豐田的執著 晚熟的渦輪增壓保甜嗎？
[愛卡汽車 愛卡頭條 原創]
6月1日，雷克薩斯正式發佈第五代RX車型。從第四代車型開始，RX開始進入渦輪增壓時代，2.0T發動機替代了第三代車型上所搭載的2.7L直列四缸自然吸氣發動機，這台2.0T發動機最早是在2014年隨着NX車型一同呈現在人們眼前，隨後這台發動機分別出現在了雷克薩斯IS、RC、RX、豐田漢蘭達等車型上。截至今天，這台發動機已經有近8年的歷史。終於，8年後的今天，雷克薩斯決定用一代號T24A-FTS的2.4T發動機來取代已經征戰多年的2.0T發動機。從豐田發動機的命名規則來看，“T”代表了該系列發動機名稱，“24”代表了排量為2.4L，“A”指的是TNGA架構，“F”為小閥門夾角DOHC，“T”為渦輪增壓，“S”為燃油缸內直噴。
在德系品牌紛紛將禁售燃油車的今天，豐田竟然還在推出全新且更大排量的渦輪增壓發動機，我們驚訝於日系品牌保守的同時，也對這款發動機產生了濃厚的興趣，究竟何德何能讓它挑起豐田家族未來的大梁？
豐田的“早熟”與“晚熟”
日系品牌的保守體現在新技術的運用總是慢競爭對手半拍。前幾年，德系、美系等品牌都在用渦輪增壓來滿足日益嚴苛的排放法規時，日系品牌依然堅守自然吸氣發動機。無論發動機技術，還是駕駛輔助技術，只有當新技術完全成熟的時候，才會出現在日系車型上，這樣的造車哲學成就了日系車相對較高的可靠性和耐用度，但同時也使得日系車很難走在技術的前列，豐田亦是如此。
2JZ-GTE發動機被稱為日本90年代渦輪增壓發動機的傳奇。
事實上，豐田對渦輪增壓的研究早在上世紀80年代就開始了。90年代初，豐田推出了第四代Supra所搭載的2JZ-GTE發動機，這台發動機採用直列6缸雙渦輪增壓，排量為3.0L。憑藉在Supra上的出色表現，這款發動機被稱為日本90年代增壓發動機的傳奇。後來，隨着日本經濟泡沫的結束，日本停止了增壓發動機的開發。可想而知，在上世紀最後的十年裏，豐田已經積累了豐富的渦輪增壓技術。
也正是有了2JZ-GTE發動機，才成就了像第四代Supra這樣的經典之作。
時間來到2014年，當自然吸氣發動機已經無法滿足更加嚴苛的排放法規時，豐田終於拿出了塵封已久的渦輪增壓技術，並推出了2.0T發動機。在與競品相同排量發動機的對比中，這台發動機並沒有什麼優勢，最大輸出功率170kW、最大扭矩350Nm。相比之下，同時代的奔馳GLC搭載的2.0T發動機擁有190kW、370Nm的動力輸出，奔馳甚至在AMG A 45 S上將2.0T壓榨到了310kW和500Nm。除了能夠將發動機的動力壓榨到極致，德系品牌還善於在同款發動機基礎上推出不同功率版本，一些關鍵技術的差異導致了豐田很難像德系競品那樣，“把同一個蘋果賣出不同的價錢”。
類似壓電式噴油器這樣關鍵零部件的缺失限制了豐田渦輪增壓發動機的發展。
與德系品牌及同級別競品的差異，讓豐田意識到，沒有諸如壓電式噴油器這種能夠更加精準控制缸內温度的元器件，排放中的氮氧化物、碳氫化物等有害物質就很容易超標，這迫使豐田必須推出一款能效更高的發動機來替代已經逐漸不符合當下環保要求的2.0T。於是，在智能電氣化時代，豐田2.4T誕生了。
儘管沒有壓電式噴油器，但豐田另闢蹊徑，創造了Dynamic Force系列發動機。
“晚熟的2.4T“甜不甜？
1、排量增大動力提升，油耗卻很友好
一般汽油發動機的熱效率為30%左右，其餘70%的熱效率都被各種損耗浪費掉了。豐田的工程師認為，只要將這浪費掉的70%能耗中的很小一部轉換為發動機的動能，就能明顯提升發動機的效率。於是，通過包括調整氣門夾角、加入氣門正時、利用阿特金森循環、加大發動機衝程等手段，將發動機的熱效率提升到了40%，這也讓豐田Dynamic Force系列發動機有了“全球最高40%熱效率發動機”的稱號。
40%的熱效率讓Dynamic Force系列發動機有了全球最高熱效率發動機的稱號。
Dynamic Force是豐田根據TNGA架構戰略開發的一系列發動機的統稱，最早的Dynamic Force發動機於2017年6月安裝在凱美瑞的2.5L排量A25A-FKS四缸發動機。今天雷克薩斯RX所搭載的這台2.4T發動機也正是基於當年的這台2.5L發動機，通過裝配渦輪增壓器而得來的。
減小壓縮比是為了適應渦輪增壓，從而減小爆震的幾率。
同時，相比那台安裝在凱美瑞上的2.5L排量A25A-FKS發動機來説，這台2.4T發動機的壓縮比有所減小。為了減小渦輪增壓可能帶來的爆震，豐田的工程師採用更大的缸徑，較大的進氣門還能夠強化流速並促進燃燒，將壓縮比從13降低到了11。
這台2.4T發動機讓NX350動力更強，油耗卻幾乎沒有變化。
在渦輪增壓的加持下，這台2.4T發動機擁有202kW的最大功率和430Nm的峯值扭矩。相比老款2.0T發動機的功率提升了17%，扭矩提升了23%，在NX上的綜合油耗卻幾乎沒有變化。
豐田渦輪增壓現狀
2、熱效率更高，但需要95號汽油
豐田破天荒地在這台2.4T發動機上採用了中置缸內直噴的設計，而在之前提到的凱美瑞所搭載的A25系列發動機上，直噴噴油嘴依然採用側置的佈局，可以説中置直噴技術是在現階段，高壓直噴沒有出現之前解決燃油霧化效果的一個妙招。
中置直噴能夠有效減少燃油被噴射到氣缸壁的可能性。
理論上來説，中置直噴能夠有效減少燃油被噴射到氣缸壁的可能性。同時通過對活塞進行加工，可以很容易營造出燃燒氣體滾流。然而，側置佈局的優勢也非常明顯，那就是噴油嘴的温度更低，不易產生汽油結焦的現象，理論上能夠適用標號更低的油品。因此，採用中置缸內直噴的2.4T發動機毫無疑問地需要95號燃油才能滿足它的工作需求。
可以看出，除了中置直噴，設計師還在進氣歧管設計了電磁噴油器。
單有中置缸內直噴還是遠遠不夠的，於是豐田的設計師還為這台發動機設計了多點噴射。燃油通過電磁噴油器直接噴入進氣歧管，進而與流經進氣歧管的空氣進行充分混合。多點噴射的優勢非常明顯，能夠更加精確地控制空燃比，並且有效彌補缸內直噴在一定轉速下工作效率不是很高的弊端，從而讓發動機在各種工況下都有較高的熱效率。
進氣歧管的噴油器採用共軌設計。
3、各種技術只為“保甜”
如果Dynamic Force技術，搭配高壓縮比和中置缸內直噴搭配多點噴射技術，是這台2.4T發動機最為革命性的升級的話，其他零部件的升級則完全圍繞着儘可能地提升燃油效率來設定。
右上角能夠看出不規則設計的缸套表面能夠加大與缸體的接觸面積，從而帶來更好的導熱效果。
新發動機的缸體採用開放式設計，鋁合金材質能夠儘可能地減輕發動機的重量，缸套則採用鑄鐵材質。缸體和缸套之間採用全新設計的散熱通道，不規則造型的缸套表面能夠加大與缸體的接觸面積，從而帶來更好的導熱效果。這對於渦輪增壓發動機尤為重要，畢竟過高的缸內温度註定容易發生爆震。
偏置設計的曲軸能夠減少活塞對氣缸內壁的衝擊，讓發動機更耐用。
這台發動機的曲軸中心並非處在活塞中心運動軌跡的正下方，1cm的偏移量可以減少活塞對氣缸內壁的衝擊，從而減少磨損，同時提升發動機效率；它的活塞採用輕質合金製成，在減少運動慣性的同時，活塞內壁採用非傳統的垂直設計，這樣的特殊設計能夠更好地將活塞承受的應力傳遞給連桿。
可調節進排氣凸輪軸角度的DVVT雙可變氣門正時能夠更好地控制油耗。
新發動機的配氣部分，安裝了可調節進排氣凸輪軸角度的DVVT雙可變氣門正時，正時變化範圍為0-50度；雙渦管的運用則可以將1-4和2-3氣缸的排氣管分成兩組，分別引入增壓器，避免不同氣缸之間排氣的相互干擾，加快渦輪增壓器的響應速度；電子水泵則可以在發動機熄火狀態下依然為高温的增壓器提供冷卻，避免增壓器過熱引起損壞。例如，在頻繁的發動機啓停過程中，這項配置就非常有用。
b、c分別連接兩個渦管，從而提升渦輪的響應速度。
這台發動機未來會出現在哪些車型上？
這台2.4T發動機早已運用在例如美國市場的NX 350車型上，剛剛發佈的RX則將是搭載這台發動機的第二款車型。NX和RX都是基於豐田TNGA-K平台（GA-K）打造的，因此，基於該平台誕生的所有車型都有可能會用到這台2.4T發動機。
TNGA-K平台的車型未來都可以搭載2.4T發動機，至於是否會在國內上市，還要因市場需求而定。
哪些車型基於這個平台呢？例如，一汽豐田亞洲龍、RAV4榮放、廣汽豐田凱美瑞、漢蘭達、賽那、雷克薩斯ES等。但是，僅僅TNGA-K平台（GA-K）只是條件之一，只有之前搭載過2.0T發動機的車型，未來才有可能換裝2.4T，像RAV4這種就基本不可能了。除了這些車型之外，豐田也很有可能將這台發動機用在採用縱置平台的後驅車型上，例如雷克薩斯IS等。
2.4T發動機的加入讓全新RX如虎添翼，在性能和油耗方面取得了平衡。
全文總結：隨着排放法規的愈發嚴苛，就算已經獲得“全球最高40%熱效率發動機”美譽的豐田，也不得不進一步提升渦輪增壓發動機的熱效率。豐田在內燃機上的成熟，以及在渦輪增壓的“早熟”與“晚熟”，都可以歸結為豐田對於內燃機最後的執着。隨着電氣化的發展，內燃機最終被淘汰的命運已經註定，或許這台2.4T發動機會為豐田的內燃機時代帶來一個完美的謝幕。
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