[汽車之家 新鮮技術解讀] 在漫漫人生路上，逆境往往能激發(fā)人平時難以察覺的潛力。對汽車而言,，苛刻的法律法規(guī)也常能促使新技術誕生、普及。當下就是各類環(huán)保法規(guī)緊逼內燃機發(fā)展的時間節(jié)點,，由此產(chǎn)生了小排量,、三缸、渦輪增壓等各種趣事,。有趣的是在這種風潮下,，豐田Dynamic Force Engine系列最新發(fā)動機選擇了卓逸不群。
● 背負新時代M系列發(fā)動機榮耀
近些年汽車的開發(fā)講求平臺化理念,，豐田的TNGA就是新時代下的產(chǎn)物,。新平臺需要一個全新系列動力總成，而且必須能覆蓋從小型車到中型車的全部需求,，這就是Dynamic Force Engine系列發(fā)動機的開發(fā)背景,。
Dynamic Force Engine系列發(fā)動機不僅滿足了TNGA架構的需求，還突破了以往行業(yè)認知中量產(chǎn)發(fā)動機熱效率的極限,，甚至顛覆了教科書中推算的數(shù)值,。不過它并非使用黑科技達成目標，而是穩(wěn)扎穩(wěn)打的在已有技術上不斷整合,、突破,，最終水滴石穿。因此,，雖然這臺最新的1.5L自然吸氣發(fā)動機屬于整個系列的入門產(chǎn)品,，但既然頭頂Dynamic Force Engine光環(huán)，值得關注的細節(jié)也就不會少,。
● NA的最后堅持
在各國“正義人士”的不斷推動下,，傳統(tǒng)燃油車退出舞臺的速度被大大加快。傷感的講,，我們很可能是最后一代與內燃機同呼吸,、共跳動的人了,。大趨勢影響下，不僅大排量發(fā)動機的身影愈發(fā)難尋,，就連往日被直列六缸發(fā)動機“藐視”的“直四”都快變成了稀缺產(chǎn)品,。
回溯汽車發(fā)展趨勢，早期技術所限的情況下,，為滿足人類對于速度的追求,，各家廠商采用的都是不斷增大的方法。而隨著上世紀70年代以后石油危機的爆發(fā),，法規(guī)緊逼下動力總成發(fā)展趨勢轉為小型化,。
● 3缸沒錯，但不是往日的它
今天發(fā)動機小型化的趨勢難以扭轉,，但現(xiàn)實需求也不能完全無視,。“吃得少,、干得多”看似矛盾,，卻是消費者提出的迫切需求。只是豐田這臺全新1.5L發(fā)動機并沒有按照大家預想的小排量,、增壓戲路登場,，在這個增壓發(fā)動機為主的時代，它選擇了堅守自然吸氣的“正義”,，而且還是三缸,。
今天提到三缸發(fā)動機大家的口碑還是褒貶不一，雖然通過渦輪增壓的方法,，讓這些發(fā)動機的動力輸出表現(xiàn)相比以往有了改變,，但燃油經(jīng)濟性的優(yōu)勢并不明顯。另一方面,，對廠家而言,，少一氣缸也并沒有帶來成本的大幅降低。那么豐田為何還要冒險前進呢,？
豐田之所以敢冒險,，原因一方面在于技術上的今非昔比。Dynamic Force系列發(fā)動機基于模塊化開發(fā)理念,，高級別機型技術加持是這臺代號M15A發(fā)動機的自信源泉,。另一方面老款發(fā)動機雖然滿足現(xiàn)有需求并不吃力,，但面對遠期,、更嚴苛的法規(guī)要求需要進行的優(yōu)化并不比開發(fā)全新機型來的更低。而在非頂梁柱車型換代之際搭載全新發(fā)動機,，以此通過市場進一步檢驗技術成熟度,，可以為今后熱銷車型發(fā)動機換代積累經(jīng)驗,。
● 從根源提升效率
物理結構從四缸變?yōu)槿祝M者使用過程中肯定不會希望動力也有所折扣,，這也是令開發(fā)團隊撓頭的地方,。從結果上看，豐田工程師選擇了最難走的路,，簡言之就是從發(fā)動機工作的吸氣,、壓縮、做功,、排氣根源上進行重新開發(fā),。
相同排量下活塞行程越長，高轉速下泵氣效果更明顯,，氣體流入燃燒室內的速度更快,。但行程增加摩擦也會增加，效率會降低,。換言之,，選擇合適的缸徑與行程比就是開發(fā)難點之一。
通過實驗,，豐田工程師認為二者比值接近1.2:1是最佳值,，新問題再次出現(xiàn)，為了滿足排放法規(guī),，新機型需使用EGR廢氣再循環(huán)技術,，而過高比值的廢氣無疑會影響燃燒效果。
此外為了提升燃油經(jīng)濟性,，新發(fā)動機也使用分層燃燒技術,，根據(jù)自身特點，其選擇了主流分層燃燒模型中的空氣導向型,。
現(xiàn)實世界中,，我們每一天都面臨著兩難的選擇。大到從漂亮但不顧家與持家可長相路人的妹子間選擇,，小到是存錢買游戲還是先抽口煙過過癮,，發(fā)動機的開發(fā)過程中同樣存在著兩難的情況。Dynamic Force Engine系列發(fā)動機開發(fā)的過程就是在矛盾中前行的,。
● 矛盾下前進
我相信屏幕前的您一定有過類似生活經(jīng)驗,，蓄滿水池不是簡單把出水口開到最大即可，那些無序噴出的水流往往會噴濺到池外,。發(fā)動機工作的過程中,，空氣就像是水流，想提升效率并非無序進入越多越好。
讓進氣更通暢的秘訣不僅是設計環(huán)節(jié)的優(yōu)化,，這還牽扯到了制造環(huán)節(jié),。傳統(tǒng)氣門安裝前需要在缸體相關部位安裝座圈，全新發(fā)動機使用激光熔膜法加以優(yōu)化,，從而可以實現(xiàn)工程團隊設計的更順暢的進氣管路設計,。
● 經(jīng)濟合理老傳統(tǒng)不能丟
提到豐田，無論哪國消費者都會脫口而出經(jīng)濟耐用,，一定程度上與其使用相對“穩(wěn)妥”的技術有關,。在D4-S混合噴射技術大規(guī)模應用的情況下，這臺1.5L自然吸氣發(fā)動機就做了穩(wěn)妥的選擇,，僅使用缸內直噴,。
缸內直噴技術是直接將汽油噴射到缸內，從而減少了氣道噴射過程中汽油在進氣道蒸發(fā)所占用的充氣體積,。有助于提高發(fā)動機充填效率,，提升發(fā)動機性能。當然它也存在濕壁效應以及進氣門背部積碳過多的缺點,，豐田如何應對這些問題目前還有待觀察,。
今天各國的測試條例都更貼近實際用車情況，包含冷車,、正常工作溫度以及各種復雜,，實驗表明歧管噴射與缸內直噴面對不同工況、負載各有利弊,，因此搭配使用的混合噴射在近些年逐漸成為趨勢,。豐田這臺全新發(fā)動機從燃燒根源加以優(yōu)化，從而使其單靠缸內直噴亦可達標,，節(jié)省一套歧管噴射系統(tǒng),，成本更低，穩(wěn)定性更高,，這或許也是未來全新發(fā)展趨勢,。
● 細部優(yōu)化
當然，除了上面提到的與燃燒有關的環(huán)節(jié),，M15A發(fā)動機在振動抑制,、輕量化上也較老款機型進行了有針對性的優(yōu)化?！奥槿鸽m小五臟俱全”的應用了不少高級別發(fā)動機上的開發(fā)思路,，這也是模塊化開發(fā)平臺帶來的紅利。
全文總結：
提到豐田,，很多人腦中的印象還是保守,、中庸,，實際上豐田章男上臺后，這家日本車企無論是品牌塑造,，亦或是技術投入上都有了天翻地覆的改變。乍一看全新的三缸,、自然吸氣發(fā)動機與這個時代“背道而馳”,，其實是工程師針對車型定位與目標用戶需求給出的解決方案。當然,，眾多技術加持并不代表結果一定完美,，我們期待日后有機會實際體驗，看看真相是否是真香,。（文/圖 汽車之家 唐朝）