丰田|采用新型燃烧概念的高热效率2.5 L发动机( 二 )
另外 ， 由于在进气道下方喉管部抑制了使气流出现剥离现象的逆向滚流 ， 其相比传统的平衡线具有显著改善 ， 滚流比达到2.9 ， 流量系数达到了0.49(图6) 。
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图4 进气道细节
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图5 激光包覆气门座
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图6 进气道性能
1.3 燃烧室设计
为了改善热效率并优化发动机性能 ， 研究人员采用了高压缩比条件下也具备较高抗爆性能的直喷系统 ， 开发出可充分满足未来的排放颗粒数(PN)法规要求的新型直喷式四行程汽油机(D-4S)系统 。 该机型采用多喷孔式的直喷喷油器 ， 不仅可形成与滚流相匹配的喷雾 ， 而且通过缩小喷雾贯穿距 ， 降低了活塞及缸壁上的燃油附着量 。
关于活塞顶面形状 ， 采用可在压缩行程中能维持高滚流比的传统型分层凹坑形状 ， 将其设定为球状外形 ， 从而不会对滚流运动产生阻碍(图7) 。
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图7 活塞顶面形状与湍流强度比较
不仅如此 ， 为了使缸内引入大流量EGR气体时仍然具有较高的燃烧稳定性 ， 在新机型中引入了高能点火线圈 。
1.4 EGR 系统
基于强滚流、大流量的进气道设计的快速燃烧技术的应用 ， 使EGR率最高提升到约25% 。 此外 ， 为抑制燃烧过程中的不确定因素 ， 需使进气歧管形状最佳化 ， 调整了分别送往各气缸EGR 气体量之间的差异(如果送至各气缸的EGR 气体量存在差异 ， 个别气缸可能出现爆燃现象 ， 因此需采用上述措施) 。 EGR 气体通过气缸盖内的散热通道 ， 以低成本的方式降低了气体温度(图8) 。
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图8 EGR系统
2 冷却系统
2.1 提高抗爆性
为了抑制由于提高压缩比而导致的抗爆性的恶化现象 ， 采用了不依赖于曲轴转速 ， 并且可实现流量控制的电动水泵 ， 这种水泵在普通发动机上也已得到应用 。 目前已使该类水泵的体积降低到可进行配装的程度 ， 同时力求降低流道内的压力损失并提高冷却性能 。 首先 ， 在气缸盖上采用了二级水套(图9) 。 使气缸盖内的冷却水由纵向流动改为侧向流动 ， 由此 ， 压力损失比以往降低了约35% 。 此外 ， 使冷却水集中流向2个排气门之间 ， 同时调整水套芯的材质 ， 由于使水套芯截面积比以往降低了20% ， 仅需使用约50%的冷却水流量 ， 即可使流量系数提高20% 。
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图9 水套结构与传热系数的比较
水套隔板通常只布置于缸体水套内的排气侧(图10) 。 通过集中提高排气侧的流速 ， 抑制了由于强滚流导致的混合气温度的上升 ， 使进、排气间的气缸壁温差趋于均匀化 。
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图10 只在排气侧水套处设置水套隔板
关于对冷却水的控制 ， 由于采用了电动水泵 ， 由此可按所需的水流量而进行专门控制 。 在基于最佳扭矩时的最小点火提前角量(MBT)区域运转时 ， 由于降低了冷却水流量 ， 进而降低了冷却损失与摩擦损失 。 对于爆燃限制区而言 ， 通过增加流量 ， 以降低气缸壁温度(图11) ， 相比传统机型可有效提高发动机扭矩 。
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