汽車三缸往復活塞式發動機抖動的分析與研究

李 蔣

（蘇州建設交通高等職業技術學校，江蘇 蘇州 215104）

前言

三缸發動機最早是應用在 A0級小型車上的，而且出于成本問題的考慮，A0級小車搭載三缸發動機在某種程度上可以說是必然做法。對應的消費群體既然能接受 A0級車型的整體品質，那么對于三缸發動機的抖動應該也是可以接受的。

目前各大車廠推出的三缸增壓發動機的排量主要集中在1.0T～1.5T區間，其中頗具代表性的有大眾 1.0T、雪鐵龍1.2T、通用的1.3T、寶馬的1.5T等。從發動機的輸出功率和峰值扭矩上來看，這些小排量三缸增壓發動機已經近乎獲得1.6L～2.4L排量的四缸自吸發動機才能達到的動力輸出水準。同時這些三缸發動機的燃油消耗量和廢氣排放表現也更為優秀，輕輕松松就能達到國家排放標準。

表1

因此，在三缸發動機橫空出世的一剎那，終于給對純電動汽車心存顧慮的車友一記強心針。在短暫的興奮激動之余，不少車友在遨游了網絡世界之后，又有了新的疑慮。因為網絡上鋪天蓋地的關于三缸發動機機抖動的描述，瞬間將車友搶購的欲望降格為觀望。

1 三缸發動機抖動原因

那么三缸發動機究竟抖不抖呢？通過我們的研究發現，三缸發動機的抖動是肯定存在的。因為三缸發動機的氣缸布局不是一個高度對稱的結構。四缸發動機為什么不抖呢？因為四缸發動機每個氣缸之間的相位差是180°，1-2-3-4四個氣缸1缸和4缸向上運動時，2缸和3缸向下運動，這種情況下發動機是不會左右晃動的，再加上相應的減震附件，整個四缸發動機幾乎就是沒有什么抖動的。

圖1 四缸發動機活塞運行位置示意圖

然而，三缸發動機每個氣缸之間的相位差是 240°，三缸發動機工作時總有一個氣缸在單獨做功，沒有一對同上同下的活塞，1-2-3三個氣缸1缸和3缸就會不規則的上下運動，產生的慣性力矩得不到抵消，抖動就這樣產生了。所有奇數缸發動機都存在這個問題，曾經的五缸發動機也一樣，只不過五缸發動機抖動的沒有三缸發動機那么明顯，這就是三缸發動機抖動的根源。b

圖2 三缸發動機活塞運行位置示意圖

2 三缸發動機抖動時間

既然三缸發動機的抖動是客觀存在的，那么究竟它什么時候會抖動呢？是像網友臆想的那樣無處不在的抖么？我們的研究發現，三缸發動機只是怠速的時候排氣管的聲音不太規則甚至聽起來還有點吵，它的抖動并非存在于汽車的行進過程中，大多數的抖動主要發生在汽車起步和蠕行的時候；自動啟停系統開啟工作的時候；還有就是突然的負載也是最容易讓駕駛員感受到抖動的時候，例如行進中將空調、音響打開（令發動機負荷突然增大）、關閉。

3 三缸發動機的抖動故障解除

寶馬B38型，排量1.5T的三缸發動機在三缸領域確實表現卓著，寶馬的工程師在 NVH特性研究上著實花了大的氣力。為解決振動問題，寶馬的工程師將一根平衡軸安裝在曲軸箱里，由曲軸帶動，其旋轉方向與曲軸相反，轉速和曲軸轉速相同，最大限度地消除發動機的振動；對于噪音問題，寶馬的工程師又在發動機的每一個面都增加了高品質的隔音罩，甚至連油底殼都沒有放過，著實有效的改善了三缸發動機的缺陷。

圖3 寶馬B38-1.5T排量三缸發動機

通用公司研發的1.3T排量Ecotec渦輪增壓發動機，工程師進行了一系列設計來抑制發動機的抖動和噪音。首先，在傳統雙質量飛輪上增加一個“吸震器”，通過鐘擺式的離心往復擺動，抵消來自發動機側主動飛輪的扭轉振動；其次，優化平衡軸齒輪與曲軸齒輪嚙合部分的彈性解耦單元，消除齒輪嚙合的沖擊；最后，配備靜音正時鏈條，傳動時入齒更柔和，沖擊更小。毫不夸張的說，通用公司的這臺1.3T三缸渦輪增壓發動機在怠速狀態下的震動幾乎和四缸發動機完全一樣。

圖4 別克Ecotec-1.3T排量三缸發動機

4 三缸發動機還有沒有未來？

本文就不一一贅述各大廠商具體的技術手法，更無法逐一進行對比，畢竟“抖”是一個綜合性的使用感受，幾乎無法客觀量化評價。總之，對于三缸發動機的抖動問題，各大廠商也都竭力通過機械手段進行減振處理，但其實，無論是最早的摩擦式減振器、偏心質量飛輪還是目前多數廠商普遍采用的平衡軸，都無法真正從根源上消除三缸發動機的抖動問題，只能是在外圍兜圈子，盡量通過 NVH抑制手段來控制傳導到駕駛艙的抖動和噪音。一般來講，剛買到的新車肯定不會抖的那么明顯，但隨著行駛里程的增長，抖動可能會不可避免的越來越明顯。

同時，三缸發動機動力的弊端并不能僅靠增壓系統來彌補，雖然動力從參數上看變得更為強大，但老一代（如奧拓1.0）三缸發動機存在的機械特性和缺點在如今的現代三缸增壓發動機上依舊隱約存在。可以預見，未來某一天，電動渦輪技術真正普及，小排量四缸電動增壓發動機極有可能重新取代三缸增壓發動機，因為那會帶來更好的體驗，或許那才是小排量增壓發動機的終極方案。

就目前來看，三缸發動機確實可以做到省油且不輸動力。不少人因為缺乏真正的了解而過于擔心三缸發動機的抖動，即便如今的技術已經把三缸發動機在各方面都做的近乎完美了。無論我們認可與否，三缸發動機注定會在一個時期內大量搶占屬于它的市場份額。隨著越來越多的三缸發動機機投入市場，估計人們對三缸發動機固有的“抖”的印象也會逐漸轉變，但這也許得需要一段時間。