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成熟与性能并重 丰田D-4T带来涡轮增压技术全新认知

日期:2017-5-22 17:32:00  来源:互联网  责任编辑:jeefchen


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    “压力越大,动力越大”——这个道理不仅仅适合人类,也适合汽车,最典型的例子就是涡轮增压。作为近20年最成功的技术,涡轮增压依靠增强进气压力,以更小排量实现了更强动力。尤其在如今的中国,更有“无增压,不动力”的说法。

    后来者丰田
    在大众、福特们竭尽全力开发涡轮增压的时候,丰田却全心全意投入到混合动力。当丰田在混合动力取得巨大成功之后,才反攻涡轮增压。
    丰田在2016年强势发力,开始大规模进入涡轮增压领域,凭借在雄厚的技术积累,不出手则已,一出手就是大手笔。
    很多人以为丰田是刚刚进入涡轮增压领域,其实,丰田研发涡轮增压技术已有超过20年的历史,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,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。2015年,丰田在中国市场相继推出了装配2.0T发动机的汉兰达皇冠,上市后反响极好,销量也远超预期,这也进一步提升了丰田在中国市场继续导入涡轮增压车型的信心。。

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涡轮增压基本原理

    2016年,丰田推出了D-4T涡轮增压发动机,这款1.2T发动机可谓是丰田涡轮增压技术的集大成者。
    不过介绍丰田技术革命之前,有必要先介绍一些涡轮增压技术的缺憾。
    涡轮增压的优势是以更小排量带来更大动力,但也有着很多副作用,最典型的就有:涡轮迟滞、油耗增加、顿挫感增强、烧机油和机器寿命缩短等等。消费者固然难以接受,但是时间长了人们也就习以为常,顿挫感可以理解成推背感,寿命短到时候换个涡轮,至于烧机油,后备箱多带一点机油就够了。

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        但丰田以实力解决涡轮增压的先天不足。至于技术秘密?完全公开,高中生都能理解这些原理。
让我们看看丰田是如何办到的吧,限于篇幅,只挑重点。

    第一个难题,涡轮增压介入迟滞
    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。

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    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。

    第二个难题,费油
    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。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。

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丰田重新设计的废气旁通阀

    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。而这时丰田阿特金森循环发动机可以发挥极佳的经济效能,大幅度提升了全行程的节能效果。

    第三个难题,发动机不稳定
    在解决了涡轮增压介入晚、费油的两大弱点之后,丰田还攻克了发动机爆震、烧机油、寿命短等顽疾,这些都关乎着发动机的稳定性和工作寿命。
篇幅所限,举个典型例子。
    发动机爆震,爆震本就是发动机常有的故障,涡轮增压发动机因为燃烧室压力增大,发生爆震的几率更大。
    在涡轮增压发动机启动时候,燃烧室内部压缩比非常高,有时压缩行程还在压缩,尚未到达最佳点火点,只因内部燃气混合物压力过大,导致了提前点火。此时,燃烧产生的巨大冲击力与活塞的运动方向相反,造成发动机巨大震动,导致动力下降,油耗增加,尤其是频繁爆震会损害发动机机械部件,受到不可逆的损失。
    面对难题,丰田选择从源头入手——爆震的根本原因就是高温高压的气体,丰田的涡轮结构在从涡轮到进气门设立了一个中冷。
    通过中冷器快速降低空气温度,使得进入气缸的温度降低,爆燃的可能性也就大幅降低,基本消除了发动机爆震现象。而且通过降低空气温度,还带来一个附加效益,就是进入空气温度降低以后,密度增大,可以压缩更多空气进入气缸,客观上也提升了功率。

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用缸内直喷取代歧管喷射

    除了在源头上解决问题,丰田应对爆震还采用了另一个技术,就是采用缸内直喷,喷油嘴直接向燃烧室喷射燃料,与歧管喷射发动机相比,可进一步冷却燃烧室,抑制爆震,使得爆震可以降低到普通自然吸气发动机同等水平,大幅延长发动机寿命。

    涡轮增压的终结者
    如此一来,传统涡轮增压技术的三大弊病:介入迟滞、费油、发动机不稳定 ,被丰田一一解决,除此之外,丰田还对包括排气温度过高、涡轮过热、燃烧室窜气等一些其他问题进行逐一解决,限于篇幅,我们不再一一罗列。
    总体而言,在涡轮增压的问题上,丰田虽不是一个技术启蒙者,却是一个集大成者。经过刻苦攻关,丰田以执着的态度将涡轮增压的种种顽疾统统解决,毕其功于一役,某种意义上也宣布了涡轮增压技术的成熟。

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