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『动力系统』自然吸气的巅峰之作 亚洲龙2.0L动力系统的40%热效率是如何实现的

在几年前，丰田TNGA架构的发布再一次改变了丰田精益化生产方式，在全新TNGA架构下，丰田重新梳理了整车的开发流程和生产流程，让丰田更好地继续运行在低成本高效率的循环内。
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在TNGA架构下，丰田旗下的车型平台以及动力系统也在高效率的诉求下迎来了全面升级。于平台而言，低重心化和混合动力的友好性是TNGA架构带来的进步，于动力系统而言，TNGA架构也带来了最高的热效率以及动力总成匹配的全面进步。譬如说，在全新的亚洲龙2.0L车型上，我们就看到了这样一台热效率达到40%的2.0L Dynamic Force Engine发动机。在2019年沃德十佳发动机评选中，这台2.0L自然吸气发动机成功入选。
自然吸气发动机再度回归主流视野，在最近几年里并不多见。
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丰田的Dynamic Force发动机是一个全新的动力序列，在这一序列中包含了2.0L和2.5L两个排量，也就是目前一汽丰田亚洲龙的两款汽油动力配置。在普通状态下，Dynamic Force发动机的热效率能够达到40%，而与混合动力系统匹配之后，则可以达到41%的热效率。这已然是目前量产发动机中热效率的巅峰。所以，在接下来的文字里，我将尝试着以亚洲龙的2.0L Dynamic Force Engine发动机为例，去解读40%热效率的先进性。
其实，这事看上去并不复杂，实现这一热效率的关键在于——阿特金森循环。
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我们对于阿特金森循环的最初认知，是源自于马自达SKYACTIV技术发布时密集的技术宣传。不过现实的情况是，丰田是最早实现阿特金森循环量产的企业。早在1997年，随着第一代丰田普锐斯的发布，阿特金森循环发动机就作为丰田首套量产混合动力系统的内燃机动力登场。在第一代普锐斯上，丰田巧妙的运用了电动机恒功率恒扭矩的输出特性，巧妙的避开了阿特金森循环发动机低速扭矩不足的短板。同时，阿特金森循环发动机所特有的高热效率表现，又大幅度降低了混合动力系统中内燃机的油耗输出。
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阿特金森循环发动机的原理是一次巧妙的机械组合，利用进排气门晚关的策略，在活塞进入压缩冲程时将部分进入气缸的空气再压回到进气歧管中，从而降低部分发动机负荷下的泵气损失。于是，这也让阿特金森发动机获得了一个高膨胀比的特性，并且以这种高膨胀比的特性，在不改变发动机压缩比的情况下，部分实现高压缩比下的发动机表现。与此同时，发动机也可以适度的实现一定的高压缩比，而不至于对燃油标号提出更高的要求。
比如说，亚洲龙2.0L Dynamic Force Engine发动机的压缩比为13：1，但是依旧可以使用92号燃油。而一个高压缩比的基础，配合高膨胀比的阿特金森循环，就是构成高热效率的关键。
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从1997年开始，阿特金森循环发动机就是丰田混动系列车型的标配。而随着技术的进步，丰田的阿特金森循环发动机也具备了单独为车辆提供动力的性能。我们可以注意到这样一个细节，亚洲龙的VVT-i技术，已经在后面增加了一个“E”，变成了VVT-iE。这就是亚洲龙Dynamic Force发动机的细化关键技术——电动VVT技术。
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VVT可变气门正时技术让丰田在三十年前得以独步车坛，也由此掀开了发动机机械运动可变的历史。在加入了电动VVT技术之后，Dynamic Force发动机的气门正时调节角度以及调节的响应速度得以大幅度的提升。这样一来，原本制约阿特金森循环发动机的低速扭矩问题得以解决。


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