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全球最高热效率发动机41% 丰田是怎么做到的!

导读: 丰田正式公布了全新开发的发动机、变速箱以及混动系统。包括一款全新的直列四缸2.5L直喷发动机、全新10速自动变速箱(Direct Shift-10AT);并基于全新2.5L四缸自然吸气发动机打造的前置后驱高性能多级混合动力系统——THSⅡ。

今天小编跟大家重点说说这款2.5L直喷发动机,令人震惊的是其最大热效率达到了41%,再次刷新了丰田此前在第四代普锐斯上使用的燃效40%的2ZR-FXE发动机。

日前,丰田正式公布了全新开发的发动机、变速箱以及混动系统。包括一款全新的直列四缸2.5L直喷发动机、全新10速自动变速箱(Direct Shift-10AT);并基于全新2.5L四缸自然吸气发动机打造的前置后驱高性能多级混合动力系统——THSⅡ。

这款直列四缸2.5L直喷发动机被命名为“Dynamic Force Engin”,通过采用高速燃烧技术、可变控制系统,并减少排气、冷却、机械运转等各类能量损失,在热效率提升的同时实现了高动力输出。据丰田官方公布新开发的2.5L汽油车发动机及混合动力车(HEV)发动机的热效率分别达到了40%和41%。

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如何提升热效率

发动机有效功率的热当量与单位时间所消耗燃料的含热量之比称为热效率,简单地说就是吃了多少粮和出了多少力的关系。对于我们消费者而言,可以理解为这个比值越高发动机越有劲、同时油耗、排放更低。

在热效率方面,柴油发动机一向比汽油发动机做的好,由于柴油发动机采用压燃式点火,所以需要较高的压缩比,正是得益于柴油发动机的高压缩比,才使得在发动机层面上柴油发动机的热效率高于汽油发动机。现实是汽油发动机明显不能生搬硬套柴油发动机的结构来提升热效率,那汽油发动机为了提升热效率又做了哪些改进呢?

提升汽油发动机的热效率主要从四个方面着手,一方面是提高压缩比,或是采用直喷技术,还可以提高废气再循环率(EGR),另外还可以考虑阿特金森(米勒)循环。

有了这几个大方向,各大汽车厂商的路线就很清晰了,例如马自达的创驰蓝天技术就采用了阿特金森(米勒)循环,这种循环模式是一项十分成熟的技术,在原有的奥托循环上推迟了进气门关闭的时间,使膨胀比高于压缩比,等于是在压缩的过程中将缸内的气体通过进气门又排掉了一部分,真正的压缩行程从进气门关闭才开始,在同样的压缩行程下,膨胀行程的增加可以获得更多的功。

丰田则是通过提高废气再循环率(EGR)的极限值来实现热效率的提高。在国际汽车技术协会举办的一场学术会议上,丰田汽车发动机先行设计部部长友田晃利称,丰田未来的车用发动机热效率将"很快达到50%"。

搭载丰田Dynamic Force Engine后,发动机功率有了显著的提升:

41%丰田是怎么做到的

目前丰田将通过加快发动机的燃烧速度来提高EGR极限值,为了提高燃烧速度,就要让气缸内有理想的气体流动。丰田把气缸内的滚流比(活塞运动方向的涡流强度与轴向涡流强度之比)从之前的 0.8 提高到了现在的 2.8。

为了提高滚流比,丰田改变了过去进气口的造型,这样一来,进气后形成的就是垂直方向的涡流,效果很理想。改进后的发动机,在转速为2000rpm时的压缩行程中,缸内气体的平均湍流速度由原来的2.5m/s提高到了3.4m/s。

减小缸径,加长行程,较老款发动机峰值扭矩出现的转速更低,给人最直观的感受就是更有劲儿!

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对内燃机而言,进气量有助于提升燃烧效率,增大气门夹角,更大倾斜的角度有助于降低进气阻力,从而提升每一个循环的进气量。

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进气道附近缸盖造型改为略上翘以及优化气门夹角目的其实很简单,就是帮助进气气流更好的在燃烧室内形成滚流,便于燃油以及空气的混合,这也是提升燃烧效率的关键之一。

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配气机构方面,这台2.5L自然吸气发动机使用了进、排气门双可变正时技术,并且在进气端,它使用了VVT-ie,也就是电控可变气门正时技术。相比排气侧油压控制而言,电控系统反应速度更快、控制精度也更高。

除了发动机部分,丰田的工程师还为这台发动机匹配了全新变速箱,未来使用这台发动机的前驱车型将搭配8速自动变速箱,后驱车型则将搭配10速自动变速箱。官方公布的数据显示,与原有爱信6速自动变速箱相比,全新变速箱损耗降低约50%。

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就在欧美车企拼命推广新能源车型时,丰田、本田、日产、马自达这些日系品牌在这两年内却专注于提升传统发动机热效率的提升。日系车企拼命提升燃效的背后,到底能给我们什么启发呢?


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