走火入魔的小排量发动机
长期以来，三缸发动机主要是用在一些低价的微型车，如原来的天津夏利，大发面包车上，上点档次的车都不用这种发动机，而近几年，三缸发动机似乎咸鱼翻身了，宝马、福特、PSA等公司纷纷推出三缸发动机，宝马的1.5升三缸机还被评为世界最佳发动机。这些三缸机还有一个特点，都是涡轮增压的。三缸机过去之所以不被上点档次的车使用，主要是它有两个缺点，一是发动机振动大，二是输出动力的平稳性差。 发动机运行时，活塞上下运动，必然会产生上下振动的惯性力，这种惯性力可分解为一阶惯性力，它振动的频率和发动机的转速一样，还有二阶惯性力，它的频率是发动机转速的两倍。如果是多缸机，那么这些惯性力加起来还会产生惯性力矩，如一阶惯性力矩，二阶惯性力矩等。
多缸发动机的惯性力和惯性力矩与发动机的缸数和气缸的布置有关，直列四缸发动机的一阶惯性力、和惯性力矩相互抵消，但是有二阶惯性力。水平对置的四缸发动机有二阶惯性力矩，一阶和二阶惯性力抵消，直列六缸和水平对置六缸发动机的一阶二阶惯性力和惯性力矩都能相互抵消，90度角的V8发动机的一二阶惯性力和二阶惯性力矩相互抵消，而一阶惯性力矩可以直接通过曲轴上装平衡块来平衡掉。所以六缸发动机和V8发动机的平衡性好，振动小，在大马力高转速的发动机上得到广泛的应用。特别是直列6缸发动机，振动小，制造方便，所以那些货车用的大马力发动机很多都是六缸的。 当发动机的惯性力或力矩不能自行抵消时，还可以通过装平衡轴的办法来平衡它，如果要平衡一阶惯性力或力矩，那就要装两根平衡轴，两根轴的转速相等，方向相反，转速和曲轴的转速一样。如果要平衡二阶惯性力或力矩，那就要装两根平衡轴，转速是发动机转速的两倍。x像本田雅阁，广汽传祺的发动机是直列四缸的，为了平衡二阶惯性力，所以装了二阶平衡轴，而有的低价车为了降低造价就不平衡了。 对于三缸发动机来说，它产生的一阶和二阶惯性力相互抵消，但是有一阶和二阶惯性力矩，振动也就难免了，当然可以通过装平衡轴来平衡，但是如果要全部平衡掉那得装四根平衡轴，成本太高。
对于四冲程发动机来说，每个工作循环曲轴要转720度，而每个气缸的工作冲程角度是180度。如果要让曲轴在任何时候都有动力输出，那么至少要4个缸才行，而3缸机的工作冲程加起来只有540度，那么有180度曲轴是没有气缸推动的，只能靠自己的惯性转动，所以发动机的输出转矩不平稳。 正是因为有这两个缺点，所以一直以来上点档次的车都不用三缸发动机。当然三缸机也不是一无是处，它重量轻，体积小，成本低。所以一些低价的小微型车用它，比如说天津夏利等。 那三缸机为什么现在咸鱼翻身，都是追求小排量的结果。为什么要追求小排量，那还得从发动机小负荷的进气损失说起。 对于汽油机来说，是通过调节发动机的进气量来调节发动机的输出功率的，通常是通过调节节气门的开度，也就是油门的开度，需要大功率时油门开大些，需要小功率时油门只开一道缝。油门开度大时发动机吸气不费多少力，而当油门开度小时发动机就要用力吸。这种吸气是消耗的功率称为发动机的进气损失。 当需要的输出功率小，比如说在大街上低速行驶时，大排量发动机由于排量大，所以节气门开度低，发动机得用力吸，进气损失大。而小排量发动机由于排量小，所以节气门开度大，进气损失小，因此比大排量发动机节约油。
实际上4缸机也可以搞小排量的，还没有三缸机的那些缺点，为什么不搞小排量的4缸机，主要原因还是为了制造方便，比如说4缸是1.6升的，那么别的不动，减少一个缸就是1.2升了，只要改一下曲轴，活塞连杆可以直接用，缸体缸盖只要搞短点就行了，节约大量的时间和金钱。 小排量发动机虽然在低功率时比大排量发动机节约油，但是它也有明显的缺点，输出功率小。当汽车需要超车或者爬坡时，小排量发动机就不行了。 为了提高小排量发动机的功率，可以采用给发动机增压的方法，增压后发动机的功率明显提高。例如依维柯的3升增压柴油机，发动机功率是180马力，而康明斯的5.9升非增压柴油机，发动机功率只有140马力，增压的效果可见一斑。发动机越大成本越高，虽然增加了增压器的成本，但是降低了发动机的成本，总体来说还是省钱了，所以大马力柴油机多是涡轮增压的。 涡轮增压技术在柴油机上早就得到广泛地应用，但是汽油机过去或很少应用，主要是有两个原因使汽油机不好用涡轮增压技术，一是爆震，二是排温。 气体在被压缩时，温度必然会升高，不信你用打气筒给轮胎打气时摸一下打气筒就知道了。压缩得越厉害，温度升得越高。对于汽油机来说，气缸里吸进的是汽油和空气的混合气，当混合气被压缩时，它的温度升高，如果温度升得太高，那么压缩还没完成混合气就会自燃起来，从而造成爆震，损坏发动机。当年一汽搞解放141时，由于没有注意到国内的汽油问题（它要求加的是80号汽油，而那时国内买的大多是70号），结果发动机出现爆震，造成活塞熔顶。为了解决这个问题，一汽被迫把发动机的压缩比从7.4降低到7。但是发动机的压缩比越高，相对做功的行程就越长，能量利用越充分。对于汽油机来说，由于爆震的限制，压缩比不能太高，最多不过13。而柴油机吸进去的是空气，要等到发动机压缩快到顶时才由喷油嘴往气缸里喷油。单纯的空气是不会自燃的，也就不用担心爆震了，所以柴油机的压缩比都在16以上，因此比汽油机节约油。 汽油机为了提高发动机的热效率，压缩比都是选到接近爆震的程度，这时如果给发动机增压，那么发动机的进气温度就会升高，进入发动机再一压缩，那就要爆震了，为了不爆震有两个办法，一是给进气降温，比如加装中冷器来冷却进气，但是再怎么冷却也不可以把它冷却到环境的温度，另一种方法就是降低发动机的压缩比，就象前面一汽解决解放141发动机一样。所以现在那些涡轮增压汽油机的压缩比都比自然吸气的低，比如说福克斯2升的自然吸气发动机的压缩比是12，而蒙迪欧的2升涡轮增压发动机的压缩比只有10了。这还算是好的，像凯迪拉克ATS，还有菲亚特菲翔等的压缩比只有9点几。 汽油机使用油轮增压后由于降低了压缩比，所以虽然提升了机械效率，但是降低了热效率，所以燃油消耗并不比自然吸气的低。 同样由于爆震的限制，汽油机的增压压力不能选得太高，否则发动机的压缩比降得太多，那油耗就上天了，而柴油机却没有此限制，所以柴油机增压后发动机的功率可以成倍增长，而汽油机却是不可想象的，除了一些不惜成本的赛车。 同样由于汽油机的压缩比低，所以它排气的温度比柴油机高得多，而涡轮增压后压缩比还要降低，那排气的温度更高了，通常可以看到那烧得发红的涡轮，所以对涡轮的耐热性也高于柴油机，涡轮的成本也高。 正是因为增压后油耗上升，发动机的功率没有增加多少，还要装一个挺贵的涡轮，所以过去汽油机的涡轮增压一直没有怎么用。
现在小排量涡轮增压的三缸机咸鱼翻身，与其说是技术进步，还不如说是排放法规使之然，特别是欧洲的排放法规。欧洲的排放法规是这样测试发动机的，选跑四个低负荷工况，再跑一个高负荷工况。那么对于这些小排量涡轮增压地发动机来说，在这四个低负荷工况时，涡轮的转速很低，几乎不增压，相当一台自然吸气发动机，由于它的排量小，所以节气门的开度大，虽然它的压缩比小，但是进气损失小，所以还是比大排量的自然吸气发动机节约油，而当大负荷工况时，涡轮启动。这时它虽然比自然吸气的大排量发动机费油，但是由于测试的时间短，所以平均油耗还是挺低的。 因为按欧洲的测试方式小排量发动机省油，所以欧洲人不管三七二十一，按发动机的排量收税，为了增加小排量发动机的功率，那就搞涡轮增压，压缩比别管它，先把排量降下来再说。 美国佬对欧洲的排放法规不屑一顾，认为他们那是中国衡水一中和黄岗中学的应试教育，于是美国佬自己搞了个测试方法，就是模拟纽约洛杉机的开车上班工况，其中有加速，有减速，有在大街上慢行，也有在快速通道高速行驶，这样一来，那些涡轮增压小排量发动机的油耗就上去了，而大排量自然吸气发动机的油耗还低些。现实情况也是如此，不信找个2.5升的马自达CX-5和1.8升涡轮增压的途观来比一下就知道了。 应该说，美国的测试方法比欧洲的科学，于是美国人开的车多数是自然吸气的，而因为收排量税的原因，欧洲人开的是小排量涡轮增压的。有两个现象挺好玩，生产涡轮增压器的公司主要有四家，美国的霍尼韦尔，博格华纳，日本的石川岛播磨（IHI）和三菱，而美国佬和小日本却不怎么用涡轮增压。欧洲人搞小排量的涡轮增压，但是却喜欢开柴油车，因为柴油机增压后不用降低压缩比。 为了降低大排量汽油机小负荷时的进气损失，本田和克莱斯勒搞出了停缸技术，在小负荷时停掉几个气缸，这样就可以加大节气门开度，减小进气损失，而菲亚特搞了个可变进气时间的液压气门机构，也就是MultiAir，连节气门都不要了，进气损失更低。
虽然有了这些技术能降低大排量发动机在部分负荷时的油耗，但是欧洲却是一刀切地按排量来收税，恐怕还是与那些欧洲汽车集团的游说的结果，他们搞了那么多年的小排量，完全是按你的排放法规来设计发动机，你现在说不搞这一套了，他们肯定不干。刘伯承元帅说，不算黑猫白猫，抓到耗子都是好猫，有一阵子白猫抓到了耗子黑猫没抓到，于是白猫就说黑猫不是好猫，后来黑猫也会抓耗子了，比白猫还要抓得多，于是白猫不高兴了，于是到处说，白猫是好猫，黑猫不是好猫。 对于欧洲来说，小排量涡轮增压是他们的亲儿子，而马自达的创驰蓝天高压缩比发动机，本田和克莱斯勒的停缸技术是外来户，他们肯定要护犊子了。不过一味地按排量收税也会搞出荒唐事，菲亚特的Multiair技术取消了节气门，极大地降低了部分负荷时的进气损失，按说最适用于大排量的自然吸气发动机，但是因为欧洲收排量税，所以菲亚特只好搞小排量的Multiair发动机在欧洲卖，比如说菲亚特500，还有阿尔法罗密欧的朱丽叶都是小排量的。好在菲亚特收购了克莱斯勒，于是把大排量的使用Multiair技术的发动机拿到美国去给克莱斯勒生产，也就是吉普自由光的发动机。这使人想起欧洲反转基因，因为欧洲不准卖转基因食品，但是可以卖进口的转基因的饲料。非转基因的玉米不抗伏马毒素，而从美国进口的饮料玉米却搞伏马毒素。后来人们嘲笑道，欧洲的猪比欧洲的人吃得好。 让人想不通的是，欧洲人搞小排量涡轮增压是汽车集团游说和护犊子的结果，那么中国人为什么要去学欧洲的排放法规和检测方法，而不去学更科学的美国呢？
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