最大熱効率 41% 如何達成?TNGA 平台用 Dynamic Force Engine 引擎系列深入介紹

2016/12/08

就在12/6 的時候,Toyota 正式發表了專為 TNGA(Toyota New Global Architecture)平台所設計、最大熱効率40%(HV専用41%)的全新 Dynamic Force Engine 系列:2.5 直列4缸缸內直噴引擎,預計從明年 2017 年開始陸續導入到新車款當中,首發車型就是全新一代 Camry,而這篇主要則是再更深入介紹這具將改變 Toyota 未來的全新引擎。

如同對手 Honda 所主打的 Earth Dreams Technology 地球夢科技、Mazda SKYACTIV系列引擎一般,Toyota Dynamic Force Engine 系列將成為今後全新動力系統的代表詞。那麼這具引擎有什麼特別的呢?相信大家應該對於 Prius 4 代發表時,原廠不斷宣傳其2ZR-FXE 引擎可以達到最大熱效率 40 % 還有印象,不過這次所全新開發的2.5 直列4缸缸內直噴引擎,再度刷新記錄達到 41%,讓 Toyota 持續保持推出世界量產車引擎最高熱效率的紀錄。

一般來說,為了追求更理想的熱效率,大多數車廠都選擇了Akinson Cycle 引擎,同時都只搭載於油電混合車型上,但由於Atkinson Cycle 引擎會有低速運轉時效率明顯不如 Otto Cycle、高速運轉又無法產生大馬力的問題,所以都必須加上電動馬達的輸出來提高動力。

如今隨著 Toyota 工程師透過電動水泵、Cool EGR廢氣再循環系統、廢氣熱能回收系統、電子節氣門、連續可變容量油泵技術,將引擎熱效率大幅提升到40%(HV専用41%),對於降低油耗、污染排放都會有顯著改善。

目前 Toyota 公布的動力規格為排氣量 2,487cc ,透過 D-4S 缸內直噴技術加持、壓縮比13:1 之下、VVT-i (排氣)、VVT-ie 進氣電控可變氣門正時技術,其最大馬力為151kw(205ps)/6600rpm、最大扭力為250Nm/4800rpm;油電混合車型壓縮比則為 14:1,最大馬力為130kw(177ps)/5700rpm、最大扭力為220Nm/3600-5200rpm。

那麼 Toyota 是怎麼做到呢?首先和現行的 2.5 直列四缸引擎相比,Dynamic Force Engine 的缸徑衝程比從原先的Φ90 x 97 縮短成Φ87.5x103.4,理論上最大扭力轉速出現時機點會更低,讓車輛起步的時候反應更為靈敏、動力輸出更強。另外氣門夾角也有所變化,從原先的 31 度傾斜到 41度來提高進氣量,使得燃燒效率更為提升,同時降低進氣阻力,讓每個氣缸循環的進氣量大幅提高。

而工程師也針對進氣口接近燃燒室的缸蓋造型從往下圓弧改成略為上翹的樣子,使得進氣會直接碰觸到氣門桿,加上汽缸閥座也採用雷射覆銲技術降低摩擦。上述的改進都是為了幫助進氣氣流能夠更完整的於燃燒室內形成渦流,形成 Toyota 宣稱的世界初「High speed Combustion technology 高速燃燒技術」,讓油氣混合霧化效果比起現行 2.5 引擎更為優化,提升熱效率。

Toyota 等日本車廠反其道而行,努力將現有內燃機引擎的實力榨到最強,讓熱效率大幅提升,這點或許有許多讀者覺得很奇怪,因為目前歐洲、美國車廠致力於推廣新能源車型如電動車、氫燃料車型之際,何必要在現有內燃機上持續更新呢?事實上有部分學者認為,電動車、氫能源車與 Plug-In Hybrid 車型的碳排放量其實沒有想像中低,在提高熱效率的內燃機引擎未必會比上述新能源車型碳排放量多,加上就成本來說也較開發新能源動力來得低,所以無論是今天介紹的 Toyota、採用高壓縮比/HCCI均質混合氣壓燃技術的 Mazda SKYACTIV GEN2 與號稱熱效率可以達到50%、Honda 秘密研發的 HLSI 均質稀薄電火花燃燒技術引擎。都可以看到日系車廠對於現有技術再提升的決心。

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