丰田|采用新型燃烧概念的高热效率2.5 L发动机( 三 )
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图11 按照发动机运转条件而进行的热管理
2.2 暖机性能
对暖机效果进行改善 ， 由此不仅可降低燃油耗 ， 而且可有效减少未燃混合气量 ， 从而进一步优化排气性能 。 为了根据冷机情况以迅速提升水温 ， 因此 ， 除了利用电动水泵以进行流量控制外 ， 同时采用了可替换冷却回路的水流关闭阀(FSV) 。 如图12所示 ， 普通发动机的冷却回路采用了2个FSV 。 由此 ， 实现了通过各零部件温度的优化以改善燃油耗并提高采暖性能的目标 。
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图12 FSV结构示例
3 降低摩擦损失
3.1 润滑系统
为了对必要部件供给足够的润滑油 ， 采用了电动可变排量机油泵(图13) ， 该油泵通过内啮合齿轮式叶轮和电子式机油控制阀可进行油压控制 。
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图13 电动可变容量机油泵
通过上述机构 ， 降低了泵的消耗功和摩擦损失 ， 改善了燃油耗 。 考虑到油道自身结构 ， 其分别面向主润滑油道与活塞的喷油嘴通道 ， 容易实现喷油嘴的停止供油 ， 不仅可通过早期暖机过程以降低摩擦损失 ， 而且 ， 通过降低未燃混合气的含量 ， 实现了PN 的降低 。
3.2 降低摩擦
通过采用下列技术 ， 新机型与原机型相比可降低约20%的摩擦(图14) 。
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图14 降低摩擦损失
4 发动机性能
综上所述 ， 随着快速燃烧技术及其他全新技术的推广与应用 ， 与传统型发动机相比 ， 新款发动机的性能从低转速区到高转速区的整个运转范围内均有大幅度提高 ， 2.5 L新型汽油机可实现最高功率151 kW(升功率为60 kW)的目标(图15) 。
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图15 发动机功率与扭矩特性曲线
未来发动机的最大热效率有望达到40% ， 同时大幅扩展了热效率为35%的高效运转区(图16(a)) 。 此外 ， 由于与新型8档自动变速器实现了组合应用 ， 使动力总成的燃油经济性改善了16% 。 目前 ， 采用了相同技术的混合动力汽车专用发动机最大热效率已达到了41%(图16(b)) 。
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图16 热效率图谱曲线比较
5 结语
丰田汽车公司的新型直列4缸2.5 L汽油机致力于开发了上文所述的最新技术 ， 使其发动机产品的热效率与动力性能达到了世界顶级水平 ， 该机型已被精心打造成丰田汽车公司的新一代汽油机 。 其废气排放指标也能满足各国的排放法规要求 。 对该机型的技术特征归纳如下 。
(1)由于实现了长行程化 ， 并且应用了快速燃烧技术 ， 有效兼顾了强滚流、大流量的工作过程 ， 使发动机最大热效率达到40% ， 最高升功率可达60 kW 。
(2)快速燃烧技术是采用了激光熔覆气门座 ， 以及强滚流、大流量进气道 ， 同时为了维持强滚流而采用了球状顶面活塞与多喷孔喷油器并据此打造出全新的D-4S系统 ， 实现了各零部件的最优化设计 。
(3)冷却系统采用已在发动机上得以广泛应用的电动水泵 ， 气缸盖采用两级水套 ， 并使冷却水实现了横向流动 。 此外 ， 采用FSV 作为热管理项目 ， 由于与电动水泵实现了有机结合以最优地控制水温 ， 从而有效地兼顾了发动机的燃油经济性能与动力性能 。
(4)通过电动可变容量机油泵与各零部件的最佳设计 ， 与传统机型相比 ， 摩擦损失降低了约20% 。 在汽车行业 ， 虽然正在积极推行汽车的电动化过程 ， 但在现阶段 ， 内燃机依然有其用武之地 。
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