世界先进发动机开发揭秘
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1 引言

自从丰田在汉兰达、皇冠、RX、NX、GS等车型上使用的2.0T(8AR-FTS)涡轮增压发动机后,开发了4气缸1.2T小排量涡轮增压发动机。这款发动机的目标就是替代目前丰田产品序列中的1.6L~1.8L自然吸气发动机,属于入门级产品,于2015年4月在日本、5月在欧洲市场投放。在中国,对这款发动机做了油品适应性改良,从95标号燃油要求改为92标号要求,并应用在卡罗拉,雷凌身上。

为了应为未来法规,丰田利用常年在混动发动机上对高热效率技术的积累,并应用于传统发动机,对高速燃烧、燃烧室内扫气、燃烧室温度控制等技术进行探究,从泵气损失、排气损失、冷却损失、摩擦损失等角度全方位在设计,产生了一批高热效率、低油耗的发动机群,这款发动机就是其中的一款机型。

基于8AR-FTS发动机相同的设计理念,8NR-FTS发动机也集成了各种主流节能技术,诸如集成排气歧管的气缸盖,通过中间锁止装置的智能广角可变气门正时系统(VVT-iW)实现的阿特金森循环,以及为实现快速燃烧采取的强化涡流。该发动机采用缸内直喷涡轮增压(D-4T)系统,考虑成本,对双喷射系统的2.0T发动机进行了简化。结合单涡道涡轮增压器和VVT系统的控制,实现了发动机低速工况下的高扭矩。该发动机还采用了起停系统,选择的是压缩冲程分层喷射方式,实现了快速无冲击再起动。发动机匹配6档手动变速器或无级变速器CVT。尤其在CVT下,通过换档控制,减小了涡轮增压器的滞后期,实现具有一定驾驶乐趣的动力性和出色的燃油经济性。发动机的热效率达到36.2%。

注1:启停系统有多种启动方式,有和冷启动一致的电机拖拽启停方式,有压缩冲程启停方式,有膨胀缸燃烧辅助启停方式,每种方式各有优缺店,它们的启停速度、平顺性、成本都不一样,这块以后有机会再聊。

注2:涡轮增压发动机受到涡轮影响,压缩比一般在10左右,燃烧温度高,容易造成早燃和爆震,点火角无法提前,且涡轮还需要消耗掉部分能量,一般最佳热效率是不如自然吸气发动机的,但是在NEDC法规认证中,小排量涡轮发动机的经济区间在NEDC范围内,所以工信部油耗漂亮。

表1示出8NR-FTS(1.2T)发动机与8AR-FTS(2.0T)发动机的主要区别。8NR-FTS发动机配置了IHI涡轮增压器公司制造的单涡道涡轮增压器,发动机匹配 6档手动变速器(6MT)或无级变速器(CVT)。


表1发动机对比