近日工信部發布了一組吉利缤越以及以及别克英朗四缸車型申報圖引來一片嘩然，難道三缸機真不如四缸？ 答案自然是非也。如今，企業打造一台三氣缸的高效内燃機，其投入的時間精力金錢并不亞于四缸，甚至更甚于四缸。

提到造車成本，我又常常想到一個略帶戲谑和奇葩的問題，多少人能意識到自己總帶着固有刻闆印象去看待事實的？就像是：相比四缸引擎，三缸機更便宜。身邊的大部分朋友一直這樣認為的——少了一個氣缸，少掉一組點火系統，少了一組活塞連杆，甚至連曲軸、凸輪軸等都短了一截，相比四缸引擎，三缸的成本自然會低了不少。

但固有認知便一定是對的嗎？答案還是非也。

一台符合2020年高效小排量内燃機定義的三缸引擎，它的成本，遠超乎我們的想象，甚至于足夠打破我們的固有認知。沒錯，全新一代的三缸高效内燃機，成本已經超越了我們印象中的大部分四缸引擎。

零部件研發标準，遠超你的想象

因為普通的消費者對發動機的研發和制造成本是沒有概念的，在這裡先給大家科普一些汽車零部件的技術要求。

以發動機上的氣門彈簧為例，在中高負荷工作時，其應力可以高達到900-1000MPa，同時還要求在150-200℃下長期工作時負荷特性不能大幅度下降，不僅如此，它還必須有超過3000萬次（國标）的疲勞壽命要求，而當前的行業普遍水準，已經到6000萬次。整整6000萬次，這個過程中氣門不能磨損漏氣，封套不能磨損竄油。聽起來很難吧？這僅僅是汽車業幾十年前就解決了的小零件，類似的零件不說上萬，上千個還是有的。

放在其他行業普通工廠的工程師一聽就頭疼的标準，在汽車業僅僅是入門基操。有句俗話說的是，當你摸到了自己行業的天花闆，也就摸到了汽車行業的入門磚了。

那麼一台三缸引擎的成本又有何驚喜帶給我們？一台成本超越四缸的三缸引擎應該是怎麼樣的？

三缸機雖說相比四缸機少了一個氣缸，但是從如今量産的高效三缸引擎的标準來看，但是它的成本和價值并不能用簡單的缸數相減進行衡量，研發和打造一台強勁動力、高效油耗和超低排放的三缸引擎，并不是一件容易的事，為此主機廠的投入，遠超我們的想象。

符合高效小排量引擎精神的三缸引擎，根本不同于20年前奧拓之流的純粹為讓讓車輛動起來而制造的三缸引擎，新時代的高效三缸引擎基于嚴苛的标準和全新的技術研發并打造，異于那些四缸引擎的全新創新部分便是能夠體現它的成本和價值的地方所在。

世界的時鐘已經指向了2020年，在這個時間點，中國就會開始實施第四階段乘用車的油耗标準，2020年乘用車新車的平均油耗要達到5.0L/100km，當然除此之外，國六排放标準也在全國被迅速普及；同樣，在歐洲，歐6c及RDE測試工況的引入，對于任何一家車企的引擎的耗油量及排放都提出了極為嚴苛的要求。尤其是排放，和國6B類似，汽油機尾氣中的微粒數量限值數量被要求下降至原先的十分之一。高效小排量引擎的使命之一，便是完成這極近苛刻的測試。

面對超低尾氣顆粒物排放的測驗，部分車企甚至将原有的缸内直噴技術放棄，技術倒退用回了進氣歧管噴射來滿足排放限值，但是高效小排量三缸引擎的策略并不是投機取巧，缸内直噴不能丢，即便譬如通用的每套SIDI直噴技術相較于電噴在物料成本上就能高出大幾百，但為了不犧牲動力與燃油經濟性，高效三缸引擎依然更傾向于投入更多成本采用更高的噴油壓力來達到限值标準，于是，35MPa的超高壓噴油系統也成了這類引擎的标配。寶馬全新升級的B38TU便是其中的代表之一，其噴油壓力一舉從20Mpa提升到了35Mpa，以應對即将到來近乎不講道理的排放限制。

35Mpa高壓直噴供油系統，這可不是一套簡單的系統，市面上的直噴系統壓力普遍才到15-20Mpa，一舉采用35Mpa高壓直噴供油系統帶來最大的挑戰便是噴油嘴的采用，電控噴油器是高壓共軌系統中最關鍵和最複雜的部件，也是設計工藝難度最大的部件。ECU通過控制電磁閥的開啟和關閉，将高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入的燃燒室。從15Mpa升級到35Mpa表面上隻是噴油壓力的提升，實則首先帶來了噴油嘴的重新研發設計，同時對整套噴油系統的強度和設計理念也提出了挑戰。

因為噴油壓力的提高，與噴油嘴相匹配的燃油泵及其由滾輪挺柱和凸輪軸的傳動都需要被重新設計考量，其中噴油壓力的提升必然會增大滾輪挺柱和凸輪之間的表面壓力，并在氣門傳動機構中産生了更大的力矩，因此在不改變燃油泵位置的前提下，則減小燃油泵柱塞力（減小柱塞直徑，增加柱塞行程），由此燃油泵需要被重新設計研發及匹配。

并且因為噴油壓力的提升，在燃油共軌内部，燃油壓力所産生的應力已達到了焊接材料的強度極限，在極端情況下，甚至需要采用鍛鋼共軌，生産工藝的變化對生産布局、研發和供應商的選擇都有較大的影響，換句話說，簡單的噴油壓力升級到35Mpa，影響的是整套高壓直噴供油系統，由此帶來的成本提升，可謂是牽一發動全身。相比較采用4組20Mpa噴油嘴的四缸引擎，3組35Mpa噴油嘴的高效三缸引擎在噴油系統上的成本隻高不低。

當然，35Mpa帶來的效果也足夠顯著，超高的噴油壓力使從噴嘴頂端噴孔噴出的燃油噴束的出口速度更大，因此燃燒室中空氣與燃油噴束之間産生了更強烈的剪切力，引起的更大擾動産生了液相與氣相之間更為強烈的相互作用，從而改善了燃油的霧化效果，其帶來的當然是更為充分的燃燒，更高的熱效率和更低的排放。

在汽車領域，機電一體化是絕對的大勢所趨，在汽車機械方面，它和電控會趨向于歸并到一體，機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合。相比較汽車領域最傳統的純機械結構，被賦予了電氣化的零部件，不僅在執行層面更為精确，還能有效提升動力系統運作的高效性。汽車電控系統由傳感器與車上的機械系統配合使用，并利用電作為介質互相傳輸訊息，完成高效運作，在發動機熱管理層面，電氣化已經滲透至很多高效内燃機總成系統中。

在熱管理以及冷卻系統方面，高效發動機追求的從來都是合理的控溫，合理的控溫意味着時刻保持最佳的發動機内部升溫與散熱的循環，發動機低溫時候的引擎摩擦内耗大，輸出功率低，燃料消耗量也大，而溫度過高的時候，氣缸、活塞、氣缸蓋和氣門等部件直接與高溫環境相接觸，會被強制受熱，那麼此刻發動機溫度過高，引起充氣系數下降以及早燃、爆震等負面工況，從而影響功率輸出并加速各零件的磨損。

在熱管理系統沒有智能電氣化幫助的年代，用機械的方式可以一定程度上控溫，但精确度顯然不及電控的十分之一，因此老式引擎的效率一直不高，一直到智能電控熱管理的加入，高效引擎新的思路才得以被挖掘。熱管理系統就是典型的汽車電子控制系統，它在硬件結構上一般由3部分組成：傳感器、電子控制單元（ECU）和執行機構。類似熱管理這般的技術的加入，毫無疑問意味着成本的上升，不考慮熱管理系統中的額外執行機構帶來的成本提升，單單熱管理模塊這一部分，行業均成本也來到了300元左右。

大衆在全新一代EA211 evo 1.0T的三缸機型上采用了“Drehschieber”冷卻系通路控制器，簡單來說，這就是一個可以根據冷卻液溫度可變控制模式的多通路開關閥門。它控制了發動機缸蓋/缸體冷卻循環、散熱器循環以及空調熱交換循環通路的開閉。它便是在電控系統中作為執行器而存在的。

當電控系統的傳感器檢測到水溫偏低時，ECU便會發出指令，讓“Drehschieber”開啟水冷小循環。即冷卻液溫度未達到節溫器開啟溫度時，水不經過散熱器而進行循環流動，冷卻液将通過水循環管直接從水泵重新進入缸體，水溫将持續升高至發動機最佳工作溫度。

讓傳感器檢測到水溫過高時，冷卻液溫度已經達到了節溫器開啟溫度時，ECU便會發出指令，讓“Drehschieber”開啟水冷大循環。節溫器閥門關閉循環管旁通水路，冷卻液将穿過節溫器流入散熱器水室，熱水經風扇吸過空氣流強制冷卻，散失部分熱量，水溫降低，冷卻液流存于散熱器水室，經水泵在泵入缸體重新參加冷卻循環。

這個過程中傳感器、ECU和執行機構都必不可少，同時因為機械和電氣化的跨領域整合，中間涉及到的機械、微電子、信息處理等學科互有交叉，對研發的難度提升自然是有目共睹的，多學科人才的集合，匹配全新的系統開發，研發方案等等，這無疑都帶來了成本的提升。

而機電一體化的核心依舊是研發邏輯，其目的都是為制造出高效的内燃機所服務的。同樣在發動機熱管理系統中，類似“Drehschieber”的方案在通用第八代Ecotec引擎中被稱作ATM，除此之外，第八代Ecotec還有更複雜的電控黑科技，其憑借高壓水冷廢氣再循環系統，用一套驚為天人的機電系統，精确控制各大執行機構，帶來了減少能量損耗的積極作用。

高壓水冷廢氣再循環系統在增壓器前端，又增加了電控結構——電控洩壓閥EGR，憑借着ECU的計算，精确按需導出燃燒廢氣，在經由電控的熱管理系統中進行水冷卻後再次輸入燃燒室。由于廢氣中不再含有可供燃燒的氧氣，因此不會再産生燃油損耗；且廢氣可以在燃燒過程中降低泵氣損失和燃燒溫度，改善燃燒環境，減少維持燃燒所需的噴油量，進而達到發動機工作效率的提升。為了達成廢氣再循環以改進燃燒，EGR作用顯著，但成本也是相當誇張，單套EGR的成本可以上到約600元，用機電一體化來诠釋高效，理論上是幾個點的提升，肉眼可見的是數千萬甚至上億的投入。

從熱管理系統延伸，不論是精确控溫還是廢氣再循環，其目的是達成引擎本身的高效屬性。電氣化和機械的碰撞所擦出的火花，則讓引擎本身的高效達成有了更多的捷徑。不過這都是基于高額研發的投入前提下的，電控系統的加入讓ECU的控制邏輯更為複雜，傳感器需要經過長時間的測試投入，執行機構的加入甚至需要改變發動機的整體布局結構，這其中的每一項都需要強大經濟的支撐，機電一體化的道路，實際上都是金錢所鋪設出來的。

在汽車排量的參數身旁往往匹配着缸數。而對于單缸排量的理解，很多主機廠都對其進行過研究。尋求“最優單缸”主要是為了解決兩個問題：動力和油耗。汽車作為由上萬個零件組成的工業代表産品，其需要考慮的并不隻是它需要多大的動力，并且在排放法規越來越嚴苛的當下，權衡動力和油耗已經是現今發動機工程師們的最重要課題之一了。

在二十年多前，一群德國的大學科研人員就已經研究發現0.5L可能是内燃機最佳的單氣缸排量，并且在這個基礎上，加上行程>缸徑的設計，發動機就可以使燃燒室的面容比(内表面積/體積)達到最小，從而改善燃燒過程，降低冷卻損失，提升熱效率。這也是最優單缸的一個最初解，寶馬的B系列模塊化引擎便是基于這個概念研發而來，B38三缸，B48四缸，B58六缸，由此形成寶馬如今主要的引擎序列。

但上帝不會給我們一個看似如此完美的解，0.5L/缸，這個解太過于“合理”了，通用的工程師們在研發第八代Ecotec發動機的時候，便基于對0.5升單缸的疑惑進行了一系列的測試，而尋求最優單缸，就是通過優化燃燒室參數設計，輔以改進的噴油系統與空氣系統設計以及控制參數，經過“尋優”得到最佳的單缸參數組合，這是一個極度複雜的過程。因為氣缸的結構參數對燃燒過程有着實實在在的影響，而這影響又是非線性的。

在尋優的過程中，各種問題接踵而至，燃燒室形狀并不規則，工作過程中氣流流動熱場分布不均勻，活塞運動過程中傳熱損失時刻在發生變化，爆震、排放等問題都對尋優的阻礙……在經過極長周期的反複台架試驗、收集數據并進行分析後，通用得出了得到了近似最優解。在邊界條件為1.0L-1.5L的排量範圍下，最優單缸的解是0.33L-0.5L，過小則會因為噴油嘴、火花塞、點火系統的布置困難導緻效率降低，過大則會因為燃燒不均勻導緻振動嚴重。

在此理念下通用打造出來的1.0T、1.35T三缸發動機，是業内首批從設計源頭起就匹配全球最嚴苛排放标準正向研發的機型，可以輕松滿足當前的“國六B”和北美ULEV 50要求，并可在未來進一步升級之後滿足更為嚴苛的二階段“國六B”标準。同時，大衆的EA211 evo 1.0T三缸引擎自然也是遵循單缸最優理念打造而來，其在性能和油耗上的表現，都是當之無愧的下一代高效内燃機的标杆之作。

對于單缸最優的探索，大量的實驗投入為全新一代的高效内燃機在排量和缸體基礎上的選擇有了重要理論指導。當然，其中的研發投入依然是一個讓常人驚呼的天文數字，不過，不論是通用還是大衆，當然還有寶馬、沃爾沃這些走在高效三缸引擎前列的企業，對于研發的投入，都是足夠慷慨的。

如果說曾經的三缸引擎隻是為了讓車輛動起來，那麼如今的高效三缸引擎早已擺脫了三缸引擎固有定位的桎梏，新時代的高效三缸内燃機秉持的是高效、節能、低排放以及強NVH水準的理念打造。

不僅是大衆的EA211 evo還有通用第八代Ecotec以及寶馬的全新B38TU，高成本的35Mpa高壓直噴供油系統是它們一緻的選擇；而不論是電控洩壓閥EGR、高壓水冷廢氣循環系統、ATM主動熱管理系統還是VTG（Variable Turbocharger Geometry）、Drehschieber、B-Cycle，通用和大衆不約而同地在它們全新一代的三缸引擎上不吝采用各種新技術來武裝自身。這還沒完，對三缸NVH的優化也是項燒錢的大工程，第八代Ecotec就采用了曲軸橡膠減震輪、鐘擺式雙質量飛輪、靜音正時鍊條、高性能吸音前蓋等等技術來達成強NVH水準，高效三缸引擎僅此一部分的成本便輕松破千。

毫無疑問，全新的技術配合更為嚴苛的工作環境和研發标準，這一切都将轉換為高昂的研發及制造成本，三缸引擎真的便宜？不盡然。

即便從物料成本來看，一台第八代Ecotec 1.35T引擎相比通用前幾年廣泛使用的1.4T和1.5T引擎，成本大約降低了1000元，但是，不論是為了全新一代高效三缸動力所投入的高額研發，還是為了驗證全新動力總成所做的465萬公裡發動機全負荷耐久試驗、發動機冷/熱沖擊試驗、發動機冷/熱拉傷等試驗，由此帶來的結果便是，如今通用每賣出一台1.35T三缸引擎，其承擔的成本甚至還要高于先前的1.4T/1.5T四缸引擎數千元。

而作為通用第八代Ecotec同步研發的 1.0T三缸引擎，單單物料成本就已經超過了其用以取代的1.5L自然吸氣四缸引擎，更别說高額的研發測試成本所帶來的成本提升了。同樣，用以匹配這全新一代引擎的傳動系統——通用全新鋼鍊式CVT變速箱也是價值不菲，相比市場上的主流鋼帶式CVT，這台用以匹配高效三缸引擎的變速箱采購成本就要高上1000-2000元。

但凡能完美诠釋高效的當代三缸引擎，在成本上都十分誇張，不僅是通用，大衆的全新一代EA211 evo 1.0T三缸引擎，物料成本也已經與上一代的EA211 1.2T四缸引擎不相上下，除去各類新技術的研發，mHEV架構的預留設置也吞噬掉了巨額的費用，一萬小幾千的成本隻為采購一台三缸機，這放在20年前甚至都是無法想象的事情，但是如今卻真實地呈現在我們的眼前。三缸的成本高于四缸不僅在大衆和通用上出現，PSA的三缸機成本也要比自家的1.6THP四缸引擎高出了5%。

不必驚訝，因為現階段的高效三缸引擎，就是這麼貴。以簡單的缸數來衡量成本，是完全錯誤的。然而好消息是，随着國六b第二、第三階段的逐步實施，2020年，豐田、大衆乃至捷豹等豪華品牌三缸車型即将登陸中國，市場終究将回歸理性。

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