丰田车发动机的讲解和区别（面对热效率41的发动机）

日系的自然吸气发动机一向以稳定可靠著称，虽然在德系推动的涡轮增压技术的压力下日系在传统动力上也逐渐进入增压时代。

但是自然吸气技术并未被日本车企放弃，而是在日系最擅长的混动领域继续大放异彩。

2019年沃德十佳发动机中本田2.0L阿特金森循环混动发动机和丰田Dynamic Force 2.0L自然吸气混动发动机双双获奖，证明了日本自然吸气技术在混动领域的成功。

今天的主角就是2019年沃德十佳的丰田最新Dynamic Force发动机家族，该家族包含2.0L和2.5L两个发动机排量，采用阿特金森循环，混合动力版本热效率能够达到41%，非混动的普通版本也可以实现40%的最高热效率，是当今量产发动机里面热效率最高的发动机。

虽然马自达宣称其全新的Skyacitve X火花塞辅助压燃SPCCI发动机能够达到50%的热效率，可以其连续的跳票使得丰田Dynamic Force在至少在今年还可以继续站在全球量产发动机热效率的顶峰。

下面我们来看一下丰田Dynamic Force发动机的41%热效率主要是如何实现的？

——答案就是先进的阿特金森燃烧系统。

目前量产的阿特金森循环发动机都是通过对气门正时的控制来实现的。简单来说就是利用进气门晚关的策略，在活塞到达进气下止点开始进入压缩冲程的时候保持进气门开启一段时间，使得部分已经进入气缸的空气重新被压回到进气管中，从而降低部分负荷下的泵气损失。

同时，这样也允许发动机使用比较高的压缩比，从而在膨胀做功冲程的时候能够利用高压缩比来进一步提高热效率。下面是通过控制气门正时实现阿特金森循环的示意图：

说到阿特金森循环，大家普遍认为日系如今流行的阿特金森循环是由马自达的SKYACITVE创驰蓝天发动机开始的。

其实，丰田应该是最早量产阿特金森循环发动机的汽车企业。

在丰田的第一代普锐斯混合动力车型上，就已经采用了阿特金森循环发动机。不过由于当时的技术所限，阿特金森循环发动机的功率非常低，只能用于混合动力发动机，无法在传统发动机驱动的车型上使用。

后来随着发动机技术尤其是VVT可变气门正时技术的发展，日系阿特金森循环发动机的技术取得了长足的进步，自从电动VVT加入以后，由于其更大的气门正时调节角度和更快的响应速度，使得阿特金森循环发动机也能实现比较高的性能。

这是目前日系阿特金森循环发动机全面开花的技术基础。下图是电动VVT的示意：

在Dynamic Force发动机上丰田为了实现41%的热效率，丰田采用了最新的阿特金森循环燃烧技术，其主要特点如下：

第一个特点是，采用更大的冲程缸径比结构来实现高效率。

丰田在Dynamic Force发动机上将缸径从上一代发动机的90mm缩小到87.5mm，而同时将冲程从原来的98mm增加到103.4mm。这样就实现了高达1.18的冲程缸径比，从而使得提高中低转速下的热效率具备了良好的结构基础。

第二个特点是高压缩比。

阿特金森循环的特点就是高压缩比，在Dynamic Force发动机上混合动力版本的压缩比高达14，而普通版本也能够达到13。

第三个特点是，高滚流的气道设计。

丰田为了这套阿特金森燃烧系统，重新开发了气道，改变了气门夹角使之能够产生更加强力的气流运动，从而优化缸内混合，使油气混合更快，更均匀，燃烧速度也就更快。

为了实现高滚流气道，丰田采用了先进激光喷涂的气门座圈工艺，大大减小了传统压入式气门座圈占用的宝贵进气道入口空间，留出更多空间给气门来进气，从而实现高滚流。

下图是丰田气门座圈激光喷涂工艺的示意。

第四个特点是EGR废气再循环。

EGR废气再循环，就是将一部分排气中废气重新引入汽缸内部重新参与燃烧，这样可以降低小负荷时的泵气损失，改善油耗。

但是过大的EGR率会引起燃烧不稳定，丰田设计的高滚流气道和快速的燃烧系统可以容纳更大的EGR率，并通过缸盖水套对EGR进行冷却，这使得这台发动机的EGR率最高可以达到25%。

第五个特点是电动进气VVT。

丰田在进气凸轮轴上采用了其称之为VVT-iE的电动VVT。这样可以实现快速的VVT调节，满足阿特金森循环中进气门晚关策略的实现。

第六个特点是双喷射系统

Dynamic Force 发动机采用了丰田的双喷射系统。也就是每个气缸有两个喷嘴，一个GDI直喷喷嘴加一个PFI气道喷射喷嘴。

基本控制策略是：在小负荷时采用气道喷射喷嘴，在大负荷时采用GDI直喷喷嘴，中间负荷两种喷嘴共同工作。双喷射系统主要的目的有两个：

一是，降低油耗。在小负荷PFI气道喷射喷嘴工作时，高压喷射系统不工作，高压油泵需要保持非常低的气道喷射供油压力即可，因此阻力会降低，有利于降低油耗。

二是，降低排放。由于直喷系统虽然高速高负荷效率更高但是会产生颗粒物排放。因此，增加一个PFI气道喷射喷嘴在低负荷工作，就可以避免颗粒物排放了。

同时，丰田在活塞上裙部上采用了特殊树脂涂层涂附在预先加工的沟槽位置来降低摩擦。

而为了降低润滑系统的阻力，丰田在采用了基于MAP控制的连续可变排量机油泵，这种设计可以在低速低负荷采用低油压来降低机油泵驱动阻力，提高效率，在高速高负荷采用好油压来保证润滑。

在降低冷却系统阻力上，丰田设计了电子水泵来取代传统的机械水泵。同时，电子水泵和电子节温器还可以一起实现灵活的发动机热管理控制策略，可以加快发动机暖机，进一步降低油耗。

可以说，丰田几乎把目前自然吸气发动机最新的技术成果都集成在了Dynamic Force发动机上，实现了高性能和低油耗的统一，其最高41%的热效率是目前的业界翘楚。

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