豐田混動車型的熱效率為什麼能高達41 ?

時間 2021-06-03 01:16:39

1樓:兩天

原因很簡單,因為使用的阿特金森迴圈發動機。

這種發動機天生熱效率高,但是低扭較差。

所以阿特金森發動機被用在混動上,由電機來彌補低扭弱的缺點。

2樓:「已登出」

其實這裡得先說明一點,豐田的混動車型裡面不是所有車型的發動機熱效率都高達41%,比如LEVIN混動車型的發動機熱效率是40%,而高達41%熱效率的代表車型就是凱美瑞2.5L混動車型了。

既然你問了為什麼能高達41%,那我就具體說說原因,以下我分為幾個部分來說:

一、開發背景

這個2.5L發動機除了混合動力版本外,還有傳統發動機版本(最高熱效率40%),另外這個2.5L發動機還有乙個2.

0L的衍生版本。豐田將這一全新的發動機系列稱為Dynamic Force。

Dynamic Force發動機開發的目標是為了替換之前豐田混合動力系統使用ESTEC 2ZR-FE和傳統動力使用的2AR-FE發動機。在效能進一步優化的情況下,熱效率大幅度提公升。可以說是Dynamic Force系列發動機是豐田未來在傳統內燃機和混合動力發動機上的主力產品。

二、Dynamic Force 2.5L發動機的核心技術方案

1、效能水平

一般我們理解混合動力專用發動機的效能會非常差,之前豐田ESTEC系列發動機也是這樣的設定,當時1.8L混動專用發動機僅僅只有71kW的最大功率。但是這次豐田Dynamic Force 2.

5L發動機的效能目標其實設定是比較高的,在最高熱效率超過40%的情況下,傳統版本的2.5L自然吸氣發動機達到了151kW的最大功率,250Nm的峰值扭矩,這幾乎是常規自然吸氣發動機的效能上限了。混合動力版本的2.

5L發動機也達到了130kW的功率水平,效能也不弱。

2、發動機基本架構

Dynamic Force系列發動機屬於豐田TNGA模組化平台的一部分,因此發動機也採用了模組化設計的思路:

首先是統一了進排氣方向,採用了進氣在前排氣在後的統一設計,保持整車安裝邊界的一致。另外就是重新考慮和單缸模組化的設計,通過改變氣缸數量和單缸的排量來實現不同的動力組合。這樣可以大幅度的降低發動機的品種。

豐田在選擇Dynamic Force系列發動機的基本引數時,是以如何提高熱效率為目標的。因此Dynamic Force系列發動機採用了小缸徑大衝程的設計,缸徑從上一代的90mm降低到87.5mm,衝程從98mm加大到13.

4mm。小缸徑長衝程的設計配合阿特金森迴圈使發動機做功衝程的時間更長,能夠提高有效的提高發動機的熱效率。

3、阿特金森迴圈燃燒系統

阿特金森迴圈燃燒系統是Dynamic Force系列發動機實現超過40%的熱效率的最關鍵技術。阿特金森迴圈通過可變氣門正時機構和特殊設計的凸輪型線實現進氣門晚關,把進入汽缸的空氣再壓回進氣管一部分,這樣給缸內燃氣膨脹做功的衝程就長於實際用於壓縮的衝程,實現了膨脹比大於壓縮比的工作過程,熱效率得到較大提公升。因此豐田Dynamic Force 2.

5L發動機的壓縮比高達13:1。

(1)高滾流氣道

阿特金森迴圈必須採用高速的燃燒系統來保持燃燒的穩定性,因此豐田為Dynamic Force系列發動機設計了更大的進排氣門夾角和全新的高滾流氣道,加快氣體在缸內運動的速度,提公升燃燒穩定性。

為了降低高滾流氣道對氣門直徑的影響,避免高滾流氣道帶來的效能降低的問題,豐田在Dynamic Force系列發動機中採用了雷射塗附的氣門座圈工藝。同時這種工藝還提高了座圈的耐磨性和油品適應性。

(2)電動進氣VVT

阿特金森迴圈需要採用可變氣門正時來實現進氣門晚關的效果,豐田在Dynamic Force系列發動機上採用了進排氣雙VVT設計,同時在進氣側採用了電動VVT,以實現快速的正時調節。

3、雙噴射系統

Dynamic Force系列發動機採用了豐田的雙噴射系統。也就是每個氣缸有兩個噴嘴,乙個GDI直噴噴嘴加乙個PFI氣道噴射噴嘴。這樣可以充分發揮兩種噴射方式的優勢,在提高效率的同時還可以減少氣門積碳。

另外,需要說明的是豐田是全球最早使用雙噴射系統的車企,在2023年發布的代號為D4S的3.5V6自吸發動機上,豐田第一次引入了雙噴射系統。

4、冷卻EGR

豐田在Dynamic Force系列發動機上使用了冷卻EGR(廢氣再迴圈系統)技術,在部分負荷時從排氣管引一部分廢氣重新進入進氣系統,這部分廢氣不參與燃燒,從而降低幫浦氣損失,提高熱效率。得益於Dynamic Force系列發動機的高速燃燒系統,這台發動機最高可以使用高達25%的EGR率,從而使發動機的效率進一步提公升。

5、縱流冷卻系統和電子水幫浦

豐田在Dynamic Force系列發動機上採用縱流冷卻來降低水套的流動阻力,從而降低水幫浦的負載,提高效率。在缸體水套中採用了水套隔板WJS來優化水流的分布,這也是豐田的設計特色。

豐田在Dynamic Force系列發動機上設計了電子水幫浦來取代傳統的機械水幫浦。電子水幫浦不需要機械驅動,同時還可以靈活控制冷卻流量來控制發動機冷卻流量,從而進一步降低油耗。

6、續可變機油幫浦

豐田在Dynamic Force系列發動機上2.5L發動機上採用了基於MAP控制的連續可變排量機油幫浦,這樣可以低速低負荷採用低油壓來降低機油幫浦驅動阻力,提高效率,在高速高負荷採用高油壓來保證潤滑。

7、平衡軸設計

為了降低4缸發動機的二階振動,豐田在這台2.5L發動機上設計了乙個安裝在油底殼中的雙平衡軸系統。平衡軸由曲軸上的齒輪驅動,驅動齒輪採用了聚酯纖維齒輪來降低齒輪噪音。

總結一下:

豐田Dynamic Force 2.5L發動機的開發重點是模組化和高效率,豐田在混合動力技術上是非常強勢的,未來其重點也在於混合動力系統在更多車型上的普及。

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