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涡轮增压不烧机油?“老司机”丰田玩出新境界

来源:四川新闻网汽车频道综合2017-05-23 18:04:22

[导读]

  “丰田涡轮增压发动机不烧机油”这个传说最近一年在江湖流传着,可见消费者对于涡轮增压最痛心疾首的印象就是烧机油,除此之外,传统涡轮增压发动机还有很多副作用,最典型的就有:涡轮迟滞、油耗增加、工作温度高、可靠性较低等。


  从2014年推出的雷克萨斯NX,到2015年新皇冠和新汉兰达换上了2.0T,再到去年在一丰卡罗拉和广丰雷凌上装上1.2T发动机,丰田要开启属于自己的“涡轮时代”的意图非常明显了。大家可能会有疑问:涡轮增压发动机在中国都热乎了好些年了,被欧美品牌翻来覆去玩了N回,丰田这个“迟到者”,凭什么能够打动消费者?


  对于丰田来说是新技术吗


  一直以来,自然吸气发动机都是丰田的最爱,但早在八九十年代,丰田就开始玩涡轮增压了,早期也推出过多款涡轮增压发动机,只是更多应用在赛车上,没有跟风去普及到乘用车上。


  


  1982年,丰田首款高性能四缸涡轮增压汽油发动机3T-GTE就诞生了,该发动机排气量为1770毫升,压缩比由自然吸气3T-EU的9:1降至7.8:1,为了提高点火效能3T-GTE还采用当时很少见的每缸双火花塞技术。同年,为了参加B组世界拉力锦标赛,丰田推出了限量200台的CelicaTwincamTurbo,此车使用了排气量提升至1791毫升的4T-GTE,其最大动力输出提升到了132千瓦(180马力)。


  


  在那时候,丰田的涡轮增压发动机技术相当牛掰,并直接导致了后来宝马等品牌的跟风,在资深车迷们的眼里,当时的丰田涡轮增压技术可以说甩大众几条街。但是,那时丰田的主战场在北美、东南亚和日本本土,这些市场的消费者非常重视可靠性和耐用度,技术成熟的自然吸气发动机最受消费者喜爱,更重要的是,这些地方还没有推出像欧盟那样严厉的排放法规,现有的自然吸气发动机排放表现已足可达标。所以丰田暂搁涡轮增压技术的应用普及,把重心放在了自然吸气发动机上面,不断的挖掘自然吸气发动机的极限,保证了动力、油耗、品质稳定性等方面都有突出表现,并且可以与市场上大多数德系、美系的涡轮增压发动机抗衡。


  好饭不怕晚


  既然丰田涡轮技术如此高超,为何不早一点投放到市场?其实,丰田考虑最多的,是要让自己的技术“经得起考验”,可靠性摆在第一位。按说,涡轮增压技术在欧洲有悠长的历史,在中国也火了多年,很多人认为这是项成熟可靠的技术,但丰田觉得仍有改进空间,所以之前并没有在量产车上普及应用,但它也没闲着,在很长的时间里,丰田都在对这个本身就存在固有缺陷的技术进行持续改善。


  


  所以,涡轮增压不是新技术,但经过改善后的丰田涡轮增压技术,却击中了消费者的痛点,简直是当今涡轮增压界的一股“清流”。我们以今年投放市场的丰田1.2T发动机为例,看看丰田这个憋了多年的大招,有何犀利之处。


  为杜绝“烧机油”操碎了心


  首先说说大家最关心的烧机油问题,烧机油主要是因为增压发动机“窜气”引起,常见的涡轮增压发动机因为涡轮压力很大,燃烧后大量的废气涌入缸体内部而不能及时地排出去,会导致机油变质,润滑效率下降,就是俗称的“烧机油”。丰田用一个特殊的装置将进入润滑系的窜气重新抽回进气道里,有效减少窜气与机油接触的机会,从而有效解决了涡轮增压发动机机油消耗量大的问题。这点是相当关键的,也可以说是涡轮增压车的一大突破。


  


  当然,除了这个特别装置外,丰田还进行了以下技术改良,以对得起“不烧机油的涡轮增压”这个称号。


  1.将缸内直喷的喷油嘴设计成扁平形状并进一步加长,从而降低气缸壁上的燃料附着,截断、减少混合物的一部分来源。


  2.活塞顶部采用了特殊设计,提升了滚流比和混合气(汽油+空气)的流动强度,使分层燃烧和均质燃烧均可实现,进一步确保燃油的充分燃烧,降低早燃频率。


  3.采用了对活塞冷却的机油喷射停止系统,该系统具有电子控制式切换阀,可依据发动机冷却液温度、发动机转速、负荷等,对机油喷射进行控制,可以降低机油的过度消耗与稀释。另外,这套系统也可降低发动机热机时活塞冠面的积碳堆积,而积碳的减少可为抑制低速早燃做贡献。


  


  4.采用全新的喷射泵机构(新PCV系统),令自然吸气区域及增压区域曲轴内皆可实现通风,可以防止机油老化以及被进一步稀释。


  5.除了创造外部“不烧机油”的环境,为了提升机油自身的抗氧化性以及耐久性,研发人员还为这款发动机添加了特殊添加剂,开发出了新型机油。


  6.采用了独一无二的设计结构,同时强化了活塞连杆;出于对零部件工艺、工程标准的苛求,整个发动机包括增压器均由丰田自制,从产品品质上保证了“不烧机油”。


  迟滞症状大幅减少


  很多涡轮增压车型的车主都有切身体会,就是涡轮有一个打开区间,刚启动汽车时,因为废气量不够,难以打开涡轮,只有发动机达到一定转速时涡轮才会启动。而普通驾驶者在启动汽车的初始阶段,很少直接将转速拉这么高,这就尴尬了:你已经出了地库开始爬坡,但是涡轮没有做功,导致动力跟不上。


  


  丰田通过涡轮小型化非常巧妙地解决了这个难题,同样排量的发动机,丰田采用了体积更小、重量更轻的涡轮,使得只需很少废气就可以启动涡轮,只要你加油,涡轮就启动。除此之外,丰田还重新设计了涡轮至进气口的流程,大幅度缩短涡轮压缩空气至燃烧室的距离,因为路径越短,提供空气的速度就快,油门响应速度也就更及时。经过两方面的努力,丰田克服了涡轮介入迟滞的难题,动力输出更为流畅迅捷。


  涡轮按需开启


  涡轮虽然可以大幅提高动力,却也因导入更多的空气和燃料导致油耗增加,一般而言,相同排量下,涡轮增压是要比自然吸气更耗油的。丰田解决的办法就是改造涡轮进气结构,重新设计排气歧管和涡轮之间的废气旁通阀,让涡轮按需开启。丰田涡轮增压的废气旁通阀门正常情况下处于开启状态,排气直接通过阀门排放,并不推动涡轮,只有在加速或爬坡等需要较大动力时,阀门才会关闭,废气推动涡轮做功。


  


  如此一来,汽车在启动或者加速阶段,驾驶者踩下踏板,涡轮快速打开,汽车获得更强动力。在公路巡航阶段时,发动机并不需要太大动力,废气旁通阀会打开,直接导流废气,无需涡轮做功。


  水冷更给力


  由于涡轮增压器,是通过温度非常高的废气驱动涡轮来工作的,经过热传导的作用进气的温度也会变得非常高。涡轮增压的本意是要提高进气效率,却碰上“高温”来捣乱,所以必须由中冷器来冷却这部分空气,显然冷却这部分空气变得尤为重要。


  


  在大多数涡轮增压发动机采用风冷式中冷器时,丰田坚持使用小部分高端机采用的水冷式中冷器。那么哪种冷却方式更好呢?风冷式是让外界空气流动带走热量,就像吹风扇。而水冷式,则是利用循环冷却水,就像冲凉,相比吹风更爽快而且立竿见影。所以二者的冷却效率,不用过多阐述也能高下立判。水冷式中冷器对压缩后的进气能够进行持续、稳定的冷却,从而获得更好的性能表现,增压的介入响应也得到提升。这里要说的是,当发动机在长时间高负荷驾驶的情况,多少会使用一些燃料进行冷却。有了这样一款稳定高效的冷却器,这部分燃油消耗完全可以省掉。


  VVT-iW玩出新境界


  不要忘记丰田玩得最好的VVT-i技术,就是进气门可以提前打开(吸多点新鲜空气进气缸),排气门可以延迟关闭(把气缸内燃烧废气排放得更干净一些)。但丰田在涡轮增压发动机上引入了一个VVT-iW技术,简单来说就是进气门也可以延迟关闭了。同时还实现了一个更有逼格的技术—阿特金森。


  


  所谓“阿特金森”技术,就是引擎的做功冲程比压缩冲程更长,相当于用相同的燃油,比别人做更多的功,结果就是更省油了。但丰田的阿特金森技术并非气缸的冲程可以变化,只是利用玩得纯熟VVT-i技术,在压缩冲程把进气门延迟关闭,把气缸内的混合气又挤压一部分回到进气歧管,这样尽管做功冲程没有变化,但气缸内混合气少了,相当于压缩冲程变小了。


  


  因为有了VVT-iW技术,丰田的涡轮增压发动机的阿特金森技术是可以关闭的。也就是说它在低输出的时候可以采用阿特金森模式,假设把排量从2.0L变为1.8L工作,但需要高输出时就关闭阿特金森,依然就是一副标准的2.0L在全力做功。


  结语


  对丰田这样研发过硬并有技术储备的车厂来说,投放涡轮增压发动机并不存在技术上的困难,丰田更多需要考虑的是有没有这个市场需要。


  自2012年从“丰田中国”向“中国丰田”转变以来,丰田一直用各种方式来表达扎根中国的决心。这两年,丰田在华的节奏愈发轻快,不仅混动战略终于落地,而且一改此前被诟病跟不上“潮流”的形象。


  在丰田看来,混合动力是走向零排放前的过渡期最重要的技术,涡轮增压是一个有益的补充。总体而言,在涡轮增压技术上,丰田虽不是启蒙者,却是集大成者。以执拗的态度将涡轮增压的种种顽疾一一化解,毕其功于一役,某种意义上也宣布了涡轮增压技术的成熟。(图片稿件由厂商提供)

  


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