在新四化的大背景下,传统内燃机面临着前所未有的巨大压力。对于各大车企来说,如何更好的发掘内燃机的潜能,制造出燃烧效率高、污染物排放少的发动机俨然成为了它们工作研发的重点。从48V轻混,到电动涡轮增压,各项技术层出不穷,不过丰田汽车并未随大流,而是基于传统自然吸气再次升级。
就拿荣放RAV4这台车来说,丰田汽车就为市场带来了两套动力,一种是TNGA 2.0L DYNAMIC FORCE发动机,另一种则是基于TNGA 2.5L DYNAMIC FORCE发动机而来的混动系统。那么对于咱们消费者来说,荣放RAV4的动力技术能否满足大家的需求?
满足用户需求,荣放RAV4提供两种动力技术
提起城市SUV,丰田荣放RAV4似乎是一款绕不开的车型。目前来看,在售的丰田荣放RAV4提供了2.0L自然吸气和2.5L双擎两种动力版本。其中2.0L版本搭载的是型号为M20D的四缸自然吸气发动机,属于丰田M20系列发动机之一。

M20发动机的推出背景
在介绍荣放RAV4的2.0L引擎之前,我们有必要了解一下这款引擎诞生的背景。模块化生产战略是当今车企的技术趋势,通过模块化平台,能快速普及各种先进技术,缩短研发周期,提高研发效率,而这款TNGA 2.0L DYNAMIC FORCE发动机就是基于这个理念而来,当然,也包括TNGA 2.5L DYNAMIC FORCE发动机。



TNGA 2.0L DYNAMIC FORCE发动机
M20发动机有哪些版本?
M20D发动机属于丰田M20系列发动机,共有M20A、M20C、M20D、M20E四个版本。在定义上,不同的车名也代表着不同的生产厂家。参考丰田汽车的产品信息,M20A为丰田汽车公司进口。M20C由广汽丰田发动机有限公司生产,而M20D由一汽丰田长春发动机有限公司生产。

在一汽丰田的产品矩阵当中,M20D除了搭载在荣放RAV4上,2022款凌放2.0L版本车型也同样搭载M20D发动机。至于卡罗拉锐放,搭载的则是M20E引擎,与亚洲狮一致。

M20发动机有哪些技术看点?
和传统涡轮增压机型不同,自然吸气发动机主打的就是平顺性。荣放RAV4的这台M20D发动机,最大马力171Ps,峰值扭矩209N·m。对比同级车型,优势还是比较明显的,我们可以将其与搭载2.0L引擎的奇骏和现代iX35进行对比。可以发现,在动力更强的情况下,这套系统还有着更好的燃油经济性。

在技术层面,为了提升这款引擎的技术表现,丰田在M20发动机上采用了双喷射D-4S系统、低温废气再循环系统(EGR)、电动VVT-iE可变气门正时、液压VVT-i可变气门正时、高滚流比设计等先进技术。为此,这款2.0L引擎,也就可以在低油耗与性能之间,找到均衡点。

双喷射D-4S系统
在结构上,不同于一般的发动机,M20发动机提供了两个燃油喷嘴,除了缸内直喷以外,进气歧管内还设置了一个喷嘴,能根据行驶工况在缸内直喷和歧管喷射之间智能切换。

具体来看,这套系统在冷启动阶段采用歧管喷射,使油气混合更均匀,燃烧更充分;高负荷工况时采用缸内直喷,有效降低缸温,增加功率,从而提升动力和燃油经济性;低中负荷时采用混合喷射,提升扭矩降低油耗。

低温废气再循环系统(EGR)
发动机燃烧室内的混合气体并不是全部参与燃烧,未被点燃的混合气如果自发燃烧,就会产生爆震,那么对于汽车来说,如何解决这个问题?M20发动机通过EGR(内置EGR冷却器功能的气缸盖)的介入,让部分不参与燃烧的废气再进入燃烧室,进而在提升燃油利用率的时候,还可以通过减少爆震,提升驾驶的舒适性。

VVT-iE电机驱动型智能可变气门正时系统
众所周知,为了提升汽车的燃油经济性,可变气门正时系统(VVT),已经成为目前汽车发动机普遍使用的技术。但从结构上来看,传统的可变气门正时系统采用电控液压驱动的方式工作,也就是VVT-i系统。

这样的设计有一个问题,传统电控液压VVT-i 在冷启动低温阶段或发动机低转速范围时由于低油压和润滑不良等因素,会出现控制不充分的情况。此时,丰田在液压驱动的基础上改用电动机驱动,也就是所谓的VVT-iE,可以大大降低温度对系统的影响,进而扩大了气门正时系统的工作范围。

冷却系统方面,普通发动机一般采用发动机自身的动力带动水泵运转这套动力容易受外界环境影响,而这款发动机的可变冷却系统使用电控水泵,好处是可以实现快速暖机,强化缸体上部冷却效果,从而提升整套系统的工作效率。

Dynamic Force 2.5L发动机的核心技术方案
正如前面提到的那样,Dynamic Force发动机开发的目标是为了替换之前丰田混合动力系统使用ESTEC 2ZR-FE和传统动力使用的2AR-FE发动机。因此和其他机型一样,这款发动机也采用了模块化设计的思路。主要改变有以下几个环节:

- 统一了进排气方向,采用了进气在前排气在后的统一设计,保持整车安装边界的一致;
- 重新考虑和单缸模块化的设计,通过改变气缸数量和单缸的排量来实现不同的动力组合。

在整车设计上,Dynamic Force 2.5L发动机是以如何提高热效率为目标的。因此Dynamic Force系列发动机采用了小缸径大冲程的设计,具体到这套动力层面,缸径从上一代的90mm降低到87.5mm,冲程从98mm加大到103.4mm。

同时,小缸径长冲程的设计配合阿特金森循环使发动机做功冲程的时间更长,可以有效提升这款发动机的燃烧效率。由于Dynamic Force 2.5L发动机和Dynamic Force 2.0L发动机都属于模块化发动机,所以接下来,我们就着重讲解前面没有提到的动力技术。

阿特金森循环燃烧系统
阿特金森循环燃烧系统是Dynamic Force系列发动机实现超过40%的热效率的最关键技术。事实上,除了丰田汽车,像本田汽车也采用了这种技术。阿特金森循环通过可变气门正时机构和特殊设计的凸轮型线实现进气门晚关,把进入汽缸的空气再压回进气管一部分,为此,这套动力也就实现了膨胀比大于压缩比的工作过程,引擎的热效率可以得到大幅提升。

平衡轴技术
我们先来看看这套系统的工作原理,当发动机处在工作状态时,活塞的运动速度非常快,而且速度很不均匀,当活塞位于上下止点位置时,其速度为零,不均衡的速度,很容易造成发动机抖动。虽然连杆上的配重可以有效地平衡这些惯性力,但对于一些旋转的力,还是不能达到完全平衡的状态。

此时,平衡轴对于汽车的动力系统也就比较关键了,而Dynamic Force 2.5L发动机就采用了这项技术。通过弱化引擎的震动,从而提升汽车的整体舒适性和操控性。

纵流冷却系统和电子水泵
丰田在Dynamic Force系列发动机上采用纵流冷却来降低水套的流动阻力,从而降低水泵的负载,提高效率。在这个过程中,丰田设计了电子水泵来取代传统的机械水泵。具体来看,电子水泵不需要机械驱动,同时还可以灵活控制冷却流量来控制发动机冷却流量,从而进一步降低油耗。

发动机冷却系统
解析TNGA 2.5L 双擎混合动力系统(THS II)
在2.5L发动机打好基础之后,我们就正式聊一下这台车配备的混动技术。数字往往是最具力量的。TNGA2.5L双擎混合动力系统(THS II)对比前款混合动力系统,PCU功率消耗降低79%,电池充放电性能也分别提高60%和28%。

从工作原理上讲,丰田THS II混动系统就是把传统燃油机比较耗油的工作,都交给了电动机来做,在这个过程中,靠“PSD动力分配器”的帮助,荣放RAV4也就可以实现在油、电、油电混动三种模式下的动力自由切换。

相比于其它混动系统采用离合器结构进行动力传递,PSD则可以通过PCU的精准控制,调整各组件不同的转速,进而让汽车的动力系统实现无极变速与动力输出输入。工作模式如下:
- 在起步时,由电动机单独驱动车辆,确保起步更加顺滑、流畅,同时,也可以帮助动力系统越过燃油费油的阶段;
- 在加速状态时发动机和电动机同时介入工作,可以为整车提供较强悍的性能,保证提速的动力性;
- 在减速或刹车状态下,动能回收系统又会把刹车力转化为电能存储在电池里,从而提升能量利用率。

对比同级车型,荣放RAV4的2.5L混动实力如何?
基于前面的分析不难看出,依托模块化的设计,荣放RAV4搭载的2.5L混合动力在技术层面,与Dynamic Force 2.0L发动机有着很大的相似性。但因为排量不同,二者的性能差异还是比较明显的。为了让大家更直观地对比二者的区别,我们可以将其与定位类似的本田CR-V锐·混动进行对比。
在技术层面,本田的i-MMD混动系统能够实现更多的驱动模式,可以在电动、混合动力、发动机三种驱动模式之间平顺切换。对比之下,荣放RAV4搭载的混动系统仅能实现纯电驱动、油电混动,并不能实现纯发动机工作的模式,所以在高速工况下,荣放RAV4的动力传递效率并没有本田CR-V高。

但从对比表格来看,二者在性能上存在着一定的差异。其中,荣放RAV4可以依托更大的排量,表现出更大的功率以及扭矩,可以更全面地满足消费者的用车需求。同时在油耗层面,虽然同为两驱车型,但在油耗上,荣放RAV4也是更低的,所以站在综合工况的角度,荣放RAV4的产品优势无疑更为明显。
结束语:
总体来看,丰田Dynamic Force发动机开发的目标就是瞄准汽车的油耗以及动力性。基于前面的分析对比不难看出,无论是2.0L引擎,还是为混动系统提供发动机的2.5L技术,其整体表现都是很不错的,而这,也是丰田荣放RAV4能够在市场上热销的关键原因之一。可以肯定的是,未来,随着燃油技术的日趋严苛,即便是基于模块化生产的2.0L引擎,也会因为技术升级,而向混动车型考虑。
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