丰田Dynamic Force Engine系列发动机

文章来源:汽车动力总成 发布时间:2020-01-10
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Dynamic Force Engine系列发动机自诞生开始,就向外界展现了它不俗的实力,不仅打破了以往行业认知的量产发动机热效率极限,还颠覆了教科书中推算的数值。然而丰田并非使用了黑科技来完成目标,而是在已有的技术上不断深挖,不断创新,最终包括热效率在内的一系列优秀的账面数字表现使其成为了欧美,中国品牌对比的标杆。

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来说Dynamic Force Engine之前,我们就不得不先说说丰田的TNGA架构。近些年,汽车的研发都讲究平台化的理念,丰田的TNGA就是新时代下的产物,然而新平台需要一个全新的动力总成来覆盖小型车到中型车,Dynamic Force Engine系列发动机诞生的意义就是满足丰田TNGA架构对动力总成的需求。

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Dynamic Force Engine系列发动机自诞生开始,就向外界展现了它不俗的实力,不仅打破了以往行业认知的量产发动机热效率极限,还颠覆了教科书中推算的数值。然而丰田并非使用了黑科技来完成目标,而是在已有的技术上不断深挖,不断创新,最终包括热效率在内的一系列优秀的账面数字表现使其成为了欧美,中国品牌对比的标杆。

 

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在三缸机逐渐走进市场的今天,丰田也看到了其未来的发展,于是顺势推出了Dynamic ForceEngine系列的入门产品:代号为M15A的1.5L自然吸气三缸发动机。但对于三缸机,还是存在很多不同意见的,那么丰田既然选择了三缸机,就说明是有底气去克服目前技术上的缺陷。那我们就一起来看看这台1.5L自然吸气三缸发动机肚子里到底藏了哪些料。

这台全新的1.5L自然吸气三缸发动机代号为M15A,从命名规则就可以看出它与凯美瑞、亚洲龙、C-HR搭载的代号为M20A/C的发动机同属一个系列。

三缸机无论是结构还是动力上的优势都远不及四缸机,所以丰田的工程师对发动机整个工作过程重新进行开发,通过大量的实验,丰田的工程师认为缸径与行程的比值在1.2:1时,工作的效率会达到最佳。

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这里需要说明的是发动机工作过程中,从点火到火核成型,再到火焰锋面产生扩散到整个燃烧室是需要一定时间的。你可以理解为这个所需时间越短,发力越集中,那么有用功就会更多,效率就会更高,其中很大一部分影响因素就是缸径与行程的比值关系。

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如今汽油发动机上的很多技术都来自柴油发动机,其中便包含缸内直喷和EGR废气再循环,它们的研发之初也是为了提高燃油效率、降低排放。EGR虽有助于排放达标,但对燃烧效果会产生明显的影响,丰田的Dynamic Force系列发动机在开发之初设定的目标是最大热效率40%,升功率60kw/L,考虑到冷却损失、泵气损失、排气损失,EGR比例被控制在了25%才能够达标。

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此外为了进一步提升燃油经济性,丰田为M15A使用了分层燃烧技术,并根据自身的特点,选择了分层燃烧模型中的空气导向型。

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此前发动机气门座安装采用压接的方法,通过液氮对局部区域进行降温,利用热胀冷缩的原理将座圈压进气缸盖中。但是这种工艺对材料的厚度有一定的要求,因此气门直径和夹角无法自由设计。为了打破老技术的局限,丰田引入了激光熔膜技术,此前需要安装座圈的位置直接通过激光熔膜铜铬系合金粉末成型,相当于局部区域多了一层高强度的外衣。

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这台全新的1.5L自然吸气三缸发动机采用了缸内直喷技术,所谓缸内直喷就是直接将汽油喷射到缸内,从而减少了气道喷射过程中汽油在进气道蒸发所占用的充气体积。有助于提高发动机充填效率,提升发动机性能。

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除了上面提到的与燃烧有关的环节,M15A发动机在振动抑制、轻量化上也较老款机型进行了有针对性的优化。

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减少振动的方法还有降低惯性,为此部分零件继续轻量化设计,例如在连杆大端减薄,使轴承的表面压力分散,避免了局部应力集中,最终重量减少了20%以上。

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为平衡机油过度消耗与润滑效果之间的矛盾,M15A采用降低机油剪切应力的窄接宽度活塞环、改善孔变形密封性能的薄侧轨油环,并在活塞裙部使用类金刚石涂层降低摩擦系数等新技术。

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三缸机的振动属于先天的弱势,解决的办法之一就是增加平衡轴。M15A为了优化振动,同样搭载了平衡轴。

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由此可见,丰田在三缸发动机上的技术还是比较成熟的,但即使众多技术的加持,也不能代表M15A一定是完美的,具体的结论还需要等日后这台发动机是否能够来到中国,看看能不能给中国的消费者带来更佳的出行体验。

 

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