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全球頂尖熱效率發動機實物剖解，帶你看那些牛哄哄的技術

2021/12/25

經常有人問我，這個發動機好還是那個發動機好？這真是個很難回答的問題，就好比問張碧晨和寧澤濤誰好一樣，你能告訴我誰好嗎？對於很複雜的一個綜合體，評價指標非常多，個人看重點也不同，比如對發動機，我看重動力輸出的流暢感，而有人看重動力輸出的爆發力，我說這個發動機好，在有些人看來就是瞎說，所以評價好與不好，一要站在相同維度比較，二要清楚每個人喜歡的好不盡相同。

今天的這篇文章，我們講技術多一點，而且是最前沿的技術，爭取讓大家站在更高的維度去看一款發動機，多一點汽車知識，好與不好留給大家自己去評價。前幾天去東京，參觀了台場對公眾開放的豐田城市展廳，有幸捕捉到一台A25A發動機實物，就是國內即將上市第八代凱美瑞的2.5L發動機。這台機一面世就很轟動，因為全球熱效率最高，汽油版和混動版分別達40%和41%。相比七代凱美瑞發動機36%的熱效率，算是驚天進步吧。畢竟，內燃機熱效率的提升就好比百米賽跑的數據提升，那是在臨近極限上玩再突破的遊戲，每提升1%都是創舉。

豐田一下子拔升了4%之多，其實沒有一項技術是讓人腦洞大開的，哪些是腦洞大開的技術呢？比如通用汽車最早提出的HCCI汽油壓燃技術，英菲尼迪去年發布的VC-T可變壓縮比技術等，都非常新穎，但這些技術都是曇花一現，使用環境的局限性很大。觀察豐田展廳解剖開的A25A發動機，其所用技術，基本屬於各部分優化再優化的結果，是積沙成塔集腋成裘的「小」技術，有點苦行僧的味道，但這也符合豐田更喜歡成熟可靠技術的性格吧。

對於這台發動機，我們從外往內看，豐田的思路是，首先要把普通發動機的系統損耗降到最低，比如常規發動機皮帶驅動的水泵，換成了電控水泵，在發動機冷機時避免了水泵消耗發動機動力引起的能量浪費。還把普通發動機所用「定排量」機油泵，改成連續可變排量式，說的好理解一點，就好比手機屏幕具有了自動亮度調節功能一樣，讓固定排量的機油泵具備了按需供油的「智能」，這是豐田在旗下車型首次使用的新技術，以上改變都能減少發動機內部損耗，提升熱效率，從而降低油耗。

熱效率高能帶給消費者什麼好處呢？那就是相同油耗情況下，動力輸出更強，或者動力輸出相同時，油耗可以更低。豐田解釋，這台發動機熱效率之所以超高的主因，在於燃燒控制技術，從發動機解剖開的汽缸蓋部分，我們看到，豐田工程師在進氣口刻意設置了一個反向倒角，它擾亂了正常的平滑進氣，但因此產生了N多個氣流渦旋，好比在進氣口製造了龍捲風發生器一樣(術語說就是「進氣湍流比」比普通發動機高了一倍)，這些高速竄動的氣流把汽油瞬間粉碎成分子狀態，因此每一滴汽油都會完全燃燒，毫不浪費，這也是A25A發動機可以用更低油耗榨出更強動力的原因之一。

汽油噴入A25A發動機的方式也有點特別，使用的是D-4S技術，也就是進氣管噴油和缸內直噴相結合的雙噴射。因為每種噴射方式都有自己的優勢和弊端，比如進氣管噴射優勢是空氣和汽油混合更充分，低溫低轉速下燃燒效果好，弊端是汽油浪費和HC排放較高；而缸內直噴的優勢是精確控制噴油量，相對更節油，弊端是低溫時汽油混合不均勻，顆粒物排放較高，甚至會產生積碳。既然很難兩全，豐田乾脆兩種噴油方式一起用，直噴和進氣管噴射擇機工作，優勢互補，起到兼顧省油減排和減少積碳的目的。雙噴射技術其實對於動力提升並沒有明顯增益，而且會使控制系統變得更複雜，軟硬體成本較高，目前應用的車廠並不多。

從發動機上標出的技術看點來看，這台A25A發動機進排氣門使用了雙VVT-i可變氣門正時技術，不同的是，進氣門控制技術叫VVT-iE，多了一個E意味著它是更先進的電子控制式，而不是以前的機械油壓控制式，控制精度自然高了許多。這一技術兩年前早先用在雷克薩斯LS600h的發動機上，如今逐步普及到中小排量發動機。

在貼著「VVT-iE」標籤的上方，我們看到一項新技術，英語直譯過來是「凹面R型輪廓凸輪」，這一技術豐田暫時沒有官方解讀。小編電話了汽車發動機專家，得出結論，凸輪軸上的凸輪本來呈外凸A字型，現在豐田把一側設計成凹面呈R字型，作用是加快了氣門關閉時間。具體好處，大家可以想象一下轉幾圈才能關閉的水龍頭及壓一下就能關閉的水龍頭，肯定是後者效率更高，浪費水更少，而R字型凹面設計的凸輪軸，就能快速關閉氣門，防止進入氣缸內的空氣反吐，從而提高充氣效率，對熱效率提升也有幫助。

提到充氣效率，這裡有必要說一下這台發動機的水冷式EGR技術。大家從後面看這台A25A四缸發動機，會奇怪怎麼有5條排氣歧管。其實4條是連在三元催化器之前，是真正的排氣歧管，還有一條連在三元催化器之後，然後再次迂迴到汽缸蓋裡面，這一條是ERG(廢氣再循環)通道。這裡先插入EGR的作用，它讓燃燒完的廢氣再次進入氣缸，因為廢氣中已經沒有了氧氣，所以和正常空氣混合后就稀釋了氧濃度，但進氣量沒有減少，即保證了足夠膨脹壓力，在發動機中等轉速的時候可以降低油耗。

EGR管道通向汽缸蓋的用意，是藉助那裡的冷卻水對廢氣降溫，然後再經過電子控制EGR閥門注入進氣管。市面上大多數EGR系統是空氣冷卻，弊端是廢氣溫度太高，結果把新鮮進來的正常空氣加熱了，導致空氣密度稀疏影響充氣效率。而水冷式EGR設計，很好地抑制了上述弊端，這對提高發動機熱效率、降低排放都有好處。

老司機應該知道，發動機中修或者大修，必不可少的一件事是氣門研磨，就是讓氣門和氣門座之間貼合緊密，不容得有絲毫縫隙，因為氣門和氣門座處在高溫、高強度擊打和高腐蝕環境中工作，很多發動機加速無力就是由氣門座磨損或變形引起。豐田這款A25A發動機，上面特意標出「激光熔覆氣門座」，意思是用激光熔覆技術打造的氣門座，如果學過材料工藝可能懂，激光熔覆處理的金屬表面，具有耐磨、耐熱、耐腐蝕、抗氧化等特點，普通鋼材經過激光熔覆工藝之後，耐磨性能通常可以提升20倍左右，難怪豐田在這裡顯著標出來。

其實發動機熱效率的提升，是個系統工程，提升的途徑，每個發動機研發工程師都懂，問題是一點一點、錙銖必較式的改進，最終結果是花費不菲卻只提升了毫不起眼的一個數值，不是每家車廠都願意去做，也只有豐田、馬自達、本田這些比較軸，或者說比較有匠心精神的車廠願意去鑽研。以上只是通過局部解剖能展示的個別技術，我相信豐田A25A發動機有看點的技術不止這些，隨著這款發動機搭載於八代凱美瑞上市，相信會有更多技術浮出水面，屆時繼續為大家介紹。