三缸机，可谓是近年来汽车行业热点话题，之前的《讲堂》栏目也曾多次涉及。显然，之前文章讲解更侧重于理论，很多读者朋友希望能具体到车上进行分析。应各位要求，这一次，我们决定理论加实践，带大家更好的认知三缸机的技术、发展水平以及你关注的一系列问题。

关注踢车帮的朋友都知道，我们试驾了福特福克斯Active后，对其各方面表现相当满意，特别是其动力源。是的，一台1.5升的三缸发动机，而我体验过之后，亦有同感。于是，我感觉到三缸机正在不断成熟，不断完善，甚至已经相当完善了，超出我以及我们的固有认知。

那么这就有必要说一说了。经过一番对福特的1.5T三缸机研究，我认为很有必要以其作为范本，针对目前大家关于三缸机最为关心的四个问题：NVH、动力、油耗和可靠性，来全面分析三缸机的优劣以及发展前景。

☆三缸机的“原罪”不可逆吗？

提到三缸机，不少人可能会讲——抖，而得出这个结论的依据多半是“我看网上都这么说……”。诚然，与四缸机和六缸机相比，未经调校的三缸机天生的固有属性决定了它的原始表现。

作为旋转工作的器械（曲轴旋转带动活塞的往复直线运动），三缸机天生因为旋转惯性力矩、一阶往复惯性力矩以及二阶往复惯性力矩均不为0。

换句话讲，三缸机工作时其合力为0，而其合力矩不为0，这就会导致其工作运转的不平衡，从而引发振动，噪声随振动而来，进而产生一系列的NVH问题。（三缸机的不平衡公式在之前的《讲堂》栏目中推导过，今天为了便于大家的理解，尽量减少公式的引入，不过我会告诉大家具体的分析思路）

不过，话说回来，三缸机若未经调校，其抖动特性不可避免，而实际上，厂家自然不会坐视不管，既然找到了问题产生的原因，当然会提出相应的解决措施。

☆那该当如何调校？

针对三缸机NVH的调校，之前的《讲堂》栏目有讲到过，现行的主流解决方案归结起来主要有以下几点：加装平衡轴、安装双质量飞轮、优化隔振装置（如：发动机悬置）等。当然，各个厂家采取的具体措施不尽相同，但其核心思想都是一致的，即：源头上削弱（对动力源进行调校，减少振动能量的输出）、传播中阻断（各种隔振、隔音措施）、接受处吸收（驾驶室内布置吸音材料：如顶棚的多孔材料起到很好的吸引作用）。这样讲未免有些笼统，不妨具体到实车上。结合福特福克斯ST-Line，看看它是如何进行NVH调校的吧。

就NVH来讲，这款发动机上摒弃了传统的曲轴中心线与气缸中心线重合的方案，将曲轴中心偏移了10mm, 这样做的好处在于，可以使曲轴在旋转的过程中，活塞裙部的摩擦力更小，减少振动产生的同时，还可以进一步提升燃油经济性。

曲轴中心偏移10mm，减小振动和摩擦

其次，为了实现曲轴旋转的动平衡，一般的措施是为曲轴采用配重块，其简化模型可以参考上图。那么问题就来了，配重块需要多重？配重块放置在什么位置？这都是问题。而随着优化算法、计算机水平的提高，为这些问题的解决提供了便利的方案。

加装平衡轴和配重块之后的简化模型

福特采取的措施是对偏移后的曲轴再用大数据进行配重优化，将1缸和3缸的配重块重心偏移30度，达到了更好的平顺性。当然，这都是基于一定的公式推导基础之上的。其思路就是：先进行受力分析，找到不平衡力与上述几个关键参数的数学关系，通过对关键参数分析，并利用一定的优化算法（比如：遗传算法、蚁群算法、穷举法、正交试验法等）进行优化设计。当然，也可以结合动力学分析等手段进行，目的就是为得到相对较优的结果。

此外，还有一个重要的手段，那就是平衡轴的应用。平衡轴在解决三缸发动机NVH问题上发挥着举足轻重的作用，福特在这方面涉足较早，从第一代1.0L的 EcoBoost发动机上便开始采用这一设计，而在目前新一代的动力总成上，又进行了进一步的优化设计，如通过调整平衡轴配重实现不同的平衡效果，当然，这背后都离不开强大的理论分析做支撑。

福克斯Ecoboost三缸机及平衡轴结构

当然，还有一点是决定上述设计方案成败的关键——零部件的加工和装配质量。而目前采用的μ级（微米级）加工和装配，保证了高精度的加工和装配质量。而这些细节恰恰决定了完美的设计方案下，理想的隔振效果。

发动机引擎盖隔音棉

此外，发动机舱内的隔音材料、隔音阻尼板、声学夹层隔音玻璃、驾驶室内部的吸音材料，这些也都决定了产品良好的NVH特性，而这些措施对改善整车的NVH，尤为重要。

发动机悬置：外部支架+内部硫化橡胶，刚度需要通过解耦计算进行匹配设计

悬架处橡胶衬套作用不容小觑

想必大家都听过“木桶效应“，在三缸机振动噪声解决的过程中，只有将传播路径中的每一块短板都补上，才能打造出满足消费者需求的产品。两天的试驾个人感受，无论低速还是高速行驶，的确几乎没有明显的振动。

☆动力压榨容易，如何分配才是关键？

作为单独的动力源，绝不仅仅是解决了NVH问题就万事大吉了。三缸机动力表现到底如何呢？在分析这个问题之前，有必要理清发动机动力的影响因素。

或许很多消费者会认为，三缸机的缸数少了，动力自然会下降，而实际关键在于如何对其进行调校。除了扭矩和功率参数以外，最大扭矩对应转速区间、最大功率对应转速，这都决定了一款发动机真正的动力表现。再配合适当的车重，避免“小马拉大车”的现象出现。

在这一代EcoBoost动力总成上，福特在原有基础上，对低转速区间的动力参数进行了调校，将扭矩参数提高20%，这也就意味着更好的起步加速性能。

此外，我们都知道，涡轮增压技术确实为动力提升增色不少，然而，涡轮迟滞却是影响低速动力响应的重要因素。而目前主流的解决方案是采用低惯量涡轮。福特针对这一问题采用了两种解决方案：首先，低惯性涡轮的设计。通过减小涡轮的质量，进而减少其转动惯性，以便低转速时更容易推动叶片旋转，对低速的涡轮增压效果具有改善作用。

优化涡流气道形状，减小气流阻力，进而减小涡轮迟滞

其次，为了减少流道阻力，对流道的形状进行了优化设计，减少增压时的气流压力，进一步提高低转速的增压效果。当然，具体如何调整，调整的量是多少，都离不开工程师的反复计算、仿真和试验，直到得到可行的方案。

☆动力满足了，油耗呢？

首先，伴随着三缸机的缸数减少，整体排量减小，理论上油耗应该会低一些，这也是各厂家为满足排放要求采取的一项重要措施。其次，由于缸数的减少，也有效减小了其体积、重量，同时还方便了整车的空间布置。此外，缸数的减少，摩擦损失进一步减少，对提高发动机工作效率起到了一定的作用，可进一步减少油耗。当然，这都是采用三缸方案带来的必然好处，各大厂家显然并不满足于这些。

三缸工作（左），停缸工作（右图）

我们都知道，汽车在行驶的过程中会经历不同的工况，对动力输出的需求也不相同。车辆并不是随时随地都是大负荷的运转，而且一般来讲，发动机负荷越小效率会越低。中低负荷时如果减少一个气缸工作，只让两缸高效工作，相当于此时每个气缸所承受的负荷率增加。而所谓的负荷率，可以理解为发动机输出扭矩与该转速下可输出最大扭矩之比，或者可以理解为油门踏板深度。

发动机万有特性曲线

具体来讲，由上图发动机万有特性曲线可知，横坐标为发动机转速，纵坐标为平均有效压力（单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，单位为bar）。其中，平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。这个平均有效压力，可以把它理解为发动机的负荷率，而发动机负荷率=（某点的扭矩/相同转速下最大扭矩）*100%，你也可以理解为特定转速下油门开度的百分比。

在万有特性曲线上，越高的点负荷率越高，到最高点(外特性）时就是100%负荷了。以上图为例，同样是2000r/min，当油门越踩越深，也就是负荷率越来越大，发动机工作的状态越接近于210的圆圈，而这些一圈一圈标有数字的曲线，称之为等油耗线。数值越小表示油耗率越低，经济性越好。当然，这离不开8AT变速箱的逻辑配合。而福克斯的停缸技术，使得相同转速下发动机负荷率变高，从而降低油耗，实现节能减排的效果。

而具体是怎么实现的呢？以福克斯为例，通过气门和喷油器的控制，实现了3缸到2缸之间的切换，整个切换过程只有14ms，到底有多快呢，一眨眼的功夫，足够切换20次了。

除此之外，此1.5T还采用了双喷射系统，即进气道喷射和缸内直喷。二者优势分别在于：进气道喷射混合更均匀排放更好，缸内直喷响应快，油耗低。如果两者同时具备，高转速大负荷缸内直喷，低转速低负荷进气道喷射，则可以在任何发动机的工况下做到动力、油耗、排放三者同时兼顾，还可以发挥出发动机的最佳性能。当然，这里的双喷射不是简单的将进气道喷射的喷油器由一个改为两个，形成所谓的双喷射系统。

☆可靠性、耐久性，如何保障？

纵使NVH、动力、油耗对于三缸机来说，都是需要关注的点。但是更多朋友可能更加关心三缸机的可靠性，其中最核心的一个问题就是三缸机会不会越开越抖？

其实这个问题并不难回答。首先，三缸机自身抖不抖。前文已经分析过了，三缸机在进行了调校之后，其抖动问题已经基本被消除了，因此发动机本身不会如你想象般的抖，而其内部零件的可靠性是要经过试验验证的，这个后面再跟大家详细讲解。

其次，隔振部件可不可靠？与隔振最直接相关的就是发动机悬置，也就是俗称的发动机机脚。当然，还有汽车上许许多多的隔振件。因此，这就涉及到橡胶的老化问题，而实际上，这不仅仅是三缸机才有的问题。重要的是前期橡胶刚度匹配设计没有问题，橡胶件质量不存在问题。

对于我们大部分消费者而言，更关心的是产品的好坏，也就是说，消费者关注的是结果。就这点而言，我只能说，每一款产品发布之前，都要进行反复的试验过程，包括整车和零部件试验，比如耐久疲劳试验，性能试验，冷热冲击试验，启停验证试验。

此外，还要进行所谓的三高实验——高温、高寒、高海拔，此外还要经历为期90天的Pascar耐久试验（笔者的很多朋友也在从事这类的工作，冬天的黑河，夏日的吐鲁番，酸爽体验，实属不易）。而这些所有的试验，都是在模拟不同严苛工况下，整车和零部件的性能表现，试验前后进行性能对比，再进行相应的改进和测试。

至于三缸机，我认为以福特福克斯上的表现看，它已经解决本身的技术难题，而接下来的困难只能交给时间。但不管怎么说，我们需要了解它，可能也必须了解它，乃至接受它，因为它现在正在单独作为动力源存在，而未来，i8已经证明，其用武之地依旧很广阔。

注：部分图片来源于网络

本文作者为踢车帮 杨帆、图片 敖奕丰