三缸发动机的震动问题是如何被解决的，仅靠平衡轴吗？
三缸发动机的震动问题，确实是个老生常谈的话题。很多人一提到三缸，脑海里立刻就浮现出“抖”的印象。但实际上，现代三缸发动机在这方面已经有了长足的进步，绝不是当年那个粗糙的形象了。要说震动问题是如何解决的，那可不能简单地归结于平衡轴这一个法宝。这是一个系统性的工程，涉及多个层面的设计和调校。
首先，我们得明白，为什么三缸发动机天生容易抖。这主要跟它的工作原理有关。发动机在运转过程中，曲轴旋转，活塞上下运动，带动连杆。在这个过程中，会产生惯性力和力矩。对于一个结构对称、运行平稳的发动机来说，这些力在理想状态下是可以相互抵消的。
三缸发动机，顾名思义，只有三个气缸。它的曲轴设计相对简单，通常是三根曲柄连成一体。当一个气缸在做功时，其他两个气缸要么在吸气，要么在排气，要么在压缩。这就导致了曲轴在旋转过程中，各个时刻的受力是不均衡的。最明显的问题是，当一个气缸在做功产生向下的推力时，往往没有另外一个气缸产生足够强劲的、方向相反的推力来平衡它。简单来说，就是“力不均”。
想象一下，你用一个弹簧锤敲打一个不稳定的支架。支架就会摇晃。发动机也是类似的道理，不平衡的力会引起曲轴和整个发动机的振动，这种振动会通过发动机支架传递到车身，我们就能感受到“抖”。
那么，怎么解决这个问题呢？
1. 平衡轴，这个“老伙计”
平衡轴确实是解决三缸发动机震动问题的重要手段，但它并非万能，而且它的设计和应用方式也很讲究。
平衡轴的作用原理： 平衡轴的核心思想是利用一个或两个旋转的重块，来抵消发动机内部产生的固有不平衡力矩。在三缸发动机中，主要是不平衡的往复运动惯性力（活塞和连杆上下运动产生的力）和旋转惯性力（曲轴旋转产生的力）。平衡轴的设计就是根据这些不平衡力的大小和方向，来制造一个反方向的、大小相等的反作用力，从而达到“抵消”的目的。
常见的平衡轴布置：
单根平衡轴： 有些三缸发动机会布置一根平衡轴。它通常安装在曲轴的一侧，通过齿轮与曲轴同步或以特定比例反向旋转。平衡轴上会有专门设计的配重块，其旋转产生的离心力恰好能抵消发动机产生的某些不平衡力矩。
双根平衡轴： 更为常见和有效的方式是使用两根平衡轴，它们分别安装在曲轴的两侧，并且以相同的转速反向旋转。这样可以更有效地抵消发动机产生的往复惯性力和力矩。比如，一根平衡轴向上运动的配重块产生一个向上的力，另一根平衡轴向下运动的配重块就会产生一个向下的力，这样就能抵消掉一部分往复运动带来的垂直方向的震动。
平衡轴的缺点： 平衡轴虽然能有效抑制震动，但它本身也是一个旋转部件，需要消耗一部分发动机的功率来驱动（通过齿轮或者皮带），这会轻微地降低燃油经济性。同时，它也增加了发动机的结构复杂度和制造成本。
2. 曲轴和飞轮的优化设计
平衡轴不是唯一的方法，发动机工程师们也从其他地方下功夫：
曲轴配重： 曲轴本身的设计非常关键。工程师会通过精心计算和调整曲轴上的配重块大小和位置，来尽力平衡曲轴自身的旋转惯性力和活塞、连杆的往复惯性力。虽然对于三缸发动机来说，完全平衡是不可能的，但通过优化配重，可以显著减小固有的不平衡力矩。
飞轮和平衡块： 传统的飞轮主要作用是储存和释放能量，使发动机运转更平稳。在现代三缸发动机上，飞轮的设计也可能集成一些额外的配重，或者使用更重的双质量飞轮（DMF）。双质量飞轮可以通过内部的弹簧和阻尼结构，吸收发动机在低转速时的突兀扭矩波动和震动，进一步平滑动力输出。
3. 发动机支架的“缓冲艺术”
即便发动机内部做足了减震措施，总会有一部分残余的震动无法完全消除。这时候，发动机支架就成了最后的“防线”。
液压衬套（液态减震器）： 这是目前许多高端车型广泛使用的一种技术。传统的橡胶支架只能提供一定的弹性缓冲，而液压衬套内部填充有特殊的液压油，并且有内部的隔膜和通道。当发动机产生震动时，液压油会在这些通道中流动，通过液压阻尼的作用，能够更有效地吸收和抑制震动，尤其是中低频的震动，其效果远超普通橡胶支架。
多点支撑和优化布局： 发动机的安装位置和支架的数量、硬度也都是经过精密计算的。工程师会根据发动机的震动特性，设计出最优的支撑方案，让震动在传递到车身之前得到最大的衰减。
4. 点火和喷射策略的精细调校
除了机械结构上的优化，电控单元（ECU）的调校也在震动控制中扮演着重要角色。
精确点火时刻： 通过对点火时刻的精细控制，可以在不牺牲动力的情况下，让燃烧过程更平稳，减少燃烧带来的瞬时冲击。
多点喷射或缸内直喷的优化： 精准控制燃油喷射的量和时间，也可以影响燃烧的稳定性和平顺性，从而间接降低震动。
5. 甚至还有“反向抵消”的技术
更高级的发动机还会利用一些“主动”的技术。比如，某些发动机的电子控制系统，会检测到发动机产生的震动，然后通过控制某些部件（例如改变平衡轴的转速，或者通过主动悬挂的联动）来产生一个反向的、抵消性的力，从而主动消除震动。
总结一下：
所以，解决三缸发动机的震动问题，绝不是“仅靠平衡轴”那么简单。它是一个多管齐下、系统优化的过程。
平衡轴 是最直接有效的手段之一，但它也有其局限性。
曲轴和飞轮的优化 是基础工作，旨在从源头减少不平衡力。
先进的发动机支架（尤其是液压衬套） 是吸收和隔离残余震动的关键。
ECU的精细调校 可以在燃烧和控制层面进一步优化平顺性。
主动抵消技术 则是更高阶的解决方案。
现代技术的进步，特别是材料科学、精密制造和电子控制领域的飞速发展，使得三缸发动机在平顺性方面已经取得了令人瞩目的成就。很多优秀的1.0T、1.2T三缸发动机，其静止状态下的怠速平稳性，甚至可以媲美一些传统的四缸发动机。当然，在发动机达到更高转速时，由于物理惯性的限制，三缸发动机的震动特性仍然会与结构更平衡的四缸甚至六缸发动机存在一些差异，但这种差异已经非常微小，对于大多数日常驾驶而言，已经很难察觉了。
首先，我们得明白，为什么三缸发动机天生容易抖。这主要跟它的工作原理有关。发动机在运转过程中，曲轴旋转，活塞上下运动，带动连杆。在这个过程中，会产生惯性力和力矩。对于一个结构对称、运行平稳的发动机来说，这些力在理想状态下是可以相互抵消的。
三缸发动机，顾名思义，只有三个气缸。它的曲轴设计相对简单，通常是三根曲柄连成一体。当一个气缸在做功时，其他两个气缸要么在吸气，要么在排气，要么在压缩。这就导致了曲轴在旋转过程中，各个时刻的受力是不均衡的。最明显的问题是，当一个气缸在做功产生向下的推力时，往往没有另外一个气缸产生足够强劲的、方向相反的推力来平衡它。简单来说，就是“力不均”。
想象一下，你用一个弹簧锤敲打一个不稳定的支架。支架就会摇晃。发动机也是类似的道理，不平衡的力会引起曲轴和整个发动机的振动，这种振动会通过发动机支架传递到车身，我们就能感受到“抖”。
那么，怎么解决这个问题呢？
1. 平衡轴，这个“老伙计”
平衡轴确实是解决三缸发动机震动问题的重要手段，但它并非万能，而且它的设计和应用方式也很讲究。
平衡轴的作用原理： 平衡轴的核心思想是利用一个或两个旋转的重块，来抵消发动机内部产生的固有不平衡力矩。在三缸发动机中，主要是不平衡的往复运动惯性力（活塞和连杆上下运动产生的力）和旋转惯性力（曲轴旋转产生的力）。平衡轴的设计就是根据这些不平衡力的大小和方向，来制造一个反方向的、大小相等的反作用力，从而达到“抵消”的目的。
常见的平衡轴布置：
单根平衡轴： 有些三缸发动机会布置一根平衡轴。它通常安装在曲轴的一侧，通过齿轮与曲轴同步或以特定比例反向旋转。平衡轴上会有专门设计的配重块，其旋转产生的离心力恰好能抵消发动机产生的某些不平衡力矩。
双根平衡轴： 更为常见和有效的方式是使用两根平衡轴，它们分别安装在曲轴的两侧，并且以相同的转速反向旋转。这样可以更有效地抵消发动机产生的往复惯性力和力矩。比如，一根平衡轴向上运动的配重块产生一个向上的力，另一根平衡轴向下运动的配重块就会产生一个向下的力，这样就能抵消掉一部分往复运动带来的垂直方向的震动。
平衡轴的缺点： 平衡轴虽然能有效抑制震动，但它本身也是一个旋转部件，需要消耗一部分发动机的功率来驱动（通过齿轮或者皮带），这会轻微地降低燃油经济性。同时，它也增加了发动机的结构复杂度和制造成本。
2. 曲轴和飞轮的优化设计
平衡轴不是唯一的方法，发动机工程师们也从其他地方下功夫：
曲轴配重： 曲轴本身的设计非常关键。工程师会通过精心计算和调整曲轴上的配重块大小和位置，来尽力平衡曲轴自身的旋转惯性力和活塞、连杆的往复惯性力。虽然对于三缸发动机来说，完全平衡是不可能的，但通过优化配重，可以显著减小固有的不平衡力矩。
飞轮和平衡块： 传统的飞轮主要作用是储存和释放能量，使发动机运转更平稳。在现代三缸发动机上，飞轮的设计也可能集成一些额外的配重，或者使用更重的双质量飞轮（DMF）。双质量飞轮可以通过内部的弹簧和阻尼结构，吸收发动机在低转速时的突兀扭矩波动和震动，进一步平滑动力输出。
3. 发动机支架的“缓冲艺术”
即便发动机内部做足了减震措施，总会有一部分残余的震动无法完全消除。这时候，发动机支架就成了最后的“防线”。
液压衬套（液态减震器）： 这是目前许多高端车型广泛使用的一种技术。传统的橡胶支架只能提供一定的弹性缓冲，而液压衬套内部填充有特殊的液压油，并且有内部的隔膜和通道。当发动机产生震动时，液压油会在这些通道中流动，通过液压阻尼的作用，能够更有效地吸收和抑制震动，尤其是中低频的震动，其效果远超普通橡胶支架。
多点支撑和优化布局： 发动机的安装位置和支架的数量、硬度也都是经过精密计算的。工程师会根据发动机的震动特性，设计出最优的支撑方案，让震动在传递到车身之前得到最大的衰减。
4. 点火和喷射策略的精细调校
除了机械结构上的优化，电控单元（ECU）的调校也在震动控制中扮演着重要角色。
精确点火时刻： 通过对点火时刻的精细控制，可以在不牺牲动力的情况下，让燃烧过程更平稳，减少燃烧带来的瞬时冲击。
多点喷射或缸内直喷的优化： 精准控制燃油喷射的量和时间，也可以影响燃烧的稳定性和平顺性，从而间接降低震动。
5. 甚至还有“反向抵消”的技术
更高级的发动机还会利用一些“主动”的技术。比如，某些发动机的电子控制系统，会检测到发动机产生的震动，然后通过控制某些部件（例如改变平衡轴的转速，或者通过主动悬挂的联动）来产生一个反向的、抵消性的力，从而主动消除震动。
总结一下：
所以，解决三缸发动机的震动问题，绝不是“仅靠平衡轴”那么简单。它是一个多管齐下、系统优化的过程。
平衡轴 是最直接有效的手段之一，但它也有其局限性。
曲轴和飞轮的优化 是基础工作，旨在从源头减少不平衡力。
先进的发动机支架（尤其是液压衬套） 是吸收和隔离残余震动的关键。
ECU的精细调校 可以在燃烧和控制层面进一步优化平顺性。
主动抵消技术 则是更高阶的解决方案。
现代技术的进步，特别是材料科学、精密制造和电子控制领域的飞速发展，使得三缸发动机在平顺性方面已经取得了令人瞩目的成就。很多优秀的1.0T、1.2T三缸发动机，其静止状态下的怠速平稳性，甚至可以媲美一些传统的四缸发动机。当然，在发动机达到更高转速时，由于物理惯性的限制，三缸发动机的震动特性仍然会与结构更平衡的四缸甚至六缸发动机存在一些差异，但这种差异已经非常微小，对于大多数日常驾驶而言，已经很难察觉了。
网友意见
在同济做了快两年悬置，三缸机的振动问题有点意思，上面的好像都没解释清楚，我来尝试解答一下。
目前三缸发动机已经成为很多小型车的一种选择甚至是唯一配置，已经进入C级车平台。首先做NVH的角度来说，我们并不关心振源本身有多大，我们关心的是频率。解决振动的方法有许多，大致分为三类：振源减弱，路径减弱和接受体处减弱。要想回答这个这个问题，首先必须弄清楚，与传统四缸机相比，三缸机的振动问题到底难在哪里？三缸机的主要激励为：1.5阶Pitch激励（发火阶次相关）；1阶roll或Yaw激励。没错，多就多在有个一阶的激励，这是三缸机问题的核心！
下面我们来聊聊这个1阶玩意儿。我们来举个怠速的例子，工况：发动机750RPM。1.5th order: 750/60 x1.5=19.5Hz；1st order: 750/60 x1.0=13.8Hz。三缸发动机展现出低频（1阶）的纵向转动和/或左右转动的激励，这对于模态配置来说带来极大麻烦。容易与其他子部件产生共振，这是对三缸机进行NVH设计时首先要花功夫考虑的问题。为什么？ 我们在做模态匹配之间会对整个动力总成悬置系统进行解耦率计算，计算动力总成刚体的六个自由度的固有频率，一般来说，yaw和roll模态的频率都会达到13Hz左右，如果转速稍低，这个1阶振动就会在怠速引起动力总成yaw和roll方向的共振，造成NVH问题突出。那么怎么解决？嗯，加平衡轴，有加一根的，有家两根的。加一根和曲轴相同转速的，可以消除roll激励，具体原理我不再赘述，读者可以查阅相关论文。总之，平衡轴只解决了发动机的一阶激励问题！注意，如果只有配重块，没有平衡轴的话，一阶激励能够被改变但不能被消除，只会在roll和yaw之间转移！但是，平衡轴会由于重量和摩擦增加油耗，.需要安装空间和增加成本，低端车一般来说不会这么干，那么就去找悬置喽，当然也是可以解决的。
总的来说，三缸机避频难，导致怠速振动偏大，易在用户常用发动机转速段与重要部件模态共振，表现为高档位大负荷加速时方向盘振动大。
不知道怎么划重点，于是用了感叹号，若有不适请见谅。如果看的人多的话，我会再详细点介绍。
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