自然吸氣發(fā)動機到底還有多大潛力

衛(wèi)東 馬爽

9月14日，由汽車與運動雜志社與廣汽豐田聯(lián)合主辦的2018廣汽豐田汽車動力品鑒會在廣州成功舉辦。

“中國心”年度十佳發(fā)動機評選專家評審委員會主任王建昕，評委許敏、李理光、李君、尤林華、鄒博文、辛軍、陳德安，中國石油大連潤滑油研發(fā)中心評定中心主任黃勝軍，汽車與運動雜志社出版人周麗娟，汽車與運動雜志社執(zhí)行主編楊建軍，中國汽車報社首席記者秦淑文，豐田汽車公司Toyota Compact Car Company主任工程師鈴木啟友，豐田汽車公司先進動力總成企劃管理部部長渡邊泉，豐田汽車公司發(fā)動機設(shè)計部發(fā)動機總成主查松井淳， 廣汽豐田汽車有限公司副總經(jīng)理江口浩二，廣汽豐田汽車有限公司副總經(jīng)理肖寧，豐田汽車研發(fā)中心（中國）有限公司北京分公司總經(jīng)理湯田修事出席了此次汽車動力品鑒會。

王建昕主任首先致辭：“‘中國心年度十佳發(fā)動機評選已經(jīng)走過了14年，不斷實現(xiàn)著當(dāng)初的宗旨。今天這個汽車動力品鑒會也是一個非常好的機會，在這里不但能深度了解豐田先進的TNGA 2.0L發(fā)動機技術(shù)，還可以試駕搭載這款發(fā)動機的C-HR車型，這將會是一場非常有意義活動?！?p>

汽車與運動雜志社出版人周麗娟感言到：“今日能在這里相聚分外感慨，從今年6月到9月，這已經(jīng)是我們主辦的第四場汽車動力品鑒會，從幾次活動中我們也看到了車用內(nèi)燃機還有著無限魅力。我們對這款豐田全新TNGA 2.0L發(fā)動機充滿了期待。經(jīng)過14年的打造，‘中國心已經(jīng)成為國內(nèi)惟一的發(fā)動機評選技術(shù)平臺，一個合作的平臺、開放的平臺?！?/p>

廣汽豐田汽車有限公司副總經(jīng)理江口浩二先生希望通過此次品鑒會，讓各位嘉賓充分了解豐田的這款技術(shù)特點鮮明的發(fā)動機。

豐田汽車公司Toyota Compact Car Company主任工程師鈴木啟友介紹了C-HR的設(shè)計理念和開發(fā)目標(biāo)。作為第二款TNGA架構(gòu)下的新車型，C-HR在歐洲廣受好評，在國內(nèi)也成為了熱門話題。以獨特設(shè)計理念、運動的個性帶來舒適的駕駛體驗。在介紹之后，專家們探討了C-HR在豐田車型中的定位。

豐田汽車公司發(fā)動機設(shè)計部發(fā)動機總成主查松井淳深入淺出地講解了TNGA 2.0L發(fā)動機，這款發(fā)動機以高速燃燒、雙噴射、高轉(zhuǎn)速提供更好的動力輸出和油耗水平。講解會中PPT所涉及的全部內(nèi)容非常詳細(xì)，但由于有些內(nèi)容涉及到了豐田的研發(fā)機密，我們不得不在此忽略掉這些內(nèi)容。對于這款發(fā)動機實在誘人的技術(shù)，我們本著好東西要讓更多人欣賞的原則，盡可能地多刊登一些，以饗讀者。

開發(fā)TNGA動力系統(tǒng)總成的目標(biāo)是什么呢？松井淳告訴我們豐田對于傳統(tǒng)發(fā)動機的挖掘從來就沒有停下腳步，他們認(rèn)為傳統(tǒng)發(fā)動機還有很大潛能亟待發(fā)揮。而且，目標(biāo)只有一個：“動力總成（發(fā)動機/變速器）系統(tǒng)效率最大化”。

就像TNGA架構(gòu)下的這臺2.0L發(fā)動機，它不僅注重提升發(fā)動機本身效率，更是從動力總成系統(tǒng)方面全面提升。充分利用自然吸氣發(fā)動機熱效率較高的優(yōu)勢繼續(xù)深耕，把高熱效區(qū)范圍進一步擴大。同時，由于提高了轉(zhuǎn)矩以及使用齒比更寬的變速器，可以更充分、更靈活地利用高熱效區(qū)，進一步提升發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。綜合以上考量，這臺全新的TNGA 2.0L汽油發(fā)動機加速性能和油耗表現(xiàn)相比老款都提升了約18%。

豐田對于這款全新TNGA架構(gòu)推出的2.0L發(fā)動機的目標(biāo)又是什么呢？首先是要把燃燒狀態(tài)統(tǒng)一化，同時，在世界頂級熱效率和輸出功率之間取得完美平衡。作為一款傳統(tǒng)發(fā)動機，TNGA 2.0L發(fā)動機的熱效率可以達(dá)到40%，這在之前只有混動系統(tǒng)的專用發(fā)動機才能做到。同時，作為一款自然吸氣發(fā)動機，升功率達(dá)到了63kW/L，兼顧高熱效率和高輸出性能，對于豐田的研發(fā)人員來講這絕對是一項有著世界級難度的挑戰(zhàn)。

簡單來講，TNGA 2.0L發(fā)動機的研發(fā)目標(biāo)就是要成為一臺高度兼顧世界一流功率和熱效率的自然吸氣發(fā)動機，并且滿足各國最嚴(yán)苛的排放法規(guī)（排放性能：中國：國6、日本：平成30年法規(guī)、美國：SULEV、歐洲：歐6）。

40%熱效率同時還具備63kW/L的升功率，需要哪些黑科技？在解讀黑科技之前，我們首先需要了解幾個關(guān)鍵詞。97.6mm長沖程、13∶1高壓縮比、缸內(nèi)直噴+氣道噴射的D-4S雙噴射系統(tǒng)、高效率進氣道以及大比例EGR。正是這些關(guān)鍵技術(shù)最終造就了一臺史無前例的傳統(tǒng)汽油發(fā)動機。

針對世界第一的高速燃燒，豐田采用了整體研發(fā)。這臺TNGA 2.0L發(fā)動機把氣門夾角從原來的31°擴大到了41°，可以裝配直徑更大的氣門，這使得進氣流速進一步增加，同時缸內(nèi)的滾流也得到了增強。

長沖程體現(xiàn)在最佳行程/缸徑比。經(jīng)過豐田多年潛心研究以及實驗求證下，認(rèn)為1.2為最優(yōu)值。針對得出的結(jié)論，這臺TNGA 2.0L發(fā)動機的沖程設(shè)定為97.6mm、缸徑設(shè)定為80.5mm，沖程比為1.22。

激光熔覆閥座，可以說是豐田最新工藝開發(fā)和新材料開發(fā)的代表之一，其可以降低上部氣道高度，把氣道做成像賽車那樣平直的形狀，解決了增大進氣流量和增強滾流這一兩難的課題。這項工藝需要用激光把金屬粉末熔融，使其與基本體材料凝結(jié)為一體，這也是TNGA的招牌技術(shù)，未來這一工藝技術(shù)將會成為豐田量產(chǎn)發(fā)動機的標(biāo)配。

D-4S雙噴射系統(tǒng)大家可能并不陌生，可以說它將豐田傳統(tǒng)動力發(fā)動機推向了新高度。TNGA架構(gòu)下的2.0L發(fā)動機采用了第四代D-4S雙噴射系統(tǒng)，重新設(shè)計的錐形多孔直噴噴油器使得噴霧型狀自由度進一步提高，貫穿距比第一代縮短35%，有效改善了濕壁現(xiàn)象的發(fā)生。

輕量化方面，這臺TNGA 2.0L發(fā)動機幾乎是做到了極致，活塞連桿材料采用了高強度材料，配合楔形加工技術(shù)使得比現(xiàn)有連桿減重28%。得益于曲軸剛性、配重塊形狀的優(yōu)化，使其可以應(yīng)對高轉(zhuǎn)速的需求，而且相比現(xiàn)有產(chǎn)品減重12%。第一缸取消部分水套，縮短了缸體長度，使得該發(fā)動機的缸體結(jié)構(gòu)更加緊湊。同時為了保證缸體冷卻性能不受影響，豐田工程師在兩缸缸套間距僅為7mm的空間內(nèi)鉆孔。最終這臺TNGA 2.0L發(fā)動機重量僅為103.3kg。

擁有多年賽事經(jīng)驗的豐田豪不吝惜地將賽車技術(shù)也應(yīng)用到了這臺最新發(fā)動機上，3個冷卻噴嘴設(shè)計可有效降低高功率輸出時活塞的高溫。最高轉(zhuǎn)速6800rpm時活塞速度高達(dá)22m/s，為此豐田采用了偏心桶面油環(huán)技術(shù)，進一步提高刮油性能。

減磨方面，這臺發(fā)動機采用了激光紋理技術(shù)活塞裙，該技術(shù)是指通過激光加工形成網(wǎng)紋溝槽結(jié)構(gòu)，生成最適合的油膜厚度，提升潤滑效果。連續(xù)可變機油泵的流量從0—MAX都可自由設(shè)定，任何行駛狀態(tài)下都可以提供最適度的機油量，優(yōu)化主油道內(nèi)油壓、大幅降低摩擦。

全新TNGA架構(gòu)的2.0L發(fā)動機產(chǎn)品將會以商品力取勝，也就是我們常說的油耗與動力性。它將會帶給消費者自然吸氣發(fā)動機原有的線性加速感，以及不懼增壓的輸出性能。高速燃燒、大比例EGR、低摩擦、熱管理優(yōu)化、輕量化、緊湊化將會讓消費者獲得更加完美的燃油經(jīng)濟性。秉承豐田核心發(fā)動機“全世界制造、全世界行駛”的理念，采用TNGA架構(gòu)的發(fā)動機可進一步降低成本（減少機型種類、大幅降低研發(fā)費用），這也將為豐田未來的產(chǎn)品提供更具優(yōu)勢的競爭力。講解過后的討論環(huán)節(jié)，專家們就大比例EGR等技術(shù)與豐田專家進行了探討，之后大家參觀了廣汽豐田的生產(chǎn)線。

出色的發(fā)動機要與整車有更好的匹配，所以實車駕駛也是考量一款發(fā)動機的重要一環(huán)。老師們在駕駛過C-HR之后，都認(rèn)為這款自然吸氣發(fā)動機的動力輸出較為順暢，加速能力出色。試駕之后，便來到了這次活動最后的環(huán)節(jié)——技術(shù)交流座談。

李君老師率先發(fā)言：“按照豐田的預(yù)計，自然吸氣發(fā)動機的熱效率能達(dá)到什么程度？”渡邊泉先生回應(yīng)李君老師的問題：“如果沒有某些技術(shù)突破的話，自然吸氣發(fā)動機熱效率到45%就比較難了，到50%就需要增壓加稀薄燃燒等其他技術(shù)的支持了?！?/p>

中國石油大連潤滑油研發(fā)中心評定中心主任黃勝軍就潤滑油問題與豐田專家進行交流，目前C-HR所使用的機油為0W-16低粘度機油，對減少油耗有很大貢獻。辛軍老師與豐田專家探討了1.5T發(fā)動機與2.0L自然吸氣發(fā)動機在運行中帶來的不同效果，李理光老師就活塞環(huán)的新設(shè)計理念與豐田專家進行了探討。

目前中國的大學(xué)所培養(yǎng)出的人才如何在短時間內(nèi)和企業(yè)的需求合拍，這是像王老師這樣的大學(xué)教授苦惱的事情，所以就這個問題王主任與廣汽豐田汽車有限公司副總經(jīng)理肖寧交換了看法。王建昕主任還非常關(guān)注汽油發(fā)動機壓燃技術(shù)，對于這點渡邊先生認(rèn)為目前階段，從產(chǎn)品穩(wěn)定性角度來衡量，還是火花塞點火會更穩(wěn)定、更可控一些。

會議最后，王建昕主任總結(jié)道：“2018廣汽豐田汽車動力品鑒會內(nèi)容很豐盛，我們深入了解這款2.0L發(fā)動機，給我們帶來的收獲主要有兩點，第一是帶來了全新的設(shè)計概念，如激光熔覆閥座技術(shù)等，可以實現(xiàn)高速燃燒；第二，也讓我們感受到了豐田對技術(shù)研發(fā)的認(rèn)真態(tài)度，就是我們常說的工匠精神。發(fā)動機每一部分做得都非常精致，40%的熱效率實際上是基于多項精細(xì)化研發(fā)的基礎(chǔ)上才實現(xiàn)的?！袊?年度十佳發(fā)動機評選是一個開放的平臺，在這里，大家共同探討發(fā)動機技術(shù)，最后也感謝廣汽豐田對這個平臺的支持和認(rèn)可?！?/p>

隨后廣汽豐田汽車有限公司副總經(jīng)理肖寧表示：“很榮幸與各位專家在廣州南沙工廠談?wù)搹V汽豐田發(fā)動機技術(shù)，大家留下的寶貴建議會鼓勵我們開發(fā)出更好的產(chǎn)品。中國生產(chǎn)的C-HR率先搭載了TNGA 2.0L發(fā)動機，體現(xiàn)了豐田對中國市場的重視。今后我們會導(dǎo)入更多的車型，如HEV、PHEV、EV，來滿足用戶的需求?！?/p>