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三缸发动机将一统小排量的天下吗?
发布时间:2019-07-19    

三缸发动机曾经是铃木奥拓这种屌丝车的标配,而如今连宝马这种大牌也开发和使用三缸发动机。此外,大众、丰田、福特等大企业都已开发应用三缸发动机,大有屌丝逆袭的苗头。评论界也有观点认为三缸将是大势所趋。事实果真如此吗?

三缸发动机的优点

三缸发动机结构简单,比四缸机少了一套活塞连杆,少了4只进气排气阀门的启闭机构,曲轴和凸轮轴也变短了,减少了机械摩擦的面积,从而提升了发动机热效率。

同排量发动机一致转速下,三缸发动机单位时间内的进气量和喷油量减少,从而降低油耗。至于功率不足的问题,搭配涡轮增压系统就解决了。

三缸发动机体积小重量轻,而大多数汽车都采用发动机前置布局,所以使用三缸发动机能减轻前轴负荷,引流来的更好的操控。

4冲程的阻碍

凡事皆有利弊,三缸发动机也有不少问题。这与4冲程发动机的特性有关。

由于活塞发动机的特性,活塞的每一个冲程曲轴旋转180°,所以4冲程发动机的一个完整工作循环,曲轴旋转720°。也就是说,一个活塞在气缸里每运动4次才有一次是燃烧做功。这就产生一个问题,如果想要让曲轴每时每刻都受到活塞推动,至少需要4个活塞,也就是4个气缸。

所以三缸发动机的问题来了,3个活塞要依次完成4个冲程,人手不够,无法达到对曲轴连续做功。这是三缸发动机的先天缺陷。

三缸发动机的缺陷

基于先天缺陷,三缸发动机产生了一些问题:

噪音和振动:由于三个活塞无法做对称的运动,所以不能借助对称运动抵消振动。这就导致三缸机的振动和噪音大于四缸机。虽然采用平衡轴可以消除一阶振动,但消除二阶振动,还需要增加两条平衡轴,这样一来,三缸机的体积、质量就和四缸机相当了。

动力衰减快:由于动力输出不连贯,三缸发动机的高转速性能普遍比四缸机差,三缸机在高转速区域的表现不佳,衰减更早更快。

油门响应迟缓:三缸发动机为了达成接近四缸发动机的动力输出连贯性,不得不匹配一个更大质量的飞轮,这样引擎的运转惯性就变得更大,转速变化变得迟钝,给人感觉就是油门响应迟缓。

涡轮增压的难题

涡轮增压能提升燃烧效率,但涡轮迟滞是个难题。发动机在低转速状态下,由于产生的废气量太少,不完全能带动涡轮的运转,这就是涡轮迟滞的根源。活塞发动机都无法摆脱涡轮迟滞的问题。

除了涡轮迟滞,还有排气干扰的问题。发动机的工作的时候,气缸内需要不断吸进空气和排出废气,为了达到更好的“换气”效果,通常排气阀门和进气阀门会提前打开,延迟关闭。以曲轴旋转角度为参照,一般发动机的排气阀门会提前48°打开,延迟20°关闭。这样一来,会有两个气缸排气时间重叠,来自两个气缸的废气就形成排气干扰,削弱了气流的推力,导致涡轮运转乏力。四缸发动机由于四组活塞运动无缝衔接,因此排气干扰无可防止。

而三缸发动机倒是因祸得福,因为三缸发动机两次做功间隔期间曲轴旋转240°,而活塞运动一次轴旋转180°,这60°的空挡期刚好让单股废气足够时间通过,也就是说三缸发动机的排气脉冲是不重叠的,因此没有排气干涉。

 

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