• 成熟與性能并重 豐田D-4T帶來渦輪增壓技術全新認知


    來源:東方網   時間:2017-05-22





      "壓力越大,動力越大"--這個道理不僅僅適合人類,也適合汽車,最典型的例子就是渦輪增壓。作為近20年最成功的技術,渦輪增壓依靠增強進氣壓力,以更小排量實現了更強動力。尤其在如今的中國,更有"無增壓,不動力"的說法。
     
      后來者豐田
     
      在大眾、福特們竭盡全力開發渦輪增壓的時候,豐田卻全心全意投入到混合動力。當豐田在混合動力取得巨大成功之后,才反攻渦輪增壓。
     
      豐田在2016年強勢發力,開始大規模進入渦輪增壓領域,憑借在雄厚的技術積累,不出手則已,一出手就是大手筆。
     
      很多人以為豐田是剛剛進入渦輪增壓領域,其實,豐田研發渦輪增壓技術已有超過20年的歷史,早期也推出過多款渦輪增壓發動機,只是更多應用在賽車上,沒有跟風去普及到乘用車上,在很長的時間里,豐田都在對這個本身就存在固有缺陷的技術進行持續改善。2015年,豐田在中國市場相繼推出了裝配2.0T發動機的漢蘭達和皇冠,上市后反響極好,銷量也遠超預期,這也進一步提升了豐田在中國市場繼續導入渦輪增壓車型的信心。。
    渦輪增壓基本原理
     
      2016年,豐田推出了D-4T渦輪增壓發動機,這款1.2T發動機可謂是豐田渦輪增壓技術的集大成者。
     
      不過介紹豐田技術革命之前,有必要先介紹一些渦輪增壓技術的缺憾。
     
      渦輪增壓的優勢是以更小排量帶來更大動力,但也有著很多副作用,最典型的就有:渦輪遲滯、油耗增加、頓挫感增強、燒機油和機器壽命縮短等等。消費者固然難以接受,但是時間長了人們也就習以為常,頓挫感可以理解成推背感,壽命短到時候換個渦輪,至于燒機油,后備箱多帶一點機油就夠了。
      但豐田以實力解決渦輪增壓的先天不足。至于技術秘密?完全公開,高中生都能理解這些原理。
     
      讓我們看看豐田是如何辦到的吧,限于篇幅,只挑重點。
     
      第一個難題,渦輪增壓介入遲滯
     
      很多渦輪增壓車型的車主都有切身體會,就是渦輪有一個打開區間,剛啟動汽車時,因為廢氣量不夠,難以打開渦輪,只有發動機達到一定轉速時渦輪才會啟動。而普通駕駛者在啟動汽車的初始階段,很少直接將轉速拉這么高,這就尷尬了:你已經出了地庫開始爬坡,但是渦輪沒有做功,導致動力跟不上。
      豐田通過渦輪小型化非常巧妙地解決了這個難題,同樣排量的發動機,豐田采用了體積更小、重量更輕的渦輪,使得只需很少廢氣就可以啟動渦輪,只要你加油,渦輪就啟動。
     
      除此之外,豐田還重新設計了渦輪至進氣口的流程,大幅度縮短渦輪壓縮空氣至燃燒室的距離,因為路徑越短,提供空氣的速度就快,油門響應速度也就更及時。
     
      經過兩方面的努力,豐田克服了渦輪介入遲滯的難題,動力輸出更為流暢迅捷。
     
      第二個難題,費油
     
      渦輪雖然可以大幅提高動力,卻也因導入更多的空氣和燃料導致油耗增加。豐田解決的辦法就是改造渦輪進氣結構,重新設計排氣歧管和渦輪之間的廢氣旁通閥,讓渦輪按需開啟。
    豐田重新設計的廢氣旁通閥
     
      豐田渦輪增壓的廢氣旁通閥門正常情況下處于開啟狀態,排氣直接通過閥門排放,并不推動渦輪,只有在加速或爬坡等需要較大動力時,閥門才會關閉,廢氣推動渦輪做功。
     
      如此一來,汽車在啟動或者加速階段,駕駛者踩下踏板,渦輪快速打開,汽車獲得更強動力。在公路巡航階段時,發動機并不需要太大動力,廢氣旁通閥會打開,直接導流廢氣,無需渦輪做功。而這時豐田阿特金森循環發動機可以發揮極佳的經濟效能,大幅度提升了全行程的節能效果。
     
      第三個難題,發動機不穩定
     
      在解決了渦輪增壓介入晚、費油的兩大弱點之后,豐田還攻克了發動機爆震、燒機油、壽命短等頑疾,這些都關乎著發動機的穩定性和工作壽命。
     
      篇幅所限,舉個典型例子。
     
      發動機爆震,爆震本就是發動機常有的故障,渦輪增壓發動機因為燃燒室壓力增大,發生爆震的幾率更大。
     
      在渦輪增壓發動機啟動時候,燃燒室內部壓縮比非常高,有時壓縮行程還在壓縮,尚未到達最佳點火點,只因內部燃氣混合物壓力過大,導致了提前點火。此時,燃燒產生的巨大沖擊力與活塞的運動方向相反,造成發動機巨大震動,導致動力下降,油耗增加,尤其是頻繁爆震會損害發動機機械部件,受到不可逆的損失。
     
      面對難題,豐田選擇從源頭入手--爆震的根本原因就是高溫高壓的氣體,豐田的渦輪結構在從渦輪到進氣門設立了一個中冷。
     
      通過中冷器快速降低空氣溫度,使得進入氣缸的溫度降低,爆燃的可能性也就大幅降低,基本消除了發動機爆震現象。而且通過降低空氣溫度,還帶來一個附加效益,就是進入空氣溫度降低以后,密度增大,可以壓縮更多空氣進入氣缸,客觀上也提升了功率。
    用缸內直噴取代歧管噴射
     
      除了在源頭上解決問題,豐田應對爆震還采用了另一個技術,就是采用缸內直噴,噴油嘴直接向燃燒室噴射燃料,與歧管噴射發動機相比,可進一步冷卻燃燒室,抑制爆震,使得爆震可以降低到普通自然吸氣發動機同等水平,大幅延長發動機壽命。
     
      渦輪增壓的終結者
     
      如此一來,傳統渦輪增壓技術的三大弊病:介入遲滯、費油、發動機不穩定,被豐田一一解決,除此之外,豐田還對包括排氣溫度過高、渦輪過熱、燃燒室竄氣等一些其他問題進行逐一解決,限于篇幅,我們不再一一羅列。
     
      總體而言,在渦輪增壓的問題上,豐田雖不是一個技術啟蒙者,卻是一個集大成者。經過刻苦攻關,豐田以執著的態度將渦輪增壓的種種頑疾統統解決,畢其功于一役,某種意義上也宣布了渦輪增壓技術的成熟。
     



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