丰田的2.0T涡轮增压引擎与德系2.0T差异到底在哪？.doc

丰田的2.0T涡轮增压引擎与德系2.0T差异到底在哪？从1905年瑞士人申报涡轮增压专利，至今这一技术已经历了110年。现在，众多的商品车上，都使用着这一技术。在中国，因汽车排量税的法规的实施，欧洲厂商率先推出了大量的使用涡轮增压技术的车款，现在，日系汽车厂商也推出了众多配有该技术的车款。 从实际表现上，欧洲厂商与日本厂商有着思路上的不少差异，要搞清楚它们之间的差别，首先要搞清楚为什么要使用这种增压引擎，它到底有什么优缺点？这对两者的设计思路会有更多的启发。二、涡轮增压汽油引擎的缺点 1、动力输出不线性。涡轮增压引擎的功率和扭矩的输出，在涡轮启动的前后，动力输出变化巨大，驾驶感上，尤其是在引擎低转速区间，有明显的迟滞、顿挫感。此外，功率和扭矩在高转速区间，衰退的也较快，也就是说功率和扭矩的输出在中间的某一转速区间比较线性，两头都衰减的厉害。这一特性需要更多齿数比的变速器与之匹配，在合理的控制程序下，来发挥其功率和扭矩输出的区间特性。下图为：大众1.4TSI的功率扭矩工况图，可以看到，低转速区间，扭矩增加很剧烈，3700转之后，也衰减的很快。这就是为什么你跟车时缓慢踩下油门后，开始加速无力，但转速达到1800转时，动力会突然增大，突兀感过强。2、排气歧管高温。由于涡轮增压引擎，需要利用高温废弃带动压气机涡轮，所以会人为制造排期阻碍，造成排气歧管的初段高温，尤其是高转速区间，排气温度高，气阻会造成排期歧管初节，产生上千度的高温。这种高温对部件的制造工艺要求极高，否则涡轮机工作寿命会大幅缩短。此外这种引擎也不适用于高转速持续工作的越野汽车脱困和会出现瞬间降温的涉水驾驶。下图：没有散热装置的排气歧管，在较高转速持续工作时的高温现象3、进气状况对引擎工况影响较大。高温环境下的进气温度较高、突然加速的转速突然升高、进气量突然加大，进气歧管的气体蓄积体积大小，对引擎的进气稳定性，都有着很大的影响。所以，为了提供相对恒定的进气温度，很多高级涡轮增压引擎都带有液体散热中冷器，以及可变进气歧管（蓄积空气的体积可变）。 4、噪声大、振动大。涡轮增压引擎的压缩后的油气混合气密度高、爆发力强，所以噪声、引擎振动都相应加大了不少，降噪和减震做的不好，将直接影像座舱空间的舒适感。 5、气缸工作温度高。涡轮增压引擎的气缸内工作温度高，造成缸壁、活塞顶端周围的热量大量积聚，也因此，其活塞、缸筒、活塞环的材质和工艺都要求极高，材料在高温下的工作稳定性也要求极高。否则，你就会出现机油消耗量大、气缸密封变差的缸压下降的严重问题。所以大众的很多涡轮增压引擎即使使用0W-40这种黏度极高的机油，也不能抑制机油消耗过快、动力下降的问题。在涡轮增压引擎的发展史上，日本汽车厂商曾经制造了奇迹。1987年，搭载本田1.5升涡轮增压RA167E发动机的威廉姆斯FW11B赛车，最大功率为1050马力。以区区1.5L排量的V6引擎就能做到，功率密度相当高，涡轮增压的优势被发挥得淋漓尽致。这一纪录欧洲车厂至今也没有打破，并成就了一代车神“塞纳”创造了更多的奇迹，但其油耗也确实不低。虽然功率可以做得很大，但我们经常发现一个问题涡轮增压引擎的汽车，城市使用的油耗，与其标称的综合油耗差距很大，通常要高出很多。2014年，世界上热效率排名靠前的引擎，根本看不到涡轮增压的影子，排名冠军的是丰田6AR-FSE的2.0L的D4-S双喷射自然吸气引擎（凯美瑞使用的）这就是因为涡轮增压引擎在频繁加减速行驶时，油耗并不低的印证。对于2017年欧洲将实行的欧盟轻型汽车循环测试法，北美将实行美国轻型汽车循环测试法，增加了大量城市路况的频繁加减速驾驶油耗测试，测试出的汽车油耗，将更接近真实值。这对於大部分涡轮增压引擎而言，频繁加速驾驶并不节油的缺陷也将暴露出来，并将会受到新测试法的严格限制。所以，欧洲的涡轮增压引擎，在未来的几年，方向性必须有所改变，以满足更严格的排放限制。 所以我们综上所述，得出以下结论，理想的涡轮增压发动机应该是这样的： 动力强、无迟滞、低油耗、重量轻、很稳定、振动小、噪声低、寿命长 从这几点我们来看看欧洲厂商和丰田的涡轮增压引擎，差异到底在哪？1、动力上，欧洲厂商与丰田涡轮增压引擎，动力参数基本是旗鼓相当。对于数量最集中的2.0L涡轮增压引擎，丰田的2.0T的动力输出均在中上水平。皇冠的8AR-FSE的2.0T，输出水平基本在奥迪2.0T、BMW525之上，但低于BMW的2.0高功率版的BMW528。 2、为应对涡轮的迟滞，丰田使用了同BMW一样的双涡管高速涡轮。这一技术，改善了低转速下的涡轮压气效能，所以，低转速下，涡轮增压就可以发挥作用，峰值扭矩进一步提前，以改善迟滞感。另外，在这个级别的车上，欧洲车厂和日本车厂普遍配置的纵置8AT变速器（奥迪使用的CVT变速器除外），为改善平顺性，绝对功不可没。丰田更是重新设计了液力变矩器和锁止的控制程序，以获得更为平顺的加速体验，这也是世界上其它车厂难以抗衡的巨大优势。在主流的高档变速器上，丰田依靠其控股的爱信精机，在引擎与变速器的匹配上，获得了比其它所有厂商都不具备的匹配优势。下图为：丰田原厂制造的双涡管涡轮增压器下图为：丰田的2.0T，排气歧管和缸盖成为一体，排气歧管经液体散热后直接变为两个排气出口与双涡管增压器连接。其中大口为近端2、3号气缸排气，小口为远端的1、4缸排气。所以在这个引擎上，你看不到BMW引擎上的那4根排气歧管，高温也可以被更好地抑制。3、为降低城市工况的油耗，丰田使用了两种内燃机循环模式的工作方式，非加速过程，使用超低油耗的阿特金森循环，加速时使用奥托循环。以大幅降低怠速等待、严重拥堵道路下的油耗。阿特金森循环，以奥托循环一半容积的混合气，达到全活塞行程的做功，也就是说，在怠速、持续行驶中，阿特金森循环以一半的燃油，就可以维持怠速时的发电机、压缩机的工作，持续行驶时，也是以一半的燃油就可以维持车辆的行驶状态。加速时，使用奥拓循环，再发挥出引擎最大出力。下图为：丰田2.0T涡轮增压引擎，使用双VVT-iW，广角度正时连续调整，对进气门做特殊控制，来实现内燃机的阿特金森循环下图为实物下图为：吸气冲程（左侧为阿特金森循环，右侧为奥托循环） 注意！左侧的进气气门没有关闭，右侧已关闭并开始喷油下图为：压缩冲程（左侧为阿特金森循环，右侧为奥托循环） 注意！左侧的进气气门才关闭并喷油，右侧已压缩一半下图为：点火、做功冲程（左侧为阿特金森循环，右侧为奥托循环） 注意！左右侧完全一样下图为：排气冲程（左侧为阿特金森循环，右侧为奥托循环） 注意！依然左右侧完全一样4、在引擎重量上，欧洲车厂做了更多的文章，在2.0T上简化了缸盖的凸轮轴设计，将凸轮轴与气门室盖做为一体，减轻了重量。并尽力将引擎做的更为低矮，从而尽可能的地提升前驱车款的操控性，降低转向不足。前驱的奥迪A6、A4就是个例子，它比其它类似的前驱车款，操控性都表现的更好。而丰田8AR-FSE则制作的相对复杂，其重量与其V型6缸引擎，相差无几，原因在于气门凸轮轴机构、散热系统，都比奥迪的工艺要复杂，凸轮轴机构的润滑、轴瓦分布的更密，部件也做得更结实耐用，液冷的中冷器、液冷的排气歧管.这一切都增大了整个引擎的重量。但由于皇冠使用了后驱结构，所以这些重量很容易被分散的变速器、差速器等重量，将整车重心后移，并达到理想的前后质量配比。下图为丰田2.0T8AR涡轮增压引擎的液体循环中冷器，相对于普通廉价的风冷中冷器，液冷中冷器的效率更高，进气温度也更稳定。局部放大图可看到密布的冷却水道分布。5、在稳定性和涡轮增压引擎的寿命上，欧洲车厂也有着很强的实力。奥迪在勒芒大赛上的优异成绩，就说明了这一点。但你要记住，那是竞技，实现这一切的代价是高昂的，并非是普通商品车可以分享得到的。在商品车领域，欧洲车厂的涡轮增压引擎，远不及日本车厂。从涡轮增压器的生产到气缸材料、工艺的应用，日本车厂都使用了更好的设计和制造工艺。丰田2.0T的引擎，不仅全部使用水冷中冷器，包括排气歧管都使用了液体散热技术，包括核心部件涡轮增压器，也是由自家开发制造，这都是欧洲车厂在品控和成本上难以匹敌的。此外，丰田的涡轮增压引擎还在曲轴箱内，每个活塞的下端装有机油喷嘴，为活塞顶和气缸壁喷洒润滑和降温的机油，相对於以往的飞溅润滑，这种设计的降温和润滑效果更好。 其它诸如丰田的燃油双喷射系统，4个气缸使用8个喷油嘴，其中4个位进气歧管喷射，另外4只为缸内直喷下图：4只黄色的为进气歧管喷射，不仅混合气的雾化效果更好，也可以降低仅有缸内直喷带来的进气歧管和进气门的积碳问题。黑色的4只为缸内直喷喷嘴。6、在引擎噪声和消除振动上，日本厂商一直领先于欧洲车厂，包括引擎智能启停过程，都可以做的抖动更小。这一点，在雷克萨斯和丰田其它高级车款上，都有着不容置疑的验证。说到启停技术，