为什么大家谈三缸机色变，工程师还执着要它？

尽管过去几年这个话题已经讨论过了很多次，澄清过很多次，但还是有很多人“谈三色变”的 。所以首先我们要知道的是，大可不必如此。

三缸机为什么节油？

三缸机确实有缺点，但也有着得天独厚的优点，工程上我们考虑的不是因噎废食，而是如何扬长避短。这个方案到底好在哪里呢？

少了一个气缸和活塞连杆，是最直观的，运动件的减少，实际上就是减重以及降摩擦——但这不意味着降成本，这个问题我们后面再说。

对于相同排量的发动机来说，如果冲程不变，我们就可以求得相同的横截面积。相同的横截面积，四个气缸分摊，变为由三个气缸分摊时，每个气缸的半径将会变成原来的1.154倍，但是总周长却仅有原来的86.6%。而活塞与缸壁的接触面积就等于接触总周长与冲程的乘积，可知这个数字实际上也意味着三缸机的基础摩擦损失，仅为相同排量四缸机的86.6%。

这还不是最关键的。

会有很多经验丰富的老司机知道，发动机运行在2000~3000r/min的中高负荷时，油耗是最低的——这涉及到工况的性价比。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。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。

这才是其节油的秘密。

但是，气缸数更少的单缸机和双缸机并不会比三缸机更好。这里主要涉及到“单缸设计”的理念。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，单缸排量基本上都在300ml~600ml的范围里。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减小。不论是这个高度还是缸径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。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。

明明有很多节油的手段啊，为什么是三缸机？

这与宏观背景是息息相关的，因为我们讨论的是“性价比”。一项技术尚未真正推广，供应链不成熟，我们无法用低成本来支撑它，反过来它的高价也难以为市场所接受。但排放、油耗这样的法规指标，近年来加严是非常迅速的，这让车企不得不去找到一个合适的方法进行应对——既不会大幅度提高售价，又能够有效实现目标的方法。

全球的节能环保课题是每个厂家都必须正视的。为此展开的子课题有许多，我们所熟知的行驶过程中降低碳排放，生产过程当中的零废水形成等等都是为此而生。近五年来主要课题的催化剂，是国六排放，油耗限值，以及双积分。

国六排放已经执行几年了，至于油耗，四阶段的要求过去几年逐步加严，时至今日，也已经进入了没有优惠，常规执行的阶段——这是一个新车型百公里5L+的时期。当然了，在这个各大车企紧迫感十足的时期，最最重要的，还是双积分的效应。

双积分分为CAFC燃油车型积分，以及NEV新能源车型积分。CAFC背后的逻辑是非常明确的，一个车企生产了那么多汽车，这些车的油耗距离规定的目标值是多了还是少了？低于目标限制就会累积正积分，反之就是负积分。而NEV的计算相对复杂，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。碳中和的目标就在眼前，未来几年燃油车与纯电还需要竞速。随着纯电崛起，燃油车如果要证明自己存在的意义，其节油潜力还得加速挖掘，未来我们还会看到4L+，2L+的汽车。HEV当然是后续五年的主要形态。但站在当下，三缸机的节油效果能够支持我们在这个节点上的目标，我们没有必要强行使用电机电池，去堆出另一个系统出来—–假如说对消费者而言，效果都是一样的话。

从这里会衍生出两个新的问题。

第一个是，如果未来五年是HEV混动的世界，那三缸机岂不是昙花一现？

答案是否定的。很多厂家使用三缸机的本意并非是节油，而是因为削掉一个气缸之后，其横向尺寸变短了，更容易塞下混动的另一套系统。其对混动车型来说，总布置上比四缸机更加友好。

第二个是，既然用三缸机不用混动是为了降低售价，结合少掉一个气缸的做法，这妥妥是廉价方案啊？

也并不是这样。少掉一个气缸，无非是少了一套活塞连杆和气门。要知道活塞连杆都是极其成熟的工艺，一套无非数十块钱。而为了解决三缸机固有的缺陷，以及为了达到当代机型所应有的特性，相关的噪音振动改善，或者燃烧，或者热管理等等技术群升级，其带来的成本上升轻松破千——这个时代的三缸机仅为节油而来，从来都不是以降本为目的，它并不比相同水平的四缸机便宜。

如今的三缸机，不是当年的三缸机。

既然我们能说，这个时间窗口，是时代选择了三缸机的话，那就还剩下一个问题。我们确定要扬长了，那么应该如何避短？

这个普遍市场最为介意的问题，反而是最算不上问题的一个问题。

对NVH而言，噪音与振动是统一的。要解决这个事情，我们可以从三个层次着手，首先是声源——发动机，其次是传递路径——悬置，以及最后的乘员舱隔音—–车身密封。发动机的问题，不论是哪个厂家，基本上都指向同一个答案——平衡轴。通过平衡轴来抵消惯性力，就能够很大程度上地改善体验，使其达到与四缸机相同的水准，这也是三缸机并不廉价的原因。而作为承接发动机到车身的悬置，实际上起到的是“扩音器”的效果，是比较关键的一个环节，但这里确实有不错的解决方法，比如说“液压悬置”，是能够在怠速、低速时对噪音进行足够的过滤的。再就是车身密封这最后的一道关卡，也能够做非常多的优化设计。

总而言之，要解决其弱点，有非常多的办法。这个时期的三缸机，是完全能够实现四缸机的静谧性的，当然这背后稍稍多付出一点代价。换来的就是其带来的根本上的收益。

这有什么不好呢？市场上是有很多声音，但对于“值不值得购买”这个问题，作为工程师来说，我觉得吧就一句话：世人笑我太疯癫，我笑世人看不穿。