涡轮增压不烧机油？“老司机”丰田玩出新境

发布时间： 2024-06-26 栏目：呼吸阀系列

  “不烧机油”这个传说最近一年在江湖流传着，可见消费者对于涡轮增压最痛心疾首的印象就是烧机油，除此之外，传统涡轮增压发动机还有很多副作用，最典型的就有：涡轮迟滞、油耗增加、工作时候的温度高、可靠性较低等。

  从2014年推出的雷克萨斯NX，到2015年新皇冠新汉兰达换上了2.0T，再到去年在一丰卡罗拉和广丰雷凌上装上1.2T发动机，丰田要开启属于自身个人的“涡轮时代”的意图很明显了。大家可能会有疑问：涡轮增压发动机在中国都热乎了好些年了，被欧美品牌翻来覆去玩了N回，丰田这个“迟到者”，凭什么能够打动消费者？

  一直以来，自然吸气发动机都是丰田的最爱，但早在八九十年代，丰田就开始玩涡轮增压了，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。

  1982年，丰田首款高性能四缸涡轮增压汽油发动机3T-GTE就诞生了，该发动机排气量为1770毫升，压缩比由自然吸气3T-EU的9：1降至7.8：1，为了更好的提高点火效能3T-GTE还采用当时很少见的每缸双火花塞技术。同年，为了参加B组世界拉力锦标赛，丰田推出了限量200台的Celica Twincam Turbo，此车使用了排气量提升至1791毫升的4T-GTE，其最大动力输出提升到了132千瓦（180马力）。

  在那时候，丰田的涡轮增压发动机技术相当牛掰，并直接引发了后来宝马等品牌的跟风，在资深车迷们的眼里，当时的丰田涡轮增压技术能说甩大众几条街。但是，那时丰田的主战场在北美、东南亚和日本本土，这些市场的消费者很看重可靠性和耐用度，技术成熟的自然吸气发动机最受消费者喜爱，更重要的是，这一些地方还没有推出像欧盟那样严厉的排放法规，现有的自然吸气发动机排放表现已足可达标。所以丰田暂搁涡轮增压技术的应用普及，把重心放在了自然吸气发动机上面，不断的挖掘自然吸气发动机的极限，保证了动力、油耗、品质稳定性等方面都有突出表现，并能与市场上大多数德系、美系的涡轮增压发动机抗衡。

  既然丰田涡轮技术如此高超，为何不早一点投放到市场？其实，丰田考虑最多的，是要让自己的技术“经得起考验”，可靠性摆在第一位。按说，涡轮增压技术在欧洲有悠长的历史，在中国也火了多年，很多人认为这是项成熟可靠的技术，但丰田觉得仍有改进空间，所以之前并没有在量产车上普及应用，但它也没闲着，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。

  所以，涡轮增压不是新技术，但经过改善后的丰田涡轮增压技术，却击中了消费者的痛点，简直是当今涡轮增压界的一股“清流”。我们以今年投放市场的丰田1.2T发动机为例，看看丰田这个憋了多年的大招，有何犀利之处。

  首先说说大家最关心的烧机油问题，烧机油主要是因为增压发动机“窜气”引起，常见的涡轮增压发动机因为涡轮压力很大，燃烧后大量的废气涌入缸体内部而不能及时地排出去，会导致机油变质，润滑效率下降，就是俗称的“烧机油”。丰田用一个特殊的装置将进入润滑系的窜气重新抽回进气道里，有实际效果的减少窜气与机油接触的机会，从而有效解决了涡轮增压发动机机油消耗量大的问题。这点是相当关键的，也能说是涡轮增压车的一大突破。

  当然，除了这个特别装置外，丰田还进行了以下技术改良，以对得起“不烧机油的涡轮增压”这个称号。

  1.将缸内直喷喷油嘴设计成扁平形状并进一步加长，以此来降低气缸壁上的燃料附着，截断、减少混合物的一部分来源。

  2.活塞顶部采用了特殊设计，提升了滚流比和混合气（汽油+空气）的流动强度，使分层燃烧和均质燃烧均可实现，进一步确保燃油的充分燃烧，降低早燃频率。

  3.采用了对活塞冷却的机油喷射停止系统，该系统具有电子控制式切换阀，可依据发动机冷却液温度、发动机转速、负荷等，对机油喷射来控制，能够更好的降低机油的过度消耗与稀释。另外，这套系统也可降低发动机热机时活塞冠面的积碳堆积，而积碳的减少可为抑制低速早燃做贡献。

  4.采用全新的喷射泵机构（新PCV系统），令自然吸气区域及增压区域曲轴内皆可实现通风，可以有效的预防机油老化以及被进一步稀释。

  5.除了创造外部“不烧机油”的环境，为提升机油自身的抗氧化性以及耐久性，研发人员还为这款发动机添加了特殊添加剂，开发出了新型机油。

  6.采用了独一无二的设计结构，同时强化了活塞连杆；出于对零部件工艺、工程标准的苛求，整个发动机包括增压器均由丰田自制，从产品的质量上保证了“不烧机油”。

  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。

  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。

  涡轮虽能大幅度提高动力，却也因导入更多的空气和燃料导致油耗增加，一般而言，相同排量下，涡轮增压是要比自然吸气更耗油的。丰田解决的办法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。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，发动机并不是特别需要太大动力，废气旁通阀会打开，直接导流废气，无需涡轮做功。

  由于涡轮增压器，是通过温度非常高的废气驱动涡轮来工作的，经过热传导的作用进气的温度也会变得很高。涡轮增压的本意是要提高进气效率，却碰上“高温”来捣乱，所以必须由中冷器来冷却这部分空气，显然冷却这部分空气变得尤为重要。

  在大多数涡轮增压发动机采用风冷式中冷器时，丰田坚持使用小部分高端机采用的水冷式中冷器。那么哪种冷却方式更好呢？风冷式是让外界空气流动带走热量，就像吹风扇。而水冷式，则是利用循环冷却水，就像冲凉，相比吹风更爽快而且立竿见影。所以二者的冷却效率，不用过多阐述也能高下立判。水冷式中冷器对压缩后的进气可以有效的进行持续、稳定的冷却，从而获得更好的性能表现，增压的介入响应也得到提升。这里要说的是，当发动机在长时间高负荷驾驶的情况，多少会使用一些燃料进行冷却。有了这样一款稳定高效的冷却器，这部分燃油消耗可完全省掉。

  不要忘记丰田玩得最好的VVT-i技术，就是进气门能提前打开（吸多点新鲜空气进气缸），排气门可以延迟关闭（把气缸内燃烧废气排放得更干净一些）。但丰田在涡轮增压发动机上引入了一个VVT-iW技术，简单来说就是进气门也可以延迟关闭了。同时还实现了一个更有逼格的技术阿特金森。

  所谓“阿特金森”技术，就是引擎的做功冲程比压缩冲程更长，相当于用相同的燃油，比别人做更多的功，结果就是更省油了。但丰田的阿特金森技术并非气缸的冲程可以变化，只是利用玩得纯熟VVT-i技术，在压缩冲程把进气门延迟关闭，把气缸内的混合气又挤压一部分回到进气歧管，这样尽管做功冲程没有变化，但气缸内混合气少了，相当于压缩冲程变小了。

  因为有了VVT-iW技术，丰田的涡轮增压发动机的阿特金森技术是可以关闭的。也就是说它在低输出的时候能采用阿特金森模式，假设把排量从2.0L变为1.8L工作，但需要高输出时就关闭阿特金森，依然就是一副标准的2.0L在全力做功。

  对丰田这样研发过硬并有技术储备的车厂来说，投放涡轮增压发动机并不存在技术上的困难，丰田更多需要仔细考虑的是有没这个市场需要。

  自2012年从“丰田中国”向“中国丰田”转变以来，丰田一直用各种方式来表达扎根中国的决心。这两年，丰田在华的节奏愈发轻快，不仅混动战略终于落地，而且一改此前被诟病跟不上“潮流”的形象。

  在丰田看来，混合动力是走向零排放前的过渡期最重要的技术，涡轮增压是一个有益的补充。总体而言，在涡轮增压技术上，丰田虽不是启蒙者，却是集大成者。以执拗的态度将涡轮增压的种种顽疾一一化解，毕其功于一役，某一种意义上也宣布了涡轮增压技术的成熟。