混合動(dòng)力、燃料電池，這些幾乎可以和豐田劃上等號的名詞隨著這幾日躍然于紙上的兩則消息顯得有些風(fēng)光不再。近日，一貫善于另辟蹊徑的豐田貌似是意識到了自己的“冒失”，終于開始有所收斂，接連有旗下新型內(nèi)燃機(jī)公諸于世，而它們的共同特點(diǎn)只有簡單的兩個(gè)字“高效”。
燃效過低向來是內(nèi)燃機(jī)永遠(yuǎn)的痛，縱觀市面上已經(jīng)量產(chǎn)的機(jī)型，燃效最高的柴油機(jī)其熱效率也不過40%上下，而汽油機(jī)自不必說更遠(yuǎn)低于這一數(shù)字。大把大把的能量白白在空氣中消逝，這件事說來有些奢侈。
日系車企對效能、油耗這些字眼兒歷來秉持錙銖必較的處事態(tài)度，而豐田此次所公布的一系列新機(jī)型，也只是其繼同馬自達(dá)開展技術(shù)合作后，在傳統(tǒng)動(dòng)力領(lǐng)域的又一次發(fā)聲，并力圖借此向世人重申，除了那些天馬行空的新玩意兒，自己在傳統(tǒng)動(dòng)力領(lǐng)域同樣具備大哥級的實(shí)力。
汽油機(jī)40%，柴油機(jī)44%，這種燃效水平乍看之下或許并不能完全說明問題，因?yàn)榇饲耙呀?jīng)有為數(shù)不少的科學(xué)狂人在實(shí)驗(yàn)室里測試出過比這一數(shù)字更高的數(shù)值，但如果加上量產(chǎn)二字，那其中的意味便迥然不同了。
以此次豐田推出的汽油機(jī)機(jī)型為例，該機(jī)計(jì)劃搭載在將于年內(nèi)上市的新一代普銳斯車型上，根據(jù)車型研發(fā)周期推算，顯然其已進(jìn)入了量產(chǎn)前的最終生產(chǎn)調(diào)試階段，而燃效更高的豐田GD系列柴油機(jī)則在本月的早些時(shí)候便已隨著新一代豐田“Hilux”皮卡一并上市銷售。因此若將比拼對象縮小至量產(chǎn)機(jī)型范圍內(nèi)，你會突然意識到，其效率在這個(gè)圈子里絕對是無出其右。
燃效的提升究竟源自何處？
說了這么多，想必人們最為關(guān)心的依舊是豐田究竟擁有何種魔力可以讓燃效實(shí)現(xiàn)大幅躍升，對此車云菌也專程展開了一番拉網(wǎng)式信息排查，不過令人倍感意外的是，當(dāng)真相漸漸浮出水面，兩種風(fēng)格不盡相同的技術(shù)革新呈現(xiàn)在我們面前。
汽油機(jī)：讓廢氣再多一點(diǎn)
豐田全新汽油機(jī)
針對汽油機(jī)，豐田將放改進(jìn)重心放在了EGR（排氣再循環(huán)）工作限值的優(yōu)化上。說到這里，可能更多人會聯(lián)想到柴油機(jī)。確實(shí)，EGR技術(shù)在柴油機(jī)上的應(yīng)用更為普遍，不過對于豐田來說，汽油機(jī)搭載EGR技術(shù)也算不上是什么新聞。如為人所熟知的第三代普銳斯（發(fā)動(dòng)機(jī)代號：2ZR-FXE）、凱美瑞（發(fā)動(dòng)機(jī)代號：6AR-FSE）等車型發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用便是最好的例子。
根據(jù)豐田此前的研究，如果將EGR限值提高，增加冷卻尾氣的循環(huán)量，缸內(nèi)氣體的熱容量便會增大，從而降低缸體內(nèi)的溫度。這樣既有利于抑制爆震及N0x污染物的生成，又可使冷卻損失比現(xiàn)行發(fā)動(dòng)機(jī)減少大約8%，可謂一舉多得。
所謂EGR限值，其實(shí)就是廢氣所占缸內(nèi)氣體總量百分比的上限，如果廢氣濃度過高，則會大幅減緩缸內(nèi)氣體的燃燒速度，引發(fā)混合氣燃燒不充分，甚至是發(fā)動(dòng)機(jī)缺缸。因此，要想進(jìn)一步提升這一限值，就必須先消除由于廢氣過多所造成的燃燒過緩之弊病。
豐田認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)高速燃燒的重點(diǎn)在于增強(qiáng)缸內(nèi)氣體的流動(dòng)性，而這一指標(biāo)又與缸內(nèi)氣體的滾流比（活塞驅(qū)動(dòng)方向的旋流與軸方向的旋流之比）息息相關(guān)，若滾流比增大，則燃燒速度也會隨之加快?；诖?，豐田在新機(jī)型的開發(fā)上主要做了以下三點(diǎn)技術(shù)改進(jìn)：
1.令進(jìn)氣門下側(cè)區(qū)域外輪廓接近于直線，以便進(jìn)入氣缸內(nèi)的氣體更容易形成縱向渦。經(jīng)驗(yàn)證，改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為2000rpm時(shí)，可將缸內(nèi)氣體的平均湍流速度由原來的2.5m/s提高到3.4m/s。
2.減小設(shè)置于活塞頂面的圓柱形凹坑直徑，進(jìn)而增強(qiáng)活塞表面對缸內(nèi)氣體的擾流效果，促進(jìn)缸內(nèi)渦流加速流動(dòng)。
3.提升火花塞點(diǎn)火能量，以應(yīng)對缸內(nèi)氣體流速上升所引發(fā)的點(diǎn)火困難。
經(jīng)過一番設(shè)計(jì)優(yōu)化后，新型汽油機(jī)的滾流比最終由現(xiàn)行的0.8提升到了2.8，而整體燃效，也從起初的38.5%增加至四成。
柴油機(jī)：一層膜也能解決大問題
豐田GD系列柴油機(jī)
研究過了汽油機(jī)，我們再將目光再轉(zhuǎn)向燃效更優(yōu)的豐田全新GD系列柴油機(jī)。對于該系列柴油機(jī)，豐田并效仿前者將EGR限值作為優(yōu)化對象，而是把熱處理薄膜工藝視為提升燃效的不二法門。這做法表面看上去的確有些令人匪夷所思，但經(jīng)車云菌一番糾結(jié)過后，終于窺到了其中的小九九。
眾所周知，顆粒物是柴油機(jī)排放的痛點(diǎn)所在，而依樣畫葫蘆照搬先前做法，會出現(xiàn)如下一連串連鎖反應(yīng)。首先，EGR限值升高，導(dǎo)致缸內(nèi)氣體熱容量增大，缸體溫度降低；隨即顆粒物污染物開始出現(xiàn)激增（顆粒物的生成一定程度上與燃燒溫度呈反比），使尾氣后處理裝置壓力山大；最終革命號角驟然響起，尾氣后處理裝置提前宣告罷工?？磥聿⒉皇菞l條大路都能通向羅馬，有時(shí)繞路而行也不失為一種捷徑。
理論上講，內(nèi)燃機(jī)的燃效之所以會長期以來處于低位，其根本原因在于熱量會自行向低溫區(qū)域傳遞。如果能找到一種方法，既能抑制熱量向外擴(kuò)散，又能保證缸內(nèi)溫度處于合理區(qū)間，不引發(fā)NOx濃度上升等負(fù)面效應(yīng)，那就等于拿到了開啟燃效大門的金鑰匙。
豐田長期研究發(fā)現(xiàn)，通過對鋁鑄造合金的活塞頂面進(jìn)行陽極氧化處理，會在活塞頂面形成一層多孔質(zhì)氧化鋁（Al2O3）薄膜（豐田將其命名為“SiRPA”）。該薄膜不僅導(dǎo)熱率低，而且比熱容也很低，通俗點(diǎn)說就是“導(dǎo)熱性很差，散熱能力卻很出色。”。
將經(jīng)過薄膜處理的活塞置于氣缸后，神奇的一幕出現(xiàn)了。當(dāng)氣體燃燒使缸內(nèi)溫度升高時(shí)，覆蓋有薄膜的活塞頂面溫度也會隨之一并快速上升，進(jìn)而縮減與缸內(nèi)氣體間的溫差，降低由此所導(dǎo)致的能量損失；而當(dāng)燃燒過后缸內(nèi)溫度開始下降時(shí)，薄膜上的多孔結(jié)構(gòu)又會迅速將活塞表面的熱量散發(fā)出去，以避免缸內(nèi)溫度過高對進(jìn)氣及NOx的控制所造成不利影響，這種物理特性恰好與提升燃效相對癥。
不過豐田方面也表示，這種薄膜技術(shù)其實(shí)并沒有聽上去那樣完美。由于多孔質(zhì)氧化鋁的表面光潔度較差，可能會對缸內(nèi)氣體流速造成影響，因此在所目前生產(chǎn)的柴油機(jī)上，薄膜工藝的應(yīng)用范圍被嚴(yán)格限定在活塞頂面的擠氣區(qū)邊緣及外側(cè)，至于燃燒室內(nèi)的其它區(qū)域，則仍沿用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行制造。
小結(jié)：
相比于研發(fā)一種全新的動(dòng)力，在傳統(tǒng)技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)無疑更具普惠性，更易于被市場所接受?？梢灶A(yù)見，在未來的很長一段時(shí)間內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)汽車仍將占據(jù)整車銷售的主流，而作為汽車業(yè)界首席大佬的豐田，自然也是深諳此道。用全新的技術(shù)門類去搏個(gè)未來固然重要，但努力爭奪當(dāng)下的傳統(tǒng)市場，也不失為一種制勝之道。
當(dāng)然，有人或許會問，44%已經(jīng)是極限了嗎？近日，豐田設(shè)計(jì)部部長有田晃利在日本汽車技術(shù)協(xié)會舉行的“2015年春季大會學(xué)術(shù)演講會”上的演講提到，“今后豐田將以‘稀薄燃燒’、‘可變壓縮比’與‘燃料改質(zhì)’三項(xiàng)技術(shù)為核心展開攻關(guān)，待解決了‘冷卻及爆震等課題’后，豐田的量產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)燃效將‘快速達(dá)到50%’”。那么，豐田如何通過這些技術(shù)做到這一點(diǎn)，且聽車云菌下回為您講述。
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