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1、20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，
2、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。00806040204000500041-iOOO20000006000si2、排气歧管高温。由于涡轮增压引擎，需要利用
3、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
4、，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
5、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 一一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
6、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
7、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
8、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。IF*fII*itkrt1(L3、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
9、，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
10、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
11、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
12、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
13、，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，皇冠正经是70年代世界上第一台采用这个技术的车 型，所以它已不是什么新鲜技术。从上述这些方面，你可以看到在涡轮增压引擎大面积的应用上，丰田不仅在追求引擎性能上的发挥，而更重要的低油耗、稳定性和可靠性上，更是比欧洲厂商下了更 多的功夫。毕竟更低的排放、排量税等限制措施，法规是越收越紧，无论是欧洲厂商还是日本 厂商，大家还是要不断地去挖掘内燃机的各种潜力，挖掘工程师技术发挥的无限潜
