動機內(nèi)部使用了壓電式噴油器、高噴射壓力、全新設計的活塞，從結構上對進氣道、氣門室等部位進行了重點改進，而且使用了電子泄壓閥、集成中冷器式進氣歧管、水冷式中冷器、缸蓋集成排氣歧管，缸內(nèi)直噴壓力為350 Bar。另外，大眾革新性地引入了電子渦輪增壓器，消除機械渦輪遲滯。為了匹配電子增壓所需要的高電壓，大眾還增加了更高功率的發(fā)電機為電子渦輪提供穩(wěn)定的電流。因此，它可以從2000-3500rpm輸出200Nm的峰值扭矩，并在5000-5500rpm輸出最大114馬力，而且海外搭載1.0TSI發(fā)動機的Polo藍驅(qū)版百公里油耗僅為4.1升，同樣大大節(jié)省了燃油。Polo和桑塔納家族，以及更重要的第八代高爾夫?qū)⒂型氏却钶d全新的1.0TSI發(fā)動機，同樣斯柯達旗下的小型車也會使用。寶馬在2013年推出了旗下首款三缸渦輪增壓發(fā)動機B38 1.5T發(fā)動機，來取代年事已高的N13系列發(fā)動機來主打小排量市場，主要用于寶馬X1、1系三廂、2系旅行車等。而且作為操控和運動方面的代表，寶馬敢于較早地使用三缸機，也說明B38身上有足夠的新技術儲備。首先這在當時開發(fā)之時是世界上首屈一指的模塊化發(fā)動機。模塊化平臺我們都已經(jīng)很熟悉了，發(fā)動機也是一樣，零件通用，這大大提高了原先一套模具只能生產(chǎn)一款發(fā)動機的傳統(tǒng)生產(chǎn)線的效率。寶馬在最新的B系列發(fā)動機中規(guī)定每一個氣缸均為0.5L的標準容積，總排量和缸數(shù)保持一致，比如B48就是2.0L的四氣缸，非常易于調(diào)整。寶馬在B38上使用了第四代Valvetronic電子氣門，能夠?qū)崿F(xiàn)氣門無級電子調(diào)節(jié)，而且從豎立布置到橫向側面布置，簡化了缸蓋結構，降低了發(fā)動機高度。另外，氣缸噴油嘴采用了中置的設計，避免側置的噴油嘴將燃油噴射到氣缸內(nèi)的側壁導致掛壁的現(xiàn)象。而且對噴油嘴的六個噴油孔孔徑的進行了調(diào)整，進氣一側的四個孔增加了10%的噴油量，而排氣一側的兩個孔減少20%的噴油量，從而使得燃油油霧與空氣的混合更高效。所以，整個發(fā)動機的可以擁有1250-4300rpm的220Nm峰值扭矩輸出區(qū)間，使得動力響應更快速，最大功率擁有136馬力。而且B38的渦輪增壓器使用了首創(chuàng)的鋁制材料外殼和排氣歧管，從而大幅實現(xiàn)輕量化。不過由于鋁材熔點低，對于渦輪廢氣的處理需要增加冷卻液通道連接排氣歧管為廢氣降溫，但這樣也使得冷卻液升溫更快，冬天熱車時間縮短。得益于沃爾沃Drive E模塊化動力的支持，吉利在2.0TD發(fā)動機上共享了沃爾沃VEP4的動力，并從領克02開始1.5T三缸發(fā)動機，之后更是在領克03的全系上使用了三缸發(fā)動機的動力。吉利在領克03上使用了代號為JLH-3G15TDC和JLH-3G15TD的高低功率版本，分別擁有156馬力/245Nm峰值扭矩和180馬力/265Nm峰值扭矩，在賬面性能上已經(jīng)非常不錯。除了采用了全鋁缸體，該系列三缸發(fā)動機也使用了缸內(nèi)直噴技術，并同寶馬一樣采用了噴油器中置設計，而且使用了少見的純平頂活塞，并不用靠特殊的活塞頂造型優(yōu)化混合氣體，還可以一定程度減少積碳。另外電子水泵的水冷系統(tǒng)而且在發(fā)動機熄火后仍可以循環(huán)一段時間，可以幫助渦輪增壓器冷卻和預熱；可變流量機油泵則可以根據(jù)發(fā)動機工況下，比如在冷車啟動和勻速巡航的時候自動調(diào)節(jié)機油油量。所以，整個發(fā)動機的熱效率可以達到36.3%，相比豐田的8NR 1.2T發(fā)動機36.2%的熱效率還要高一些。另外，為了在最大程度上控制三缸發(fā)動機天生的抖動和震動問題，這款發(fā)動機同時采用了平衡軸和雙質(zhì)量飛輪。而且為了縮小發(fā)動機的體積，水冷系統(tǒng)的水泵被集成到了進氣凸輪軸的末端，通過凸輪軸直接進行驅(qū)動，省去了水泵的皮帶結構，減輕了發(fā)動機的運行阻力和自重，而且采用九大降摩擦技術，與上一代四缸機產(chǎn)品相比，摩擦功總體降低了30%。所以，這臺發(fā)動機在平順和噪音上的表現(xiàn)也非常不錯。福特最早的三缸機開始于2012年，當時作為美系代表推出的超小排量Fox系列1.0T三缸渦輪增壓發(fā)動機引起了不小的轟動，因其先進和高效在國際上也屢獲大獎，廣泛用到了?？怂?、嘉年華、C-Max、B-Max等車型上。之后在2017年初，福特在此基礎上又推出了500ml氣缸容積的Dragon系列1.5T三缸渦輪增壓發(fā)動機，最大功率可以達到200馬力，我們現(xiàn)在可以在新一代?？怂梗▏鴥?nèi)?？怂篂?84馬力）以及嘉年華ST上看見。最早成名的1.0T發(fā)動機融合了噴油嘴中置的缸內(nèi)直噴、可變凸輪軸正時以及一級渦輪增壓器等三大核心技術，可以提供更大的動力輸出，國內(nèi)都的EcoBoost 125版本達到128的最大功率和173Nm的峰值扭矩，而且提高燃油經(jīng)濟性20%、降低二氧化碳排放15%。為解決三缸機結構上前后力矩不平衡的特點，福特引入了偏心配重塊的曲柄，在活塞運動震動最大時調(diào)整曲柄角度抵消動量。國內(nèi)為EcoBoost 180版本的1.5T三缸發(fā)動機在缸體上同樣采用全鋁材質(zhì)，并擁有集成式排氣歧管、低慣量渦輪增壓器、噴油嘴和缸內(nèi)混合噴射等幾大核心技術。在抑制震動上，發(fā)動機內(nèi)部采用了中置平衡軸設計，可以通過計算發(fā)動機運行過程中不平衡力矩大小和相位，對進行不平衡力矩進行補償和削減。同時優(yōu)化了平衡軸位置并強化了平衡軸位置的剛度，進而降低發(fā)動機噪聲輻射和震動。而且發(fā)動機還同樣配備了閉缸技術，在必要的時候?qū)σ粋€氣缸停止噴油以達到更高的燃油經(jīng)濟性。本田的三缸機的歷史其實很早，最早的E07A在上世紀80年代就已經(jīng)搭載在日本的K Car上，后來在2003年后被P系列的P07A代替，并在后來又增加了渦輪增壓。而進入到國內(nèi)我們熟悉的是P10A系列1.0T三缸渦輪發(fā)動機，在思域180Turbo、凌派180Turbo上都可以見到。身為本田，在發(fā)動機上自然會有一些自己的黑科技，尤其是P10A系列。作為地球夢系列的一員，P10A發(fā)動機除了同時擁有了缸內(nèi)直噴、進排氣雙可變正時系統(tǒng)、進氣側可變升程技術、變排量機油泵等主流的發(fā)動機技術之外，還在渦輪增壓器上采用了小半徑輕量化渦輪葉片和電子旁通閥，讓發(fā)動機的響應更迅速、提高動力表現(xiàn)。另外缸內(nèi)采用了噴油嘴側置的布局方式，能使霧化后的燃油產(chǎn)生滾流效應，從而讓燃燒更徹底，再加上缸蓋集成的排氣歧管，可以進一步改善排放和油耗表現(xiàn)，增加整個燃燒效率。還有一點是，由于本田使用了CVT變速箱與發(fā)動機進行搭配，得益于CVT的先天結構特性，可以側面完善整個動力輸出表現(xiàn)，同時增加了進氣側兩段式升程可變，增加了高功率輸出的持續(xù)性，進一步彌補了三缸機在不同轉(zhuǎn)速區(qū)間不線性的缺點，這也是為什么本田的三缸機在實際表現(xiàn)中更加均衡的原因。PSA集團在幾年前就開啟了PureTech動力戰(zhàn)略，包括了EP、EC、EB等1.2L-1.8L排量的發(fā)動機，并在2016年的時候在國產(chǎn)標致、雪鐵龍等車型上搭載。其中EB2系列的1.2THP三缸發(fā)動機算是明星產(chǎn)品了，在動力、響應和震動一直上都表現(xiàn)搶眼，在國際發(fā)動機大獎中已經(jīng)多年連續(xù)獲得1.0-1.4L排量組的冠軍。首先它集成了我們在上文已經(jīng)提到的全鋁機身、DLC圖層、DVVT雙連續(xù)可變正時系統(tǒng)、缸內(nèi)直噴、集成式排氣歧管、可變排量機油泵這些各種主流發(fā)動機技術，所以在發(fā)動機1000rpm時渦輪就開始就介入工作，1500rpm就可以達到200Nm的扭矩輸出，1750rpm達到扭矩峰值230Nm并持續(xù)到3500rpm，并在5500rpm的時候達到最大功率136馬力。另外，1.2THP發(fā)動機還創(chuàng)新地使用了和潤滑油接觸的濕式正時皮帶，相比傳統(tǒng)的正時鏈條、（干式）正時皮帶，運行噪音更低，摩擦損失更小，而且耐用性做到了和發(fā)動機相同水平的24萬公里/15年。此外，橢圓正時齒輪技術和創(chuàng)新的無聲平衡軸系統(tǒng)、雙質(zhì)量飛輪，可以進一步從多個方面降低噪音和震動，提高發(fā)動機運轉(zhuǎn)的舒適性。其實早在2017年，捷豹路虎就開始在規(guī)劃1.5T新三缸發(fā)動機。作為Ingenium系列中最小巧的發(fā)動機，這臺發(fā)動機同樣使用了捷豹路虎標志性的全鋁合金缸體、采用每缸0.5L排量的模塊化設計，并配備了缸內(nèi)直噴技術、集成式排氣歧管、可變氣門正時，壓縮比最高可以達到11:1。目前有兩種功率版本——197馬力（280Nm）/158馬力（260Nm），動力水平在數(shù)據(jù)上著實不差，也比較符合品牌特性。而能達到如此輸出的另一大原因則是它配備了48V輕混系統(tǒng)，擁有48V啟發(fā)電一提式電機。除了一定程度上彌補了發(fā)動機的動力，48V系統(tǒng)更多是為了節(jié)能減排。比如有了它加持的自動啟停系統(tǒng)可以在車輛減速至時速17km/h以下就可以工作熄火，另外在車輛低速起步時通過電機給動力一定的輔助也可以進一步降低油耗。而且，這臺發(fā)動機可以同時支持橫置和縱置平臺，所以像路虎攬勝極光、捷豹E-PACE、捷豹XEL都會在以后搭載，并逐步取代目前2.0T低功率發(fā)動機。廣汽傳祺自主研發(fā)的代號為3A10J1的1.0T三缸發(fā)動機為旗下第三代發(fā)動機之一，并將在今年搭載在小型轎車和SUV上。它同樣使用了噴油嘴中置缸內(nèi)直噴（噴油壓力達到350Bar）、缸蓋集成排氣歧管、渦輪增壓器電子泄壓閥、進排氣可變正時、平衡軸等主流技術，更重要的是，它還使用了一套來自法雷奧的48V微混系統(tǒng)。用一臺通過皮帶與發(fā)動機曲軸相連的48V啟停電機、電池、變壓器一起組成的微混系統(tǒng)，可以在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速曲間扭矩不足時通過電機輔助進行加速，并且能在減速時進行動能回收，可以大大提高行駛的響應和效率。而且因為電壓提升，48V的啟停電機在發(fā)動機啟動時更加迅速。相比傳統(tǒng)的混動結構，輕混系統(tǒng)的成本更低，結構也更簡單，在油耗法規(guī)日益嚴苛的情況下，可以有效進一步提高燃油經(jīng)濟性。其實日產(chǎn)很早就已經(jīng)開始了三缸發(fā)動機的應用，已經(jīng)有接近10年的歷史了，包括HR系列（雷諾體系中為H系列）中1.0L、1.2L排量的直列三缸發(fā)動機，并在海外的日產(chǎn)Micro、雷諾Clio等車型上都使用過，尤其是HR12DE的應用也非常廣泛。而其中1.0L排量的發(fā)動機更為小巧，也被使用在了最新第五代的日產(chǎn)Micro上，對標大眾1.0TSI和福特1.0 EcoBoost發(fā)動機。采用了機械渦輪雙增壓的HR10DDT在動力輸出上已經(jīng)可以與四缸版本的HR12發(fā)動機相媲美，擁有86kW的功率，并采用了雙頂置凸輪軸、雙可變氣門正時、缸內(nèi)直噴、開放式水道鋁制缸體，共享了戴姆勒在四缸機上開發(fā)的三角形截面缸蓋和GT-R上使用的缸孔噴涂技術，還擁有電子廢氣閥和超增壓功能，可以說麻雀雖小五臟俱全。而HR10DET基本使用了相似的技術，不過只采用了多點電噴和傳統(tǒng)方形缸蓋，也并沒有配備電子廢氣閥，功率也被標定到74kW。未來的雷諾Clio、雷諾卡繽、日產(chǎn)Juke等都可能會搭載。縱使三缸機有著這樣那樣讓人詬病的地方，但是我們看到這些問題已經(jīng)被逐漸解決。小排量渦輪化的趨勢已經(jīng)不可避免，在某種程度上也客觀地促進了發(fā)動機技術的整個發(fā)展進程，這是我們比較希望看到的。
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