豐田新款2.0L四缸汽油機(jī)的傳統(tǒng)版的制動(dòng)熱效率高達(dá)40%，阿特金森循環(huán)混動(dòng)版更是達(dá)到了41%。（豐田）

豐田油電混動(dòng)普銳斯所搭載的先進(jìn)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)在業(yè)界聞名遐邇，但一直以來(lái)，豐田都沒(méi)有放棄對(duì)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的探索。

在2018年的日內(nèi)瓦車(chē)展上，豐田正式推出了全新“Dynamic Force”2.0 L四缸發(fā)動(dòng)機(jī)系列。該系列將首推兩款發(fā)動(dòng)機(jī)：內(nèi)燃機(jī)版和阿特金森循環(huán)混動(dòng)升級(jí)版。豐田宣稱(chēng)，傳統(tǒng)版和混動(dòng)版的最高熱效率將分別達(dá)到40%和41%。該發(fā)動(dòng)機(jī)的詳細(xì)信息及技術(shù)參數(shù)，您可查閱由豐田工程師在于2018年全球汽車(chē)年會(huì)（WCX2018）發(fā)表的相關(guān)論文，相關(guān)論文信息，請(qǐng)至正文最下方。

這兩款發(fā)動(dòng)機(jī)是豐田汽油機(jī)系列的最新力作。為使汽油機(jī)的制動(dòng)熱效率足以媲美輕型柴油機(jī)，豐田一直在積極探索，此前在2015年版的普銳斯上搭載了連續(xù)可變氣門(mén)正時(shí)（VVT）1.8 L發(fā)動(dòng)機(jī)和大容量廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)，隨后又在凱美瑞混動(dòng)版中使用了2.5L四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

與此同時(shí)，現(xiàn)代宣布伊蘭特Eco車(chē)型所搭載的1.4L Kappa阿特金森循環(huán)四缸發(fā)動(dòng)機(jī)和Ioniq混動(dòng)版所搭載的1.6LKappa系列發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率也都達(dá)到了40%。

熱發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，指的是設(shè)備的有效輸出能量和輸入能量之比。以百分比計(jì)，熱效率一定是在0%到100%之間。由于摩擦、熱損失等原因，實(shí)際熱效率通常遠(yuǎn)低于100%，汽車(chē)汽油機(jī)的熱效率一般在25%左右。

此次豐田的成功并非得益于像馬自達(dá)壓燃SpCCI（火花控制壓縮點(diǎn)火）發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的突破性技術(shù)，而應(yīng)該歸功于豐田對(duì)消除一切不必要能源損失的執(zhí)著。


豐田2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)剖面圖展示了激光熔覆閥座的增強(qiáng)進(jìn)氣渦流的功能和GDI噴嘴的位置。（豐田）

一個(gè)重大的技術(shù)提升是新型發(fā)動(dòng)機(jī)采用了全新激光熔覆閥座（laser-clad valve seat）。閥座和氣閥表面無(wú)縫貼合，從而減少了閥座對(duì)進(jìn)氣直流的干擾，進(jìn)而增強(qiáng)了燃燒室內(nèi)的渦流。

為了匹配長(zhǎng)沖程小孔徑的設(shè)計(jì)（80.5 x 97.6mm），全新2.0 L四缸發(fā)動(dòng)機(jī)增寬了氣閥夾角，同時(shí)采用越來(lái)越普遍的四缸內(nèi)燃機(jī)的氣缸排量規(guī)格——496.5cc。

為使發(fā)動(dòng)機(jī)的效率不受負(fù)荷和速度的影響，2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)搭載了雷克薩斯發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)直噴和進(jìn)氣道噴射相結(jié)合的雙噴系統(tǒng)。

此外，新款發(fā)動(dòng)機(jī)還采用了類(lèi)似于馬自達(dá)新一代高效直噴創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（Skyactic-V）的超高壓縮比，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)版為13:1，混動(dòng)版為14:1。豐田表示，高壓縮比、改進(jìn)的高滾流進(jìn)氣口、雙噴系統(tǒng)以及長(zhǎng)沖程帶來(lái)的高速進(jìn)氣，顯著提高了Dynamic Force 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒速度。

新款發(fā)動(dòng)機(jī)沿用了雷克薩斯發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，以電子相位器取代了進(jìn)氣凸輪軸的液壓執(zhí)行器，進(jìn)一步提高了可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)的精準(zhǔn)性。豐田研發(fā)副總Gerald Killman表示，“這樣做的好處是發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)會(huì)更快，特別是在寒冷的環(huán)境下。”汽油的黏性在低溫下會(huì)升高，影響可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。因此，電子進(jìn)氣凸輪相位器必不可少。”

Killman還表示，由于快速正時(shí)調(diào)校對(duì)排氣的影響較小，因此排氣凸輪作動(dòng)器仍沿用液壓式，“電子凸輪相位器成本更高，如果不能帶來(lái)明顯的效益，那為什么還要替換呢？”


為降低摩擦，豐田進(jìn)一步優(yōu)化了全新2.0L 四缸汽油機(jī)的活塞。（豐田）

為降低摩擦，新款發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞采用了樹(shù)脂涂覆的激光菱形花紋側(cè)裙設(shè)計(jì)。此外還搭載了可在各類(lèi)環(huán)境下精準(zhǔn)高效地控制冷卻劑溫度的電子調(diào)溫器，以及只在需要的時(shí)候轉(zhuǎn)動(dòng)的電子水泵。

Killman表示，“暖機(jī)時(shí)不能有水流。”因此，和皮帶驅(qū)動(dòng)的水泵不同，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低時(shí)，電子水泵會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

雖然油泵是機(jī)械驅(qū)動(dòng)式，但其容量可變，因而可以減少寄生負(fù)荷。Killman強(qiáng)調(diào)，“我們需要改善每一個(gè)零部件。”

2.0L混動(dòng)版在6600rpm時(shí)額定功率為126kW（170hp），在4800rpm時(shí)扭矩為 205 N·m（151磅英尺）。2.0L傳統(tǒng)版發(fā)動(dòng)機(jī)在6000rpm時(shí)額定功率為107kW（143hp），在4400rpm時(shí)扭矩為 205 N·m（151磅英尺）。

近來(lái)，豐田又推出了匹配新款發(fā)動(dòng)機(jī)的全新CVT。該款由愛(ài)信精機(jī)生產(chǎn)的全新變速箱在車(chē)輛起步時(shí)采用齒輪傳動(dòng)，起步后改用皮帶，傳動(dòng)比切換速度加快，更適合高速行駛。

Killman表示，這樣的設(shè)計(jì)使CVT齒輪變速箱的響應(yīng)速度更接近線性輸出的齒輪傳動(dòng)，進(jìn)一步增加了效率、提升了客戶滿意度，“新款CVT的設(shè)計(jì)初衷是希望在提高能效的同時(shí)帶來(lái)更多駕駛樂(lè)趣。”

Killman還說(shuō)，新款CVT傳動(dòng)皮帶的角度由之前的11°收窄到了9°，換擋速度提升了20%，起步齒輪的應(yīng)用使整體傳動(dòng)速度提升了15%。


作者：Dan Carney
來(lái)源：SAE《汽車(chē)工程》雜志