三缸机的「来龙」，以及沃兰多的「去脉」？

随着环保法规的日益严格，三缸机凭借其节油潜力和技术创新，逐渐成为汽车行业的新宠。本文将深入探讨三缸机的发展历程，以及沃兰多EcoTec发动机的技术优势和市场表现。1. 三缸机的环保优势：油耗限值和双积分政策的推动 – 2004年我国推出第一份油耗限值标准，加速淘汰高油耗车型 – 最新法规GB-19578和GB-27999于四年前上线，推动产品更迭 – 企业平均油耗(CAFC)目标严格，新能源车型积分(NEV)与产量挂钩2. 三缸机的技术优势：节油、减重、降摩擦 – 气缸数减少，运动件减少，降低摩擦损失 – 同排量下，三缸机摩擦仅为四缸机的86.6% – 中等工况下，三缸机效率更高，发挥燃油潜力3. 沃兰多EcoTec发动机的创新技术 – 全铝合金结构减重25kg，动力提升15%，油耗下降5% – 缸体高热传导率缸套、波浪式水套等设计，优化温度分布 – 低摩擦技术阵列，如可变排量油泵、油温管理等 – 双喷D-PFI系统，提高燃烧效率，减少积碳4. 三缸机NVH性能的优化 – 平衡轴、曲轴活塞连杆优化，抑制抖动 – 静音链、解耦减震器、双层油底壳等声学技术 – 沃兰多EcoTec在怠速和全负荷工况下NVH表现优异5. 沃兰多EcoTec的市场表现 – 搭载1.3L排量，榨取120kW功率，经济性超越上代机型 – 轻量化、低风阻、精细标定，百公里油耗低至6.7L – 先进技术群的体现，为未来汽车发展指明方向三缸机在环保法规的推动下，凭借节油、减重、降摩擦等技术优势，逐渐成为汽车行业的新选择。沃兰多EcoTec发动机通过创新设计和先进技术，实现了动力提升、油耗降低、NVH性能优化，展现出三缸机的巨大潜力和市场竞争力。随着技术的不断进步和市场的逐步认可，三缸机有望成为未来汽车动力的主流选择。

这一年里，出现了诸多对三缸机的讨论，而这个属于三缸机的节点，被点燃的原因离不开环保的诉求——「油耗限值」、以及「双积分」的催化作用。

节点的催化剂

2004年我国推出了第一份油耗限值标准，其对行业的推动有目共睹，而最新的法规GB-19578(燃料消耗量限值)以及GB-27999(燃料消耗量评价方法)也已于四年前上线，这其实就是今天产品更迭的动力之一，那么它究竟说了些什么呢？

首先是油耗限值，车型油耗不能高出其相应重量区间内的规定，否则不能生产，这背后的意义就是加速淘汰。

(Value-1表示三排以下座椅，Value-2表示三排及三排以上座椅的车型，有第三排座椅安装点即认为是三排座椅)

其次是油耗目标，用于计算企业平均油耗(CAFC)，目标比限值严格得多。

CAFC的逻辑非常简单，已知每个车型的油耗和产量，求得总油耗除以数量就可以。

但是这个计算过程需要考虑新能源的优惠政策，比如纯电汽车没有油耗，但计入汽车总数时，一台可以被当做是好几台，这个优惠倍率就是公式中的W。然而任何被鼓励的技术，都应该经历「被支持」到「能盈利」的一个过程，W也会在几年间从5下降到2。

油耗逐年下降，而新能源的优惠幅度越来越少，纯电为CAFC带来的贡献只会每况愈下。依靠新能源的优惠来弥补常规车型在油耗上的劣势，无异于杯水车薪。

那么，计算CAFC有什么意义呢？

这就与「双积分」相关了。对各车企来说，常规和新能源车型，就像是语文数学两个科目，每年都需要经历一次期末考。

常规车型就是CAFC，低于目标限制就会累积正积分，反之就是负积分。而新能源车型的积分称作NEV，计算相对特别，比如纯电与续航里程有关，燃料电池则与电池功率有关。可如大家所知，新能源还不够成熟，NEV更像是一种强制性的存在，给予厂家们足够的压力去发展未来。这个压力的体现，就是NEV目标值的设定，它与常规车型的产量绑定，常规车型越多，NEV的目标也就越高——如果一个厂家造成巨量的石油消耗，就必须在新能源上补回来。

但这两个科目的分数并非一锤定音，NEV也具有一定的鼓励作用。假如CAFC不达标，就可以用NEV来抵扣，而如果NEV不足，就只能向其他厂家进行交易了。因此未来厂家间会有更复杂的关系，一台高油耗的汽车上市时，厂家在背后要为它买单——造成的能源浪费由其他厂家收尾。

可见，NEV固然是终极的解决办法，但CAFC才是那个真正的源头，我们需要知道的一个事实是，新能源无疑是未来的发展趋势，但还有漫长的路需要走。因此，站在这个油耗越加关键的时间点上，三缸机就成为了必然的存在。

待挖掘的潜力

三缸机的节油潜力是多方面的，更少的气缸数量意味着配套的运动件也随之减少，这不仅是减重而已，也意味着降摩擦。

假设有一台排量(体积)确定的发动机，冲程(高度)是确定的，那么就可以求横截面积，如果横截面积由四个半径为R的活塞来分摊，其与气缸接触的周长就是8πR，如果横截面积只由三个活塞来分摊，对应的半径会变成1.154R，则接触周长就为6.928πR。而接触面积等于接触周长和冲程(高度)的乘积，可知在同排量时，三缸机的摩擦仅为四缸机的86.6%。

这还不是三缸机节油的主要原因。

在发动机的领域里，存在着一种“全方面”的评价方式，被称为「万有特性」。它能够表达发动机在每个工况下的经济性状况，之所以说「经济性」，是因为我们看的不是耗油的绝对值多少，而是指获得同样的能量时消耗了多少燃油。我们在选择一件商品时都会注意到，高端产品喜欢用5%的体验改善来换取50%的价格提升，低廉的产品往往给不了我们想要的实用性，处于阶梯中间的通常最具性价比。发动机也是如此，转速、负荷处于中等的工况，才是「最经济」，最省油的工作区间。

我们都知道，功率是转速和扭矩的乘积关系，如果汽车需求的功率是确定的，相同排量的两台机器，气缸数较少的那台，平均每缸的负荷就更高，这其实是「盗贼的输出」更密集，和「战士单次攻击」更猛烈的区别。反之，气缸数多的发动机，做功频率高，输出也就平稳，气缸数少的为了达到同样的平稳程度，就得将转速提高。

那么在整车上，如果我们使用的是一台气缸数目更少的发动机，就意味着常用的工况会向图中的右上角移动，进入效率更高的区间，从而更好地发挥每一滴燃油的潜力。

这么说岂不是双缸机、单缸机更加优秀了？

想要知道答案，就需要了解「单缸设计理念」。

「单缸最优」

如何寻找到一种最好的结构尺寸组合，最好的燃烧参数组合，使其最大化地实现单缸的意义？

假如可以实现这点，那么对单缸进行复制粘贴就能得到一台理想的发动机。

主流乘用车的动力目标分解到发动机上，就是我们常见的1.0L~2.5L的排量，而单缸排量基本上都在300ml~600ml的范围里，这是为什么呢？

我们把燃烧室简化成一个圆柱体，高是h，气缸半径为r，那么燃烧室的面容比就可以简写为：

单缸排量减小，无非是冲程减小或者缸径减小，而在压缩比不变的前提下，冲程减小意味着燃烧室的等效高度h减小。不论是h还是r的缩小都将导致面容比增大，这意味着在「一定体积内」爆发的能量，有了相对更大的「对外接触面积」，换热面积更大，损失就更多。

另外，气缸内通常会存在个别温度较高的「热点」，在中心火焰到达「热点」之前，如果「热点」的温度足够高，就可能直接导致该位置的汽油自燃，形成第二朵火焰，从而与主火焰相互干涉，导致敲缸，这就是我们常说的「爆震」了。从「爆震」的原理上不难理解，本质上是主火焰的传播，和「热点」位置的自燃，谁快的问题。增加单缸排量，往往意味着缸径变大，火焰传播的距离更长，「爆震」也就更容易发生。

可见，单缸排量存在着上限和下限。对于常见的1.0~2.5L排量来说，单缸、双缸的单缸排量都过大，三缸就是我们能够使用到的下限了。

除此之外，还有什么需要考虑的呢？

排量(体积)主要由冲程(高度)和缸径(横截面积)来决定，常见的冲程和缸径，也差不多都在一个范围之内。和我们的身材一样，高矮胖瘦其实都正常，一旦过度就不是一个健康的状态。

衡量这个「身材」的指标，称为Bore/StrokeRatio，等于1时，我们喜欢称之为SquareEngine；小于1时就是一个瘦高型的同学，被称为UndersquareEngine，由于活塞行程较长，高转速会导致活塞速度过高，通常是「低转速输出高扭矩」的选择；大于1时称之为OversquareEngine，矮胖型的同学由于行程短，就更适合成为「高转速输出扭矩峰值」的那个答案。

可这还远远不够，在那个一切秘密发生的空间里，还需要为火焰的诞生、爆炸和消殒做好准备，这涉及到燃烧室、气道的形状，涉及到喷油器的安装角度、喷射压力，涉及到进气、喷油的时机，等等等等。

我们想要得到的是什么，就需要在沧海桑田以后，从那千万种选择当中，去找到正确的那个答案。

结构上恰到好处，燃烧效率最高，这就是通用的「单缸最优」的思想，沃兰多搭载的新一代EcoTec，也因此而生。

这些年三缸机屡获国际奖项，并不说明它是种低成本方案，其真正原因是，为了最大化三缸机的优点而尽可能不带副作用，反而会有更深度的技术加成。沃兰多EcoTec凭借1.3L的排量榨取120kW的功率，还能够在经济性上远远超越上代机型，其实就是先进技术群的体现。

为了达成「结构最优」，沃兰多EcoTec把每一项技术都安排得明明白白，全铝合金结构大幅减重，缸体同时完成了高热传导率缸套、波浪式水套等设计，缸盖也不遑多让地集成了排气歧管，整体极为紧凑。看似不明所以？其实每一条都值得单独揪出来说说。

比如，高热传导率缸套，能够将缸内更多的热量带到冷却液里，降低气缸内温度，避免“热点”的出现从而抑制爆震，而「抑制爆震」意味着可以提高压缩比的极限，与「提高热效率」，基本上就是一个意思。水套的英文名WaterJacket是非常形象的，高温气缸外穿一层「水」，如果把水流经过的「水套」比作是一条河流，那么河床一般是平的，可是各位置和燃烧中心的距离不同，温度不同，就存在热应力的问题，而「波浪式的河床」则能够创造性地对温度分布进行优化。

我们在玩RPG时，还喜欢做一件事：魔法系角色的力量加到足以支撑装备时，就主堆智力，反之战士亦然，从而将优点最大化。三缸机的低摩擦也是如此。EcoTec的低摩擦技术阵列，包含了可变排量油泵、油温管理、低粘度机油等等，能够针对各个工况定义最适合的机油压力和机油温度，在保护运动件的同时尽可能地降低机油粘度，从而减少摩擦损失。此外还有近些年颇有名气的DLC(类金刚石涂层)低张力活塞环，DLC涂层不仅有着比钢材更高的硬度和耐磨性，其最主要的特性就是极低的摩擦系数，而初中物理告诉我们，压力下降意味着摩擦力的下降。

至于冷却，以前的设计往往将“发动机”作为一个整体进行考虑，但事实上缸体和缸盖的需求是不同的，对于缸盖来说，相对较低的水温有助于降低燃烧室温度抑制爆震，而对于缸体来说，相对较高的水温不仅有助于提高机油的温度，降低机油的粘度实现低摩擦，还能够加速暖机实现减排。这就形如大学宿舍里，喜好不同的舍友们吃了一顿大家折中选择的大锅饭。EcoTec则应用了「按需冷却」的理念，将缸体、缸盖分开，通过双节温器分别进行控制，为每位“同学”，定制了一顿适量、对味的晚餐。

智能化的热管理，是充分发挥「燃烧」和「润滑」潜力的桥梁，技术群交相呼应，1+1>2的效果就是「结构最优」的成果。

那么，「燃烧最优」，通用又做了什么呢？

发动机的燃烧正在经历一次变革，许多厂家从常见的单进气道喷射PFI，转型为GDI缸内直喷，就是这场变革的样貌。

打个比方，有一栋三层、一梯一户的楼房组织消毒喷雾，每户人家都有两扇窗户对着楼梯口。那么，三层楼至少需要三个喷嘴。普通的S-PFI安装在楼梯口，同时对着两扇窗户喷，可是喷雾的量和时机，需要与主人在家开窗的时间对上，否则无法喷入房间。GDI是直接把喷嘴安装在房间里，什么时候喷，喷多少相对好控制。

不过，喷嘴上多少会有残留，因为室内开着空调温度与室外不同，GDI在室内暖气的影响下，残留的消毒液会发生变质；可室外气温较低，残留不变质，下一次顶多继续喷到室内即可。这就是GDI容易积碳的根本原因。

沃兰多EcoTec走了不寻常的道路，分别在两扇窗户上安装了喷嘴，能够组合出广阔的喷射面积和更高的雾化率，燃油在燃烧室这个「房间」内的形态更好，燃烧也就更有效率。对于怠速工况小流量和高负荷大流量的需求，D-PFI通过相互配合，也能得到较好的平衡，最重要的是，这种形式不易出现积碳。

事实上，EcoTec是全球首家在增压机型上使用双喷D-PFI的机型。

这就是结构上恰到好处，燃烧效率最高，「单缸最优」的沃兰多EcoTec了。

「三缸机再好，NVH也是原罪？」

当代发动机称为四冲程，是因为每缸的工作循环都需经历进气、压缩、膨胀和排气四个步骤，只有三个气缸的话……跳舞节奏与音乐节拍对不上，其实是比较让人难受的一件事。三个气缸，以中间作为支点，前后两个气缸做功轮流冲击曲轴，形如跷跷板——一阶、二阶惯性力矩无法自行平衡，这就是原罪了。

不过这并不是不能解决的问题。

在汽车上优化NVH，厂家都会对声源、传递和衰减三个部分进行考虑。三缸机力学上存在不平衡，这是确定的几何和力学问题，工程上完全可以通过另一物与之相消。而这一物，就是平衡轴，它能够在源头上抑制这个抖动的存在，曲轴活塞连杆，通过重量上的优化，也可以进一步改善这个情况。

再就是以静音链、发电机解耦减震器、双层式油底壳等等组成的声学技术群了，这些零部件在实现自我意义所在时，也从NVH的角度进行了大幅的优化，整车的舒适性基调因此得以奠定。

图中是这几年一些三缸、四缸产品的情况，不论是怠速工况还是全负荷工况，其实都能够客观地说，三缸机的原罪并非不可救赎。「原罪」的看法，如今说来可谓是偏见了。

诸多技术的环绕之下，沃兰多EcoTec究竟达到了什么样的程度？

就用几个直观的数字总结吧。

与上一代机型相比，减重25kg，动力提升15%，油耗下降5%，扭矩响应提升30%。

实力证明一切

这也是沃兰多毫不怯场的原因。

新一代EcoTec在多项黑科技的加持下，有效提升了汽车的舒适性，不论是怠速还是剧烈的行驶，都能够有很好的表现。与此同时，身为“小心脏”的EcoTec还有着“大内涵”，充沛的动力赋予了沃兰多超长轴距，5+2的灵活座椅布局成为可能，加之以四轮独立悬挂，操控随心所欲。

整车的轻量化技术、优异的风阻以及精细的标定匹配，更是充分解放了EcoTec的潜力，百公里油耗最终停留在6.7L的低值。

过去不论是偏执的看法也好，鄙夷也好，历史总会告诉我们什么是正确的选择。而沃兰多的EcoTec，可能正在为我们打开通往未来的窗。

参考文献

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