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丰田黑科技:涡轮增压把大家弄湿了,自吸借水给自己洗地

小新说车  · 公众号  · 汽车  · 2017-02-14 12:41

正文

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涡轮增压把大家弄湿了,自然吸气借水给自己洗地......

本来想写一篇文章预习一下新款的凯美瑞,结果被丰田的新2.5L发动机勾住了魂,泡在各种资料里不能自拔。

看了一圈,发现Dynamic Force Engine并没有新的让人掉下巴的技术,但是却实现了让人掉下巴的结果——最高热效率和峰值扭矩从老款发动机的35%230Nm提升至40%250Nm——前段时间我写了一篇文章说匠人精神跟公司管理是无法共生的,看了丰田的新发动机,感觉自己被轻轻的扇了一下脸。

嗨,打脸就打脸吧,谁让他们在内燃机技术上这么执着呢。


下面的问题来了,丰田是怎么实现的热效率上的突破呢?看了一段视频,我被一个词持续刷屏了——strong tumble flow,强劲滚流。

又不是买滚筒洗衣机,我要滚流干嘛。

中国文化博大精深,如果这段视频可以用开源节流提纲挈领的话,那条理性就会上一个层次。热效率开源,无非是要让喷入气缸内的汽油得到更充分的燃烧。

Gasoline被译作汽油,很重要的原因是有Gas这个前缀。但也从一个方面表明,这种液体具有很强的挥发性。不过,在理工直男的眼中,这些液体还是不够放荡,需要更多的外部刺激才能让挥发混合浪起来。

于是乎,丰田的工程师上了三种“道具”,第一种是激光熔覆进气门座。用上了这种技术,进气道的形状由弯转直,空气的插……不对,进入自然更顺滑。有了德芙般的进气门口,流速也就不会打多少折扣。

第二种是改变体位……啊呸,改变进气歧管相对位置。

从图中我们可以看出,新的技术上身,进、排气门之间的夹角从31度变为41度。从前学空气动力学的时候,只觉得伯努利原理是就是TMD的白努力原理,所以对于相对角度跟气体流动方式的关系,我也说不出个一二。但是从视频上看,中间部分表示气流强度的“螺旋丸”颜色的确是深了。

有一个细节不知道大家注意到没有,进气门座的下端,丰田的工程师加入了一个凸起,凭着这个“空气动力学套件”,原本从进气门四周流入的空气向一侧集中,原本分散的力量被集合在了一起,滚流的增强也就顺理成章了。

不知道我们的读者里有多少工科出身,我相信这些人一定会理解尖角对于铸造工艺的高要求。看起来小小的变化却需要极大的工艺改善撑腰,见微知著,Dynamic Force Engine个位数的热效率提升,背后隐藏的努力一定是我们难以想象的。

最后一种是新的喷油嘴的使用,不管是歧管喷射还是缸内直喷,油雾喷射形状做出了不少的优化。供应商电装为了拍出这张照片给老板看,不知道花了多少的银子。


好了,说到这里我们可以对丰田工程师在“开源”上的努力做一个小结。


无论是进气门座工艺、形状的升级还是进排气门夹角的扩大、喷油嘴的改进,目的都是为了进气可以在气缸内有更强的涡旋式的流动。

举个浅显的例子,南方潮湿的回南天一来,很多苦孩子会把洗好的衣服挂在风扇跟前,开起Top Gear让衣服干的快一些。类似的道理,更强的涡流必然可以让喷油嘴的喷出的汽油在气缸中充分的汽化、混合,火花塞点火时湍流迅速传遍真个燃烧室,不仅仅可以可以尽可能的烧尽每一滴燃油,还可以让其中蕴含的能量在更短的时间内集中释放。


说完了三点开源,剩下的就是如何节流了。

淘宝上买一个节流阀吗,这么具有中国特色的做法也就只能说服马爸爸了。丰田挥动起它的小拳拳对大家都不太会关注点做了些手脚——Bore/stroke ratio(缸径冲程比)。

废话不多说,从图中我们可以获得已知信息,这台发动机的冲程增加到了103.4mm,缸径从90mm降低至87.5mm。这种缸径比小于1:1的发动机主要的优势有二,一是偏重低转扭矩输出,二是减少热能耗散(有兴趣的朋友可以自行wiki之)。



现在的内燃机,热能耗散诚然是热效率不高的重要原因,不过我们又不能改变物理定律,所以可以做的也不过如此。另外一点是“外挂”太多,拖累了发动机的输出。

在Dynamic Force Engine身上,原来的外挂附件换为了电控节气门、电控水泵和可变排量EGR。把这些累赘甩手给电瓶,发动机的效率就有了略微的上升。

月球一小步,人类一大步。当然,用这个来评价丰田的发动机太日吹了,不过,我还是受到了他们非常大的鼓舞。现在消费者的吸引力都被涡轮增压吸了过去,只剩下日本的几家企业还在苦苦的追求。

我没有具体的换算过能量效率上升1%对油耗的影响,看看热效率37、38%的地球梦科技跟锋范已经组合出了拥堵7.7L/100km,高速4.2L/100km的数据,怕是不久以后,自然吸气要对着涡轮增压说:不好意思,Sky is my limit。热效率的上升不仅仅可以做到节能减排,功率的上升我想我不用做太多的解释。


等等,不要走,隔壁王叔叔,不对,马自达叔叔好像还有话要说:如果丰田的Dynamic Force Engine就要吹嘘天空是极限了,那我们规划中的HCCI的极限,究竟要去到哪呢?


 注:新车评网原创文章

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