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别说自然吸气动力差!丰田开发的M20A,科技含量多到你不敢想象

丰田在去年发布了一款被称为Dynamic Force Engine 2.0L,代号为M20A的2.0L自然吸气发动机,并且配置了新款的CVT变速箱,来取代6AR系列发动机成为当前的主流动力总成。

马自达进行了技术交换之后,尽管在技术上得到了不少的提升,但是却也因为自身的品牌性格,导致所生产的新款自然吸气发动机,造就出非常显著的两面性。

首先是基于自家的TNGA架构之下,有了的技术支持后,开始针对动力系统进行了全面性提升,这一特性在目前的M20A发动机上是非常显著的。

在新款的M20A发动机上,注入了非常多的新技术,自然吸气的配气形式,13:1的长冲程高压缩比的设定、高效进气口、新型D-4S缸内直喷、电动水泵、连续可变容量机油泵、低粘度机油、缸膛间钻孔通道、高速燃烧和可变控制等新技术,造就了高达40%的热效率,并且也能够持续高功率输出,这也使得M20A发动机在市场上也有着足够的亮点。

在当前涡轮当道的年代中,依旧是采用自然吸气设定,使得M20A发动机的最大功率为126kw(171PS),最大扭矩203Nm。这个动力数据如果在内部的机型中横向对比的话,相比老旧的3ZR-FAE发动机(107kw,187Nm)而言,确实是有非常显著的提升,如果要将这款发动机拿到市场上对比起同级车型或者同级机型,在这个涡轮当道的年代中,就有点显得不够看了。


将这一款M20A发动机冠以Dynamic Force Engine之名,其主要目的就是在保证可靠性和满足排放的前提下,为了能够将大幅度提升发动机的热效率,进而提升燃油经济性,至于其他什么动力性能、响应性通通都是次要的需求。

为此在这款发动机设计和研发过程中,将发动机的气缸缸径由上一代的90mm缩小到了87.5mm,同时又将活塞的行程由上一代中的98mm提升到103.4mm,以此来保持发动机的排量总数不变,可千万不要小看这些毫米级的变动,这些设定足以引起了质变,压缩比由原来的12.6:1变成了13:1(这一处看似细微的改动所带来的变化跟的创驰蓝天技术有异曲同工之妙),这一改动使得气缸的设计变得更加合理,可能会降低发动机的功率输出上限,但是却能够保障发动机的扭矩输出,确保车辆的低扭特性,还能减少热能散耗。

在气缸和压缩比确定之后,这款号称Dynamic Force Engine的发动机,最重能体现核心技术的地方就在于其配气系统,除了搭载了旗下VVT-iE技术,电机驱动可变气门正时系统(进气侧,排气侧为VVT-i),通过优化了配气系统的进排气可变正时,加入电机代替以往的电磁阀进行切换正时调节器的整套液压回路。电机相比电磁阀在电控系统上,切换速度更快,进气门开闭响应更迅速,时机更精准并且可实现无级调节,同时调节范围也更广,完美地避免发动机高压缩比之下带来的异常爆震的现象,以此提升发动机的热效率。

配备上了VVT-iE系统之后,在提升发动机的性能之外,更多是提升其在配气和混合气体高效利用和控制上的拓展性,以此应对提升发动机的排放和热效率,例如:

在发动机怠速运转时,可以消除气门重叠,减少废气进入进气道,从而稳定怠速转速,提高燃油经济性。在发动机低转速范围,小至中负荷时,增大气门重叠,延迟关闭进气门,增加内部 EGR,减小泵气损失,从而提高燃油经济性,改善排放控制。

在发动机低至中转速范围,提前关闭进气门,提升容积效率,从而增加低至中转速范围的扭矩。

在发动机高转速范围,延迟关闭进气门,提升容积效率,从而提升输出功率。

在发动机温度较低时,可以消除气门重叠、减少废气进入进气道及稳定快怠速时的转速,提高燃油经济性。

在发动机起动及停机时,可以为发动机起动优化气门正时控制,从而提高起动性能。

这套VVT-iE系统能够在不同的工况下做出不同的反应,足见其智能性,也足见在这一方面的造诣是非常深厚的。为了追求更加极致,更是对进、排气歧管的相对位置优化,进、排气门之间的夹角由31°扩大至41°。夹角的增大使得气流在气缸内翻滚得更激烈;另外还对发动机的活塞形状、进排气道几何形状、缸盖等进行重新优化,使得燃烧室内部更加符合空气动力学,进气流从四周向中心集中,增强滚流效果,使得Dynamic Force Engine实现了strong tumble flow-强劲滚流,所产生的涡流令油气混合更均匀,带来更理想的燃烧,有助发动机稳定在高压缩比的工况下工作。

在这款M20A发动机上,可以说是在配气系统上进行了大刀阔斧的改进了,在燃油供应系统上依旧是继续配备了D-4S双喷射系统,同时兼容歧管喷射、缸内直喷两套喷油系统,传统的歧管喷射在中低转速中有着极高的空燃混合效率,但是在高转速情况下,对于进气空燃混合效果却显得并不是很精确;缸内直喷系统,在冷启动和低转速的油气混合和雾化效果其实是非常不理想的,热机效果也不理想,并且极其容易形成积碳,但是在高转速的过程中却能够精准控制燃油的喷射和雾化效果。

这一套D-4S双喷射系统最大的优势就是在于,让发动机在冷启动/怠速/低负荷使用单歧管喷射;中等负荷两套喷射系统协同工作;高负荷下则由缸内喷射完全接管,在两套燃油喷射系统的结合下,集结两者之长,避开两者之短,使M20A发动机,能够同时兼顾排放、油耗和动力三个方面。

将这些技术结合到M20A发动机上去的时候,就开始使这款发动机缸内的混合气体具备了高速燃烧的技术,透过增加气体紊流程度、缸内高压缩比以及精确控制燃油量来实现,在优化燃烧效率的过程中,也降低发动机的气缸损耗,使得发动机无论在何种工况下,都能保持在极高的燃烧效率。

早就已经将这款M20A发动机应用到TNGA架构上了,目前市场上能够买到搭载有M20A发动机的车型,大致有C-HR/奕泽雷克萨斯UX亚洲龙等车型,在目前市场上已经成为涡轮机的潮流中,依旧是在这些中型车上配置,在动力参数上没什么亮点,这也成为了当前不少车友所诟病的一点。

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