自然吸氣發動機到底還有多大潛力

衛東 馬爽

9月14日，由汽車與運動雜志社與廣汽豐田聯合主辦的2018廣汽豐田汽車動力品鑒會在廣州成功舉辦。

“中國心”年度十佳發動機評選專家評審委員會主任王建昕，評委許敏、李理光、李君、尤林華、鄒博文、辛軍、陳德安，中國石油大連潤滑油研發中心評定中心主任黃勝軍，汽車與運動雜志社出版人周麗娟，汽車與運動雜志社執行主編楊建軍，中國汽車報社首席記者秦淑文，豐田汽車公司Toyota Compact Car Company主任工程師鈴木啟友，豐田汽車公司先進動力總成企劃管理部部長渡邊泉，豐田汽車公司發動機設計部發動機總成主查松井淳， 廣汽豐田汽車有限公司副總經理江口浩二，廣汽豐田汽車有限公司副總經理肖寧，豐田汽車研發中心（中國）有限公司北京分公司總經理湯田修事出席了此次汽車動力品鑒會。

王建昕主任首先致辭：“‘中國心年度十佳發動機評選已經走過了14年，不斷實現著當初的宗旨。今天這個汽車動力品鑒會也是一個非常好的機會，在這里不但能深度了解豐田先進的TNGA 2.0L發動機技術，還可以試駕搭載這款發動機的C-HR車型，這將會是一場非常有意義活動。”

汽車與運動雜志社出版人周麗娟感言到：“今日能在這里相聚分外感慨，從今年6月到9月，這已經是我們主辦的第四場汽車動力品鑒會，從幾次活動中我們也看到了車用內燃機還有著無限魅力。我們對這款豐田全新TNGA 2.0L發動機充滿了期待。經過14年的打造，‘中國心已經成為國內惟一的發動機評選技術平臺，一個合作的平臺、開放的平臺。”

廣汽豐田汽車有限公司副總經理江口浩二先生希望通過此次品鑒會，讓各位嘉賓充分了解豐田的這款技術特點鮮明的發動機。

豐田汽車公司Toyota Compact Car Company主任工程師鈴木啟友介紹了C-HR的設計理念和開發目標。作為第二款TNGA架構下的新車型，C-HR在歐洲廣受好評，在國內也成為了熱門話題。以獨特設計理念、運動的個性帶來舒適的駕駛體驗。在介紹之后，專家們探討了C-HR在豐田車型中的定位。

豐田汽車公司發動機設計部發動機總成主查松井淳深入淺出地講解了TNGA 2.0L發動機，這款發動機以高速燃燒、雙噴射、高轉速提供更好的動力輸出和油耗水平。講解會中PPT所涉及的全部內容非常詳細，但由于有些內容涉及到了豐田的研發機密，我們不得不在此忽略掉這些內容。對于這款發動機實在誘人的技術，我們本著好東西要讓更多人欣賞的原則，盡可能地多刊登一些，以饗讀者。

開發TNGA動力系統總成的目標是什么呢？松井淳告訴我們豐田對于傳統發動機的挖掘從來就沒有停下腳步，他們認為傳統發動機還有很大潛能亟待發揮。而且，目標只有一個：“動力總成（發動機/變速器）系統效率最大化”。

就像TNGA架構下的這臺2.0L發動機，它不僅注重提升發動機本身效率，更是從動力總成系統方面全面提升。充分利用自然吸氣發動機熱效率較高的優勢繼續深耕，把高熱效區范圍進一步擴大。同時，由于提高了轉矩以及使用齒比更寬的變速器，可以更充分、更靈活地利用高熱效區，進一步提升發動機的動力性和經濟性。綜合以上考量，這臺全新的TNGA 2.0L汽油發動機加速性能和油耗表現相比老款都提升了約18%。

豐田對于這款全新TNGA架構推出的2.0L發動機的目標又是什么呢？首先是要把燃燒狀態統一化，同時，在世界頂級熱效率和輸出功率之間取得完美平衡。作為一款傳統發動機，TNGA 2.0L發動機的熱效率可以達到40%，這在之前只有混動系統的專用發動機才能做到。同時，作為一款自然吸氣發動機，升功率達到了63kW/L，兼顧高熱效率和高輸出性能，對于豐田的研發人員來講這絕對是一項有著世界級難度的挑戰。

簡單來講，TNGA 2.0L發動機的研發目標就是要成為一臺高度兼顧世界一流功率和熱效率的自然吸氣發動機，并且滿足各國最嚴苛的排放法規（排放性能：中國：國6、日本：平成30年法規、美國：SULEV、歐洲：歐6）。

40%熱效率同時還具備63kW/L的升功率，需要哪些黑科技？在解讀黑科技之前，我們首先需要了解幾個關鍵詞。97.6mm長沖程、13∶1高壓縮比、缸內直噴+氣道噴射的D-4S雙噴射系統、高效率進氣道以及大比例EGR。正是這些關鍵技術最終造就了一臺史無前例的傳統汽油發動機。

針對世界第一的高速燃燒，豐田采用了整體研發。這臺TNGA 2.0L發動機把氣門夾角從原來的31°擴大到了41°，可以裝配直徑更大的氣門，這使得進氣流速進一步增加，同時缸內的滾流也得到了增強。

長沖程體現在最佳行程/缸徑比。經過豐田多年潛心研究以及實驗求證下，認為1.2為最優值。針對得出的結論，這臺TNGA 2.0L發動機的沖程設定為97.6mm、缸徑設定為80.5mm，沖程比為1.22。

激光熔覆閥座，可以說是豐田最新工藝開發和新材料開發的代表之一，其可以降低上部氣道高度，把氣道做成像賽車那樣平直的形狀，解決了增大進氣流量和增強滾流這一兩難的課題。這項工藝需要用激光把金屬粉末熔融，使其與基本體材料凝結為一體，這也是TNGA的招牌技術，未來這一工藝技術將會成為豐田量產發動機的標配。

D-4S雙噴射系統大家可能并不陌生，可以說它將豐田傳統動力發動機推向了新高度。TNGA架構下的2.0L發動機采用了第四代D-4S雙噴射系統，重新設計的錐形多孔直噴噴油器使得噴霧型狀自由度進一步提高，貫穿距比第一代縮短35%，有效改善了濕壁現象的發生。

輕量化方面，這臺TNGA 2.0L發動機幾乎是做到了極致，活塞連桿材料采用了高強度材料，配合楔形加工技術使得比現有連桿減重28%。得益于曲軸剛性、配重塊形狀的優化，使其可以應對高轉速的需求，而且相比現有產品減重12%。第一缸取消部分水套，縮短了缸體長度，使得該發動機的缸體結構更加緊湊。同時為了保證缸體冷卻性能不受影響，豐田工程師在兩缸缸套間距僅為7mm的空間內鉆孔。最終這臺TNGA 2.0L發動機重量僅為103.3kg。

擁有多年賽事經驗的豐田豪不吝惜地將賽車技術也應用到了這臺最新發動機上，3個冷卻噴嘴設計可有效降低高功率輸出時活塞的高溫。最高轉速6800rpm時活塞速度高達22m/s，為此豐田采用了偏心桶面油環技術，進一步提高刮油性能。

減磨方面，這臺發動機采用了激光紋理技術活塞裙，該技術是指通過激光加工形成網紋溝槽結構，生成最適合的油膜厚度，提升潤滑效果。連續可變機油泵的流量從0—MAX都可自由設定，任何行駛狀態下都可以提供最適度的機油量，優化主油道內油壓、大幅降低摩擦。

全新TNGA架構的2.0L發動機產品將會以商品力取勝，也就是我們常說的油耗與動力性。它將會帶給消費者自然吸氣發動機原有的線性加速感，以及不懼增壓的輸出性能。高速燃燒、大比例EGR、低摩擦、熱管理優化、輕量化、緊湊化將會讓消費者獲得更加完美的燃油經濟性。秉承豐田核心發動機“全世界制造、全世界行駛”的理念，采用TNGA架構的發動機可進一步降低成本（減少機型種類、大幅降低研發費用），這也將為豐田未來的產品提供更具優勢的競爭力。講解過后的討論環節，專家們就大比例EGR等技術與豐田專家進行了探討，之后大家參觀了廣汽豐田的生產線。

出色的發動機要與整車有更好的匹配，所以實車駕駛也是考量一款發動機的重要一環。老師們在駕駛過C-HR之后，都認為這款自然吸氣發動機的動力輸出較為順暢，加速能力出色。試駕之后，便來到了這次活動最后的環節——技術交流座談。

李君老師率先發言：“按照豐田的預計，自然吸氣發動機的熱效率能達到什么程度？”渡邊泉先生回應李君老師的問題：“如果沒有某些技術突破的話，自然吸氣發動機熱效率到45%就比較難了，到50%就需要增壓加稀薄燃燒等其他技術的支持了。”

中國石油大連潤滑油研發中心評定中心主任黃勝軍就潤滑油問題與豐田專家進行交流，目前C-HR所使用的機油為0W-16低粘度機油，對減少油耗有很大貢獻。辛軍老師與豐田專家探討了1.5T發動機與2.0L自然吸氣發動機在運行中帶來的不同效果，李理光老師就活塞環的新設計理念與豐田專家進行了探討。

目前中國的大學所培養出的人才如何在短時間內和企業的需求合拍，這是像王老師這樣的大學教授苦惱的事情，所以就這個問題王主任與廣汽豐田汽車有限公司副總經理肖寧交換了看法。王建昕主任還非常關注汽油發動機壓燃技術，對于這點渡邊先生認為目前階段，從產品穩定性角度來衡量，還是火花塞點火會更穩定、更可控一些。

會議最后，王建昕主任總結道：“2018廣汽豐田汽車動力品鑒會內容很豐盛，我們深入了解這款2.0L發動機，給我們帶來的收獲主要有兩點，第一是帶來了全新的設計概念，如激光熔覆閥座技術等，可以實現高速燃燒；第二，也讓我們感受到了豐田對技術研發的認真態度，就是我們常說的工匠精神。發動機每一部分做得都非常精致，40%的熱效率實際上是基于多項精細化研發的基礎上才實現的。‘中國心 年度十佳發動機評選是一個開放的平臺，在這里，大家共同探討發動機技術，最后也感謝廣汽豐田對這個平臺的支持和認可。”

隨后廣汽豐田汽車有限公司副總經理肖寧表示：“很榮幸與各位專家在廣州南沙工廠談論廣汽豐田發動機技術，大家留下的寶貴建議會鼓勵我們開發出更好的產品。中國生產的C-HR率先搭載了TNGA 2.0L發動機，體現了豐田對中國市場的重視。今后我們會導入更多的車型，如HEV、PHEV、EV，來滿足用戶的需求。”