物理定律帶來的短板，以及由此衍生的成見，惟有技術進步可以一試存亡。其實，三缸機的敗勢和勝算，都繫於“技術”二字。
記者｜石劼
身後排放油耗的法規“朔風凜冽”，春意盎然的彼岸卻隔著無舟楫可假的河流，奈之若何？河面冰結，須徒步渡越。一條較遠的路線，叫“新能源”，另一條切近但薄冰脆弱的路線，叫“三缸機”。
這，便是選擇三缸發動機技術路徑的車企所面臨的形勢，尷尬，窘迫，牴牾，且危急。
未來二十年內，燃油車餘威尤烈，在升功率不斷進步的保障下，“縮小的心臟”——三缸發動機順理成章地成為縮減排量的方案路線。然而對多數稍稍瞭解“三缸機”這個名詞的消費者來說，這似乎並不是一個引人入勝的概念，同“廉價”“抖振噪聲突出”等存在千絲萬縷的關聯。
甚至在汽車媒體層面，對三缸機的優劣長短亦缺少足夠系統和深入的總括。於是不妨來一次挑“三”揀“四”，以技術之名透視三缸機的鎧甲與軟肋。
“三”生不幸or“三”頭六臂？
如果排除了車輛的尺寸與內部空間，“以少勝多，不足勝有餘”，似乎是汽車行業技術發展的主流趨勢，以整車和零部件重量而言，著眼於“輕量化”；以動力總成而言，著眼於“小排量化”；此外還有啟停技術減少發動機運轉時間、閉缸技術減少氣缸工作數量……
但是，一系列求輕、求簡、求小、求少的技術路線中，三缸發動機卻顯得格外另類——先天短板堪稱“三”生不幸，進而在一批採用老式三缸機舊車型的影響下，給消費者留下了惡劣的印象，甚至在“擬態環境”的口碑放大之下，殃及如今新車的業績。
三缸機，何以至此？
這要從汽車普遍應用的四衝程發動機工作循環原理說起：進氣、壓縮、做功、排氣，四個步驟（衝程）為一個工作循環，其中只有做功衝程燃燒燃油後將化學能轉化為動能帶動發動機運作，而其餘吸氣、壓縮、排氣三個衝程並不產生動力，在發動機整個運作過程中甚至還要消耗部分能量。每四個衝程為一個完整工作週期，在這個週期內氣缸內的活塞兩次完成“上止點-下止點-上止點”的往復運動，鏈接連桿的曲軸期間轉動兩圈，即720度。
對於四缸發動機來說，氣缸按照1-2-4-3的順序進行點火，曲軸每轉過180度則有一個氣缸依次進行做功，形成了動力輸出連貫的“接力賽”；在曲軸轉動半圈（180度）時，每個活塞和其他三個活塞在曲軸上的相對位置是180度或者180度的倍數，確保發動機左右兩側活塞始終保持對稱，在同一時間有兩個活塞出現在上止點而另外兩個活塞出現在下止點，產生的力矩具備平衡特性。
以動力輸出的連貫性和做功對稱性來說，四缸是滿足條件的氣缸數量最小構型，如若再削減氣缸數量，則無法保證每一個完整的衝程中都保持至少有一個活塞做功，動力輸出便會出現“間隙”，亦不能保證活塞的對稱性。
三缸發動機就是典型的另一種情況，物理原理註定了這種構型從誕生之初便在動力連續性和抖振特性方面存在短板。無論氣缸點火順序是1-3-2還是1-2-3，在曲軸旋轉720度時，均只有三個氣缸做功，分配給每個氣缸是240度；由於每個氣缸做功過程中，曲軸旋轉180度，這就意味著前一個氣缸到達下止點做功結束後，需要等待曲軸再旋轉60度，後一個氣缸才能運行到上止點繼續做功，即對應到前文所說的240度，因此出現了動力的空檔期。而三缸構型使得氣缸運轉左右不對稱，由此產生的慣性力矩無法抵消，帶來了顯著的振動。
實際上除了三缸機之外，面對抵消慣性力矩的訴求，五缸等奇數缸發動機也都存在無法解決的天生缺點，而單缸機和同向衝程的雙缸機更是無從談起。不過，倘若對不同缸數發動機的抖振特性僅瞭解至此，那麼也未免失之人云亦云。
正如丘吉爾所言“沒有永恆的朋友也沒有永恆的敵人”，三缸構型並非在所有的轉速區間都對抖振不利。根據工程資料介紹，前述來自垂直方向上的作用力以及旋轉力矩的不平衡可被稱作“一階振動”，對四缸機來說佔所有振動比重70%；而曲軸帶動的活塞上下往復運動時產生的行程不同，也會帶來頻率達發動機輸出轉速兩倍的“二階振動”，這是四缸發動機所不能解決的，並且隨著排量變大/轉速提升帶來的活塞變大或衝程變長，抖振效果更加明顯。
倒是三缸機的三個氣缸各自差120度，重心處於同一水平線上，連桿重心也保持在同一直線上，能夠抵消“二階振動”。因此，正如發動機技術大咖FEV在一份報告裡所指出的，當發動機轉速超過2,500rpm時，三缸機抖振情況反而會低於四缸機。
當然，畢竟低轉速抖振更容易引發用戶關注，加上此前夏利等三缸機車型較為惡劣的抖振表現給消費者留下了深刻印象，總體而論NVH依舊是三缸機的短板。在抖振明顯和動力輸出不連貫的影響下，三缸機的劣勢便浮出水面。
1. 首當其衝的便是NVH，噪聲、振動和糙度，尤其是在怠速和起步的低轉速下尤為突兀，影響了車輛的舒適性。
2. 發動機力矩不平衡會導致曲軸和連桿活塞部件受力不均，加速軸瓦磨損，或者需要廠商採用昂貴耐磨材料，引發成本上升。
3. 動力連貫性差，影響平順輸出。
4. 缸數減少不利於後段高轉速爆發動力。至於在抑制抖振的過程中，因為添加部件而出現的“派生缺點”，如油門響應遲緩、維修保養成本上升等，將在下文解決方案部分詳細介紹。故而，三缸機的缺陷可謂與生俱來、如影隨形。
那麼，三缸機憑什麼吸引諸多車企趨之若鶩？與缺點針鋒相對，其優點亦值得大書特書。
1. 縮減體積和質量。最為直觀的理解，同排量三缸機在體積和質量上比四缸機更為輕小，節約了發動機艙空間，為車內乘坐空間優化提供了便利；而輕量化特點賦予發動機前置車型更好的軸荷分佈，提升車輛操控性能。
2. 減少機械摩擦。較之四缸機，三缸機少了一套活塞連桿、四個氣門和凸輪軸開合機構，摩擦部件數量減少，曲軸和凸輪軸長度縮短，從而降低了整體機械摩擦，間接提高發動機熱效率。
3. 緩解渦輪遲滯。通常渦輪增壓發動機為了減少遲滯效應，會提前打開進排氣閥門而延遲關閉，利用氣流慣性形成“掃氣”效應。但容易在排氣衝程裡出現兩個氣缸重疊的干涉現象。三缸機那個達到60度的閒置角，一方面帶來了動力輸出的不連貫性，另一方面在曲軸旋轉過程中避開了排氣干涉，形成持續緊接的排氣脈衝，更好地解決了渦輪遲滯問題。
4. 改善低扭特性。與同排量、缸數更多的發動機相比，三缸機缸徑和衝程往往更大，低轉速區間容易達成較高的扭矩，再配合更小的渦輪遲滯，低扭性能更為出色。
押寶三缸機的車企，往往會強調這項技術節油的優點，但實際上燃油經濟性進步主要是減輕質量和降低摩擦帶來的衍生結果，而不是和以上四點並列於同一個層級。就像勒夏特列原理所強調的平衡性質，三缸機並非十惡不赦或者一俊百醜，它在低速區間長於扭矩而短於振噪，高速區間動力偏弱卻更顯安靜。但是終究在積弱的口碑面前，不利於消費者去接納，尤其是價位相對較高的車型，與之匹配後更容易“被嫌棄”。
一位資深汽車人這樣告訴記者：“我覺得三缸機的問題與三缸機本身已經越來越無關係，更多影響是在定價和觀念。比如花八萬元買臺三缸機車型，一切都那麼自然；但是花18萬元買臺三缸機車型，現在還不是時候。”他拿了福特作為分析的“反例”，表示：“福克斯的問題在於全系三缸。頂配ST Line的定價，也是用三缸。同樣的價格，可以買四缸奧迪A3了。
”三缸機，究竟是“三生不幸”遍佈瑕疵，還是“三頭六臂”多種優點？如果一味地以“抖振顯著”而徹底否定三缸機，反而是沒有深入認識到它的要害所在。為了全面看清三缸機的漏洞，更需要從“如何解決缺點”的方向去評估其終極性質的優劣。
從一波“三”折到“三”回九轉
舉凡新技術，尤其做減法的新技術，在問世之初往往難以被公眾快速接納。譬如小排量渦輪增壓發動機長期難以替代大排量自然吸氣發動機在動力粉絲心目中的情懷；而四缸發動機替代六缸發動機成為寶馬7系D級豪華車配置時，又抑或沃爾沃XC90以頂配近百萬元的售價卻配備了2.0升發動機時，詬病之聲可謂不絕於耳。
三缸機亦不能外。
詭異的是，工業背景的進化和時間的流淌在認知的藩籬面前受到了印象上的阻滯，構成撕裂式的強烈反差：一邊是昔日鈴木Fronte的K10B和夏利的TJ376Q等老款產品讓三缸機與“天生抖動、噪聲大”關聯起來，消費者普遍給予了不利的口碑。另一邊則是豐田1KR、福特三缸機等在Media & Events全球最佳發動機、沃德十佳發動機中屢屢斬獲殊榮，近年來美系、日系和德系車企甚至連自主品牌也紛紛加入押寶三缸機的序列。
如果說，菲亞特克萊斯勒、本田汽車、標緻雪鐵龍集團只是給部分A級車低配版搭載了三缸機，以降低整體產品陣容油耗排放的話，那麼福特汽車便是漸漸走上了主力車型全系標配三缸機的道路，寶馬集團則是在豪華品牌中率先“吃螃蟹”。在現階段和不遠的將來，押寶三缸機最為突出的，當屬通用汽車和吉利控股集團。前者給最暢銷車型英朗以及GL6等一干身負重任的產品全系配備三缸機，而後者旗下的吉利/領克/沃爾沃未來會採用多種三缸發動機，包括1.0T JLF-3G10TD和1.5T JLH-3G15TD(TDC)/GB15T2。
有人聯想到了更倚重四缸機的大眾，以及對新技術應用向來持保守慎重態度的豐田，似乎這兩家巨頭是三缸機“氾濫”的最佳反例。
然而，大眾旗下已有1.2 R3（EA111）和1.0 R3（EA211）兩款三缸發動機，後者用於國外新款T-Roc等車型；今年5月份大眾匈牙利Gyor工廠投產最新1.0升三缸汽油發動機，將搭載於奧迪A3、西雅特Ateca等緊湊車，而很快問世的第八代高爾夫動力陣容中也將包括三缸機。豐田多年前便憑藉1KR三缸機拿獎，而廣汽豐田計劃2020年7月投產的M15C發動機被業界分析也是三缸構型，未來年產量可達30萬臺之多。
對中國市場來說，三缸機堪稱近在眼前的潮流。包括上汽、吉利、長安等自主車企在內，目前國內在售三缸車品牌已超過20個。IHS預測，未來五年內國內銷售三缸車的汽車品牌預計超過60個，覆蓋寶馬、沃爾沃、大眾、奧迪、豐田、本田、日產、福特、現代、吉利、領克等幾乎所有主流汽車品牌。
前文對三缸機的優缺點尤其是NVH的天生痼疾進行了詳細總括，那麼這些下重注的車企，到底是如何依託技術進步去力求克服三缸機短板呢？諸如動力不足的解決方案能夠一目瞭然地交給高增壓比、雙噴射等技術，而最大的焦點仍然還是抖振和噪聲。從國內外研究成果和應用情況看，解決三缸機NVH短板的策略主要分為以下三大類。
一、配重平衡
首先，最典型的措施是平衡軸。
這是一項歷史悠久的三缸機減振措施，連夏利的TJ376Q都附加了一個平衡軸，抵消一階往復慣性力矩的一半，被稱為“半平衡法”；奧拓的JL368Q亦採用平衡塊+偏心平衡塊的方式消除往復慣性力矩。但因為結構和工藝的侷限，當時的三缸機平衡軸設計簡單粗糙，消除效果並非最佳，甚至可能額外增加離心力矩。
時至今日，平衡軸仍然是三缸機普遍採用的方案，從豪華品牌寶馬到通用汽車、福特汽車盡皆採用，或許只有吉利1.0T JLF-3G10TD是個例外。對寶馬1.5TD B38來說，除了填充材料之外，一根帶配重塊的平衡軸幾乎是其僅有的減振設備。
其次，飛輪也是配重平衡的手段之一。
雙質量、偏心式設計，可以讓飛輪參與到配平中，從而減緩振動，甚至是整合到平衡軸內部，以系統形式發揮作用。例如通用汽車為LJI 1.0T/LT6 1.3T三缸Ecotec發動機採用了多項防抖動技術，用其中最重要的設計便是和曲軸並聯的自由重力平衡軸；帶減振橡膠齒輪的平衡軸一端是可自由活動的飛輪狀的平衡重力錘，另一端是固定的平衡飛輪。在轉速波動方面，僅帶鐘擺式的雙質量飛輪就帶來了40%以上的轉速波動降低。
與1.0T JLF-3G10TD放棄平衡軸不同，吉利的1.5T JLH-3G15TD(TDC)/GB15T2同沃爾沃Drive-E存在技術關聯，採用了單平衡軸、離心擺式雙質量飛輪。類似的還有標緻雪鐵龍的1.2TD，通過低質量活塞、雙平衡軸和雙飛輪等減少NVH惡化的影響。
還有偏置的配重塊也歸屬於這一類。福特1.0T Ecoboost三缸發動機將曲軸配重塊的偏置一定角度，而平衡軸、皮帶輪和飛輪也偏離一定角度，號稱NVH甚至可以媲美四缸機。
配重平衡屬於主動抵消往復慣性力矩的舉措，但包括平衡軸、飛輪在內都會增大三缸機的體積和重量，將原有的優勢抵消掉一部分。以發動機動力損耗來說，發動機帶動大質量飛輪會較為吃力，降低油門響應積極度，給本來就不夠強勁的三缸機動力底子帶來更大負擔。因此平衡軸、飛輪和配重塊等可以稱為常見對策，卻非完美的解決方案。
二、被動減振
例如寶馬1.5TD B38除了靠平衡軸便是依賴填充的PUR材料蓋板來抑制噪音。但過於單調的舉措導致寶馬三缸機減振效果不夠理想，不少車主反饋怠速和起步時抖動最為明顯，拉低了舒適性。在部分地區市場，寶馬1系三廂車的三缸機版本甚至只存在於產品手冊裡。
和填充材料類似的被動減振措施還有橡膠減振齒輪和懸掛阻尼。前者被平衡軸採用以強化效果。後者則需要取得平衡，適當增大懸置系統的阻尼來增大動力總成系統的阻尼比，從而抑制系統的共振響應幅值；但系統的阻尼比過大時又影響懸置在發動機高轉速運行工況下的隔振性能。
這類措施同樣存在短板。橡膠等材料在熱工況下更容易老化，因此採用減振措施的三缸機新車或許NVH表現不錯，但時間一長便可能露餡。另外，如果大量採用這類材料，車主的用車成本和維修保養代價將額外多出一塊，對車輛的全週期性價比不利。
三、燃燒激勵降低措施
怠速狀態下，NVH抖振可以從激勵源頭去進行抑制。根據泛亞方面的研究成果，內燃發動機運行時，燃燒扭矩波動存在諧頻特性，三缸機的主激勵為1.5階，方向為繞曲軸方向旋轉。因而可以通過使系統處在隔振區域，讓發動機的Pitch燃燒主激勵頻率遠離動力總成系統的Pitch剛體模態頻率。減低負載、降低系統Pitch模態頻率和降低響應點處的響應，綜合作用以降低燃燒激勵響應，改善車輛整體的NVH特性。
當前已有多種技術能夠改善三缸機的NVH
當然，在泛亞三年前發表研究成果時，當時研究工況還僅侷限在怠速條件下，並且動力總成的佈置位置以及動力總成其他剛體模態頻率分佈和解耦率的權重對怠速振動影響也未深入研究，未來還需要進一步的研究成果來給出“三缸機NVH能優化到什麼效果”的答案。
綜上所述，三缸機的NVH弱勢的確存在多種技術手段去解決，在試駕通用、福特等新車過程中，總體上抖振噪聲和四缸機車型差別不大，已經絕非八十年代的老式三缸機可以比擬。三四十年的時間，足以讓技術進化到從表面上看不出弊病的地步。
但一個硬幣總有兩面，如果再考慮到長期應用的衰減、採用抑制措施後抵消了一部分原先的體積和重量優勢，以及更關鍵的成本提升問題——包括OEM研發階段的投入，以及消費者擁車週期內的維修養護成本，便很難斷言三缸機的問題已經得到了根除。通用汽車方面在回應成本問題時給出了這樣一個並不充分的回答：三缸機本身減少了一個氣缸，機構複雜程度和零部件數量有所下降，也會對成本削減有所裨益，因此要從整體角度去考慮成本。
目前缺少實際的三缸機四缸機全壽命週期成本的可靠對比（即其他條件基本相當時），因而具體的量化對比還是需要三缸機在市場上盤桓一定時間後才能給出可信的答案。
一方面，三缸機的生命力和技術支撐比抱持成見者要更為強大，但是另一方面較之業界看好三缸機觀點的預期，我們只能說有些預估數字偏向樂觀。
有觀點援引IHS Automotive預測稱，未來歐洲和中國三缸機車輛年銷量將突破300萬輛；2025年後三缸機車型保有量將達到歐洲3,000萬輛、北美400萬輛、中國5,000萬輛。儘管《汽車公社》未找到這份數據的原始報告，但IHS的確給出過一份數據：到2025年，單缸、雙缸和三缸機全球年產量將突破2,500萬臺，雖然和四缸機的7,700萬臺差距明顯，不過較當前銷量翻了一倍以上。甚至有預測今年三缸機銷量就能達到166萬臺、2024年達到835萬臺，只是這些預期數字可能同利益關聯方存在一定聯繫，因而可以作為參考而無需奉為圭臬。
隨著技術的進步，三缸機將越來越完善，這一點毋庸置疑，最好的推演場景下，成本問題也能隨著工藝的提升以及規模經濟的落地迎刃而解。只是千萬不要忘記一點：三缸機只是減排降耗的手段之一，技術完善需要時間。而在這個時間段裡，電氣化、輕量化、共享化等其他手段也在成熟中，尤其是新能源/電氣化的直接效果更為突出。
三缸機會不會死在新能源的懷裡？它可以通過和其他技術路線相互滲透結合將競爭轉為助力，例如三缸機搭載48V輕混，甚至作為插混/增程式電動車的增程器；亦可在排放油耗法規急劇收緊的背景下，迫使車企不得不吃下這顆帶著酸澀的青蘋果。但是，倘若時間線無限延長呢？押寶三缸機的車企，還能否確信這一輪的投入能夠收到相應的回報？
在不得不踏冰渡江的時候，我們往往會鼓起勇氣，告訴自己：哪怕頭一批渡者可能身殞，也要跨過河流。但是，墜入冰窟的先烈跌進地獄，率先抵達彼岸的先驅升入天堂。前路被未知的霧靄籠罩時，舉起三缸機大旗的車企們，你們知道自己腳下的路線到底是通向地獄呢？還是天堂呢？
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