丰田在雷凌和卡罗拉上采用了1.2T的涡轮增压直喷发动机。这是丰田推出的第一款小排量涡轮增压直喷汽油机,4缸1.2T,这个宝马,日产,PSA的做法不同,他们在1.2排量的增压发动机上都用了三缸设计,而丰田坚持4缸。下面我们来仔细分析一下这个发动机,看看它到底怎么样。
(部分内容引自“锐引擎”,汽车之家,和丰田官方资料,特此感谢!)

首先说一下这个发动机的背景:这个1.2T发动机是丰田ESTEC发动机家族的一员,ESTEC就是Economy with Superior Thermal Effcient Combustion的缩写,也就是:带有优异热效率燃烧系统的高效动力的意思,感觉很拗口,这个燃烧系统是以阿特金森循环为基础的。
ESTEC发动机目前包含两款,8AR-FTS和8NR-FTS,其中8AR-FTS就是汉兰达上用的2.0T前面几周我发过这个发动机的分析,有兴趣可以去看一下,而8NR-FTS就是我们今天要说的1.2T。
这个1.2T在丰田也叫D-4T,是Direct injection 4-Stroke Turbo Engine的缩写,也就是直喷四冲程增压发动机。
丰田1.2T发动机的性能并不突出,只有85kw,185Nm。但这并不代表这个发动机不先进。下面简单分析一下这个发动机采用的主要有特色技术方案。
1.阿特金森和奥托双循环燃烧系统
新卡罗拉1.2T车型上搭载的D-4T发动机,采用了双VVT-iW可变气门正时技术,在工作时可以让发动机在奥托循环和阿特金森两种循环模式当中实现无缝切换。简单来说,在需要动力性以及加速感时,发动机系统采用奥托循环模式,以保证充足的动力。而在堵车或者发动机处于低负荷的时候,则可以切换为阿特金森循环模式,最大化的提高效率,从而保证燃油经济性。这套双循环系统的组合所带来的最直观的优势就是,保证发动机实现最佳动力和最低油耗.
为了实现阿特金森循环带来的油耗降低,丰田1.2T发动机采用了中置油压控制阀,中间锁止技术的VVT。虽然没有采用电动VVT,但是在传统液压控制的VVT中这个配置是最先进的了。相对于传统的间接驱动,单侧锁止的VVT这种技术VVT调节的相应速度更快。同时,由于可以向提前和滞后两个方向调节,所以调节的自由度也更大。通过VVT控制策略的优化来平衡泵气损失和高膨胀比带来的效率优化,最终发动机的最高热效率达到了36.2%,这是相当好的水平了。
2.缸盖集成带水套冷却的排气管。
这种设计将排气管集成在缸盖上,利用缸盖的冷却水来降低排气的温度,从而避免增压器超温引起的排温保护加浓,从而满足欧6B中关于RDE实际道路驾驶工况排放的要求。丰田的1.2T发动机的集成式排气管采用了上下分层冷却的方式,提高了冷却效率。同时,尽量加长了排气道的长度,从而进一步降低4缸排气能量之间的相互干扰,提高了增压器效率。由于集成式排气管的采用,丰田1.2T发动机可以几乎在发动机的全部工况都保持过量空气系数=1的理想情况,划算到整车上,在时速190km/h以下,过量空气系数都可以保持为1,这对RDE排放非常有利。同时,不加浓的策略也使得发动机的最大功率受到影响。
3.单独的低温冷却系统。
也就是除了普通的发动机冷却水循环外,额外为中冷器和增压器冷却准备了一套独立低温水循环。采用独立的电子水泵进行控制。这样中冷器可以采用水冷。这样可以大大缩短进气管道,提高动力的响应速度。


丰田1.2T采用了外置的水冷中冷器,其实,丰田ESTEC发动机的2.0T和1.2T都采用了外置的水冷中冷器,而不像大众EA211 1.2T一样采用进气管集成的内置水冷中冷器。外置水冷中冷器空间布置更容易,对进气管的空间和材料要求也降低了,是一种比较好的设计方案。其实,大众最新的EA211 1.5T evo发动机也已经改成外置式水冷中冷器了,这方面可以说大众参考了丰田的设计方案。水冷中冷器相对于空气冷却中冷器来讲冷却效率更高,而且由于水的热容很大,对发动机的瞬态性能也有帮助,因此,在新设计的增压直喷发动机上水冷式中冷器是一种比较常见的设计,尤其是小排量的增压直喷发动机水冷式中冷器几乎成为标准的设计方案。
4.优化的燃烧系统设计和多次喷射策略
丰田1.2T采用了单直喷喷油器的方案,不像2.0 T那样采用直喷加气道喷射的双喷射方案。
针对1.2T丰田专门优化了喷油器的油束设计和喷射策略,来大大的降低了汽油进入机油造成机油稀释的可能性,机油稀释在发动机开发的时候是喷油器,活塞顶设计、气道包括奇门夹角设计及喷射策略制定时重要的开发内容。也就是图中所说的Oil Dilution。最终丰田1.2T发动机的机油稀释控制到了2%左右的水平,算是很好的结果了,一般开发的要求是小于5%。
这方面本田要好好反思一下如何在开发过程中避免1.5T机油稀释的问题。
丰田1.2T开发了较为复杂的多次喷射策略,主要考虑了冷启动性能,在冷启动情况下甚至用到了四次喷射。同时考虑了排放优化和预防早燃引起的超级爆震,
超级爆震是直喷增压发动机开发时需要重点考虑的另外一个重要课题。超级爆震是发生在点火之前由于燃烧室内热点的存在导致的自燃现象(普通爆震是在点火之后发生的,通过推迟点火可以控制),这种超级爆震会引发超高的爆发压力和冲击波,很容易击穿活塞,造成发动机严重损坏,因此在开发过程中必须尽量避免。
增压直喷发动机更容易产生超级爆震问题,这是由于增压直喷发动机往往在低速能够输出最大扭矩,因此造成汽缸内压力温度比非增压直喷发动机要高,同时在大负荷时残余废气也会比较难控制。另外,直喷发动机会导致更多的机油稀释这也是引起超级爆震的另一个重要因素。
5.通过优化的VVT控制策略来减小涡轮迟滞
增压发动机的另外一个重要的问题是涡轮迟滞,这个问题主要是涡轮启动是要克服自身的惯性,这需要一定的时间。
丰田利用中置油压控制阀双VVT响应速度快的特点,在急加速的低速大负荷时采用大的气门叠开角,使更多的空气通过涡轮机,使增压器能够快速启动,从而改善涡轮迟滞。
看了这么多,大家应该知道为什么现在丰田会主推这款1.2t四缸涡轮直喷增压发动机了吧。满满的黑科技啊。而且上市两年了,口碑很好,我自己也是卡罗拉车主,保养一次全合成只要三百多块(途虎),并没有比1.6自吸的贵。17款雷凌停产了1.6自吸,18款卡罗拉也彻底淘汰了1.6自吸。其实我买车时候也对比过,现在作为一款十多万的车,没有ESP就已经必死无疑了。1.2T还标配了上坡辅助(坡道上发动机启停状态下也有效)和发动机自启停技术(配了启停专用电瓶和加强版启动机),价格只比1.6自吸贵了2000元,太划算了.
最后再说一句,发动机启停技术哪家强,十万级别的家用车领域还是丰田和马自达!坐我车的人,根本就不知道发动机一直在自启停,声音和震动真的几乎感觉不到!说什么伤发动机,伤电瓶的,你根本不知道现在的最新一代的启停系统有多智能。发动机温度不够,不启停。刹车没有深踩,不启停。电池电量不足,不启停。运动模式,手动模式,不启停。夏天开空调,或者频繁堵车,车载ECU会自动减少启停次数,直至不启停。启停状态下,打开车门或者拔了安全带,或者转动方向盘,摘空挡,松刹车都会马上点火,只需要零点几秒启动时间,几乎没有延迟。我开了快两年了,启停功能一直没有关闭过!如果你只是开过法系车那种启停,你是完全体会不到我说的启停的好处,因为法国车的启停太特么烦人了,启动时候,车子都抖动。买车之前,一定去试驾,自己去体会!多的不解释!
希望卡罗拉车主或者其他喜欢汽车的小伙伴们能关注收藏,大家一起研究汽车!