論新型三缸發動機技術的表現及運用

張昕磊

摘 要：隨著我國社會經濟的快速發展和工業制造水平的巨大進步，汽車作為滿足廣大人民日常生產生活的基礎需求而普遍存在。當今汽車產業正處在發展的十字路口，傳統能源車都在積極探索和尋求新的發展思路，而突破的關鍵在于先進的發動機技術，故此以節能減排質優價低的特性存在的三缸發動機被廣泛運用。本文先從三缸發動機的發展必然性和存在的缺陷作分析再針對當今主流三缸發動機技術做出解析，以此探尋更好的三缸發動機發展之道。

關鍵詞：三缸發動機 ，缸內直噴，雙可變正時氣門技術，燃油雙噴射技術

汽車工業歷經多年粗放式發展，環境問題日益加劇，國際間對于環境污染和整治問題達成一致性。我國加強了環保不達標車的上市限制，同時給予小排量車稅費減免政策。新排放標準下，汽車發動機既要降低排放，減少環境污染損失，又要極大化的保持動力與經濟環保間的平衡點。基于節能減排的環保政策要求下，除了發展更先進的技術，還得選用適合得成熟機型。在此基礎上，最具歷史爭議性的三缸發動機，又被各大生產廠推向技術和發展前沿，并得到青睞。

一、三缸發動機的缺陷分析

三缸發動機最為致命的問題就是抖動，這也是三缸發動機一直被人詬病的原因。就其根本原因還在于其獨特的結構和工作原理。三缸發動機不能像四缸或者六缸發動機那樣，通過不同活塞的相互往返運動來抵消多余的慣性力矩和震動。三缸發動機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動到上止點后的30°出現。所以三缸發動機一直離不開振動大，噪音大等毛病。

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

二、三缸發動機的主流技術運用

1.BMW-B38 1.5T三缸發動機。第四代Valvetronic升程連續可變技術。

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

第四代Valvetronic升程連續可變技術，由進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動機的功率損失10-15%，該套控制系統包括：發動機數據管理系統；氣門升程調節電機的氣門控制單元；加速踏板傳感器；曲軸位置傳感器，空氣流量計等主要系統。其控制器內部采用新型無刷直流電動機，取消偏心軸位置傳感器。偏心軸的角度由調整電動機中的傳感器系統得出的角度增量來確定。讓執行機構的響應速度加快，可降低電子氣門控制系統質量要求。

2、通用Ecotec1.3T和1.0T三缸發動機，DVVT連續可變氣門正時系統。

DVVT雙可變氣門正時技術即為進排氣氣門連續可變正時技術。該系統在發動不同運轉程度下的控制目標也不相同，當發動機在低負荷運載的時候，進排氣門處于最大延時的位置，可有效加強提升性能；當速度減慢時，進排氣門的重疊情況減少，怠速轉速較為穩定，燃油損耗率下降；當發動機處于中負荷狀態的時候，進排氣門的重疊加劇，提高泵氣的利用率，從而可加強排放控制；當高負荷狀態時，進氣門遲閉角產生變化，通過適當增加氣門重疊角來增強掃氣效果防止爆震提高運行平順性。

3、低慣量渦輪增壓技術。

隨著環保法規不斷嚴格，很多廠商都推出了渦輪尺寸較小，渦輪風葉重量輕，比較容易在低轉速就能吹動的渦輪，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勁。它在發動機轉速1000左右啟動，意在輔助汽車中低速起步的動力需求，在較低的轉速提供滿意的動力。

其優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濟性，相對夠用的動力表現，行駛的順暢感和主要是保證發動機的耐用程度。

4.魚肚型進氣道+雙噴射技術。

進氣道之所以采用魚肚型設計，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+缸內直噴，而是一個進氣道內有兩個噴油嘴以實現發動機不同負載下的精確噴油。它包括：缸內直噴技術（TSI）和進氣歧管噴射技術（SRE）。SRE+TSI雙噴射技術工作模式包括：SRE單噴射、高壓單噴射、高壓雙噴射、和高壓三重噴射四種運行模式，和以下五種運作狀態。

（1）冷啟動狀態：發動機在冷卻狀態下。冷卻液溫度低于450 每次啟動時在壓縮循環中通過高壓噴射系統進入三重噴射。

（2）暖機和催化轉換器加熱階段。發動機啟動后冷卻液溫度仍然低于450 此時低壓噴油器處于休止狀態，而高壓噴射器由三重噴射變為雙重噴射，分別噴射進氣和壓縮行程。

（3）發動機部分符合狀態。如冷卻液溫度仍低于450 發動機在部分符合中驅動，SRE模式下，進氣歧管翻板多數時間處于休止狀態。

（4）發動機全符合狀態。為適應高符合工作需求，系統在高壓模式下進氣和壓縮行程進行雙重直噴噴射

（5）緊急有運行狀態。當某一噴油系統發生系統故障，由發動機控制單元驅動發動機其他系統保持發動機持續運行，為問題解決提供有效時間保證。

目前各主機廠的三缸發動機皆已把雙噴射系統技術作為技術標配，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，兩款三缸發動機，已經裝備在GL6、英朗和閱朗等車型上，已經取代上一代的1.5L和1.4T發動機，成為同級別的主流動力配置。

5、可變排量機油泵

該項技術的運用的優勢可以類比于DVVT的作用，也就是可以根據發動機當下的工況來中控泵油量。當發動機處于低負載工況時降低泵流量，在保證潤滑的同時降低泵油損失率，當發動機負載提升時，泵流量增大來滿足更大的潤滑需要。

6、NVH摩擦及雙質量飛輪

雙質量飛輪，即是把飛輪分作兩個部分，主飛輪與發動機相連，從動飛輪與變速箱相連，兩者中間設置環形油腔，內部裝置彈簧和減震器，當主飛輪和從動飛輪相向旋轉時，之間減震器可有效吸收源于動力系統的震動，從而提升平順性。該技術也是對于三缸機震動的抑制和提升NVH性能起了很關鍵的作用。

7、曲軸橡膠減震輪+平衡軸

配置了平衡軸時目前應對三缸發動機震動的普遍措施。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

新款發動機活塞在活塞環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，提升發動機的效率及壽命。

三、結論

通過各類新技術的開發和運用三缸發動機無論是動力還是結構以及排放標準已經具備較強的市場競爭力。為各大廠家更好適應于新排放要求，在汽車市場中占據有利局勢創造了可能。

參考文獻：

[1].打破傳統觀念；當今主流三缸發動機技術解讀；汽車談2019-01

[2].通用全新一代1.0T、1.3T Ecotec發動機技術解析；車評家；2017-09

[3].市面上主流的三缸發動機盤點分析；汽車消費；2019-03

[4].張浩；電噴+直噴，燃油復合噴射技術解析；網易汽車；2016-02