论新型三缸发动机技术的表现及运用

张昕磊

摘 要：随着我国社会经济的快速发展和工业制造水平的巨大进步，汽车作为满足广大人民日常生产生活的基础需求而普遍存在。当今汽车产业正处在发展的十字路口，传统能源车都在积极探索和寻求新的发展思路，而突破的关键在于先进的发动机技术，故此以节能减排质优价低的特性存在的三缸发动机被广泛运用。本文先从三缸发动机的发展必然性和存在的缺陷作分析再针对当今主流三缸发动机技术做出解析，以此探寻更好的三缸发动机发展之道。

关键词：三缸发动机 ，缸内直喷，双可变正时气门技术，燃油双喷射技术

汽车工业历经多年粗放式发展，环境问题日益加剧，国际间对于环境污染和整治问题达成一致性。我国加强了环保不达标车的上市限制，同时给予小排量车税费减免政策。新排放标准下，汽车发动机既要降低排放，减少环境污染损失，又要极大化的保持动力与经济环保间的平衡点。基于节能减排的环保政策要求下，除了发展更先進的技术，还得选用适合得成熟机型。在此基础上，最具历史争议性的三缸发动机，又被各大生产厂推向技术和发展前沿，并得到青睐。

一、三缸发动机的缺陷分析

三缸发动机最为致命的问题就是抖动，这也是三缸发动机一直被人诟病的原因。就其根本原因还在于其独特的结构和工作原理。三缸发动机不能像四缸或者六缸发动机那样，通过不同活塞的相互往返运动来抵消多余的惯性力矩和震动。三缸发动机每个气缸之间的相位差是 240°其工作时总有一个气缸在单独做功，产生的惯性力矩得不到有效抵消。虽然一阶二阶惯性力可以基本达到平衡，但一阶二阶惯性力矩却不平衡，其中一阶惯性力矩不平衡的最大值在活塞运动到上止点后的30°出现。所以三缸发动机一直离不开振动大，噪音大等毛病。

一阶二阶惯性力矩的概念：活塞在上下运动时，会产生力矩，这就是一阶惯性力矩；活塞的运动也会带动相连的连杆运动，形成了更加复杂的二阶惯性力矩。为改善三缸发动机的抖动情况，只有在曲轴上作技术工作。如在曲轴的曲柄之间采用角度为120°的设计，形成空间曲轴结构。同时借助平衡轴原理，将1、3曲柄上的配重块重心偏移30°，以达到最大化抵消不平衡的力矩。

二、三缸发动机的主流技术运用

1.BMW-B38 1.5T三缸发动机。第四代Valvetronic升程连续可变技术。

目前此款发动机已被正式列装与宝马X1/1x系和3系上。动力参数：136马力，220牛米（1250-4300rpm），具有200 bar的喷射压力。

第四代Valvetronic升程连续可变技术，由进气门升程控制装置和双VANOS（可变配气相位）组成，通过这些装置的使用可有效降低换气时发动机的功率损失10-15%，该套控制系统包括：发动机数据管理系统；气门升程调节电机的气门控制单元；加速踏板传感器；曲轴位置传感器，空气流量计等主要系统。其控制器内部采用新型无刷直流电动机，取消偏心轴位置传感器。偏心轴的角度由调整电动机中的传感器系统得出的角度增量来确定。让执行机构的响应速度加快，可降低电子气门控制系统质量要求。

2、通用Ecotec1.3T和1.0T三缸发动机，DVVT连续可变气门正时系统。

DVVT双可变气门正时技术即为进排气气门连续可变正时技术。该系统在发动不同运转程度下的控制目标也不相同，当发动机在低负荷运载的时候，进排气门处于最大延时的位置，可有效加强提升性能；当速度减慢时，进排气门的重叠情况减少，怠速转速较为稳定，燃油损耗率下降；当发动机处于中负荷状态的时候，进排气门的重叠加剧，提高泵气的利用率，从而可加强排放控制；当高负荷状态时，进气门迟闭角产生变化，通过适当增加气门重叠角来增强扫气效果防止爆震提高运行平顺性。

3、低惯量涡轮增压技术。

随着环保法规不断严格，很多厂商都推出了涡轮尺寸较小，涡轮风叶重量轻，比较容易在低转速就能吹动的涡轮，这就是低惯量涡轮增压。采用低惯量涡轮的目的在于降低涡轮器的迟滞。低惯量涡轮没有高惯量涡轮带来的动力提升来的强劲。它在发动机转速1000左右启动，意在辅助汽车中低速起步的动力需求，在较低的转速提供满意的动力。

其优点刚刚好就是比较省油和很小的涡轮启动顿挫感。目前多装备在主流家庭用车上，低惯量涡轮可以顾及到燃油经济性，相对够用的动力表现，行驶的顺畅感和主要是保证发动机的耐用程度。

4.鱼肚型进气道+双喷射技术。

进气道之所以采用鱼肚型设计，旨在让混合气形成高滚流以提升燃烧效率。这里的双喷射并不是歧管喷射+缸内直喷，而是一个进气道内有两个喷油嘴以实现发动机不同负载下的精确喷油。它包括：缸内直喷技术（TSI）和进气歧管喷射技术（SRE）。SRE+TSI双喷射技术工作模式包括：SRE单喷射、高压单喷射、高压双喷射、和高压三重喷射四种运行模式，和以下五种运作状态。

（1）冷启动状态：发动机在冷却状态下。冷却液温度低于450 每次启动时在压缩循环中通过高压喷射系统进入三重喷射。

（2）暖机和催化转换器加热阶段。发动机启动后冷却液温度仍然低于450 此时低压喷油器处于休止状态，而高压喷射器由三重喷射变为双重喷射，分别喷射进气和压缩行程。

（3）发动机部分符合状态。如冷却液温度仍低于450 发动机在部分符合中驱动，SRE模式下，进气歧管翻板多数时间处于休止状态。

（4）发动机全符合状态。为适应高符合工作需求，系统在高压模式下进气和压缩行程进行双重直喷喷射

（5）紧急有运行状态。当某一喷油系统发生系统故障，由发动机控制单元驱动发动机其他系统保持发动机持续运行，为问题解决提供有效时间保证。

目前各主机厂的三缸发动机皆已把双喷射系统技术作为技术标配，就是基于其油气混合均匀燃烧充分的显著特点。例如，通用1.3T和1.0T，两款三缸发动机，已经装备在GL6、英朗和阅朗等车型上，已经取代上一代的1.5L和1.4T发动机，成为同级别的主流动力配置。

5、可变排量机油泵

该项技术的运用的优势可以类比于DVVT的作用，也就是可以根据发动机当下的工况来中控泵油量。当发动机处于低负载工况时降低泵流量，在保证润滑的同时降低泵油损失率，当发动机负载提升时，泵流量增大来满足更大的润滑需要。

6、NVH摩擦及双质量飞轮

双质量飞轮，即是把飞轮分作两个部分，主飞轮与发动机相连，从动飞轮与变速箱相连，两者中间设置环形油腔，内部装置弹簧和减震器，当主飞轮和从动飞轮相向旋转时，之间减震器可有效吸收源于动力系统的震动，从而提升平顺性。该技术也是对于三缸机震动的抑制和提升NVH性能起了很关键的作用。

7、曲轴橡胶减震轮+平衡轴

配置了平衡轴时目前应对三缸发动机震动的普遍措施。通常做法为在曲轴上与平衡轴相啮合的齿轮中间采用了橡胶材料，以减少在震动时两者之间的冲击，提升了NVH性能。

8、DLC涂层的活塞环

新款发动机活塞在活塞环以及活塞裙部都拥有DLC涂层，这种“低张力类金刚石”材料可以有效降低部件之间的摩擦，提升发动机的效率及寿命。

三、结论

通过各类新技术的开发和运用三缸发动机无论是动力还是结构以及排放标准已经具备较强的市场竞争力。为各大厂家更好适应于新排放要求，在汽车市场中占据有利局势创造了可能。

参考文献：

[1].打破传统观念；当今主流三缸发动机技术解读；汽车谈2019-01

[2].通用全新一代1.0T、1.3T Ecotec发动机技术解析；车评家；2017-09

[3].市面上主流的三缸发动机盘点分析；汽车消费；2019-03

[4].张浩；电喷+直喷，燃油复合喷射技术解析；网易汽车；2016-02