1.3/1.5T发动机为何三缸能和四缸并存？-

提到三缸机，绝大多数人都会想到“低端、性能差、动力不足“等，比如90年代的长安奥拓，搭载0.8L三缸发动机，夏利搭载的1.1L三缸发动机。在眼下四缸机横行的年代，三缸机的出现多多少少会被看作是另类。

但随着近些年来油耗、排放法规越来越严格，同时涡轮增压、GDI、VVT、VVL、EGR等主流技术日渐成熟，三缸机又重新回到了人们的视野。

如福特的1.0L EcoBoost这款发动机的推出，从某种意义上来说，标志着三缸机重回江湖。因为这款三缸机采用高压直喷、先进涡轮增压器和双独立可变气门正时系统，这三大技术的整合可以有效提升燃油经济性20%，同时降低二氧化碳排放15%。

同时这款发动机仅有0.999L的小排量，动力却达到92kW，最大扭矩高达170N·m，被Auto World评选为2014沃德十佳发动机!值得一提的是，1.0L EcoBoost发动机是获奖的10款发动机中唯一一款小排量发动机。

此后三缸发动机变多了起来，连豪车宝马也用上了。宝马这台三缸机排量为1.5L,功率为100kW,最大扭矩为220Nm,百公里综合油耗仅为5.9L,单从数据上来看很不错，从销量上来看，每月3000左右也算差强人意。

相同排量，三缸好还是四缸好？

既然从奥拓的0.8L发动机到宝马的1.5L发动机，都可以做成三缸机，那是否意味着1.6L、1.8L甚至2.0L以上发动机都可以做成三缸机呢？三缸机和四缸机排量的临界点如何选择？今天我们来聊一聊这个话题。

首先，同样是1.5L排量的发动机，究竟是三缸机好还是四缸好？毫无疑问，同排量的发动机，三缸机有优势，那就是体积小、发动机重量轻，从而降低了车辆油耗，更重要的是制造和采购成本更低。四缸机的制造成本高于三缸，主机厂目的就是降低成本，赚取更大利润空间。

举个例子，同排量的1.5L发动机，如果缸径都为74mm,经过计算可以得知，三缸的发动机活塞行程为116.3mm,而四缸的发动机活塞行程为87.2mm，活塞的接触面积都为258.2平方厘米。

也就是说，同排量的发动机，不管做成三缸还是四缸，活塞摩擦总面积是一样的，但从这点来看是没有降低摩擦能量损失的。但是由于三缸机少了一个缸，至少可以节约74mm的横向空间，方便机舱发动机布置，重量也可以降低约1/4，整车的油耗就可以进一步的降低。

而三缸机的活塞行程为116.3mm,相比四缸机的活塞行程87.2mm高出29.1mm。大家知道，活塞行程长对低速扭矩有利，在配合三缸增压发动机更小的涡轮迟滞现象，同排量的三缸增压发动机低速扭矩会比四缸更出色。

但是由于活塞行程相比四缸机长，所以在高速时，它的外特性表现相比同排量四缸机就比较劣势了，即高速表现没有劲。这其中还有一个重要原因是，如果同排量的三缸机和四缸机相比，每缸都是4气门，那么显然四缸机就会多出四个气门，那么单位时间内的进气量、参与燃烧的燃油就会比三缸机多，所以在高速上四缸比三缸更有劲。反过来由于三缸相比四缸机参与的燃烧的燃油少，油耗就会比同排量的四缸机优越。

为何只有0.8-1.5L发动机能做三缸？

其次我们再来聊一聊，为什么市面上只有0.8L-1.5L排量的发动机做成三缸，而1.6L排量以上的几乎没有做三缸的。首先，小排量做成三缸机大家似乎容易接受，感觉小排量的车子低端，大排量发动机就应该做成四缸、V6、 V8等才显尊荣。

这里就不得不提到一个专业名词：平均有效压力。它是指单位气缸工作容积发出的有效功，可看作是一个作用在活塞顶上假想的平均不变的压力。记作mep (mean effective pressure)，单位为MPa。显然，平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。平均有效压力随着工况的不断变化而变化。

其实工程师已经计算出，缸径*行程为86*86,平均有效压力趋于理想，这是针对自然吸气发动机而言，换算到常规的增压发动机，增压压力在1.2~1.8bar来计算，单缸容积在0.3L~0.48L左右最佳。

所以这就可以解释，1.5L排量的增压发动机做成3缸，单缸容积为0.5L非常接近0.48L，而最小的0.8L排量的发动机做成3缸，单缸容积为0.27L，也是非常接近0.3L。一旦高于或低于这个值，平均有效压力将会低于理想状态，发动机的有效功率，扭矩就会事倍功半。

所以0.8L的奥拓、1.0T的福特、甚至宝马的1.5T都是处于最佳MEP的设计，而1.6L,、1.8L以上的发动机是不适合做成三缸机的。这还取决于他们的设计增压值，会有一定的差异性。当然1.3L/1.5L的发动机做成四缸也处于最佳的MEP的设计，所以市场上现在也有不少1.3/1.5T的四缸发动机。在这个排量区间，三缸和四缸几乎是可以并存的。

虽然1.0—1.5左右的三缸增压发动机处于最佳的MEP范围之内，但是三缸机有个天然缺陷，那就是一阶惯性振动不能彻底的根除。

举个例子，四缸机的点火顺序一般为：1-3-4-2 ，1、4缸和2、3缸为两组，每组活塞同时向一个方向运动，虽然点火时间不同，但都是同时向上或向下，如1、4缸同时向下运动，1缸在做功，而第4缸在进气。都是同时向下运动，起到平衡的作用，如若不是，则以发动机曲轴中心为支点，曲轴前后受力不均，发生摇摆振动，这就是一阶振动。

虽然大多数三缸机为了解决此问题，在曲轴下方加装了平衡轴，并以2倍的速度反转来抵消此一阶振动，但是效果并不太好，不能彻底根除达到来四缸机的水准。

还有一点，三缸机的缺陷，做功不连续和不平顺。大家都知道，发动机的工作循环，由进气、压缩、做功、排气四个循环，在这过程中只有做功循环是有效的，相当于膨胀气体推动活塞，从上止点到下止点，曲轴旋转180度，这一过程才是动力的输出阶段。其他过程都没有动力输出。

所以，四冲程发动机用四个缸，这是一种非常聪明且合理的设计，保证一个奥托循环，曲轴旋转720度的过程中，四个气缸一个缸紧接着一个缸做功，动力输出连贯顺畅，所以直列四缸引擎成为了最常见的动力。而如果气缸数量低于四个，就无法保证每一个完整的冲程(曲轴旋转180度)都有一个活塞在全程做功，这样就会出现动力输出的空档期，因此四缸是保证引擎动力输出连贯的最低缸数要求。

而四冲程三缸机只有三个缸做功，点火间隔为，720/3=240度，当活塞第一缸做功运行到下止点时，曲轴旋转180度之后，再需要旋转60度，第二缸才做功。这60度就是动力空档期，会产生动力不连续的现象。