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详析史上最“+”全新皇冠D-4ST 20T

  随着全新CROWN皇冠2.0T版上市的临近,对其搭载的涡轮增压发动机的关注度也越来越高。这款被命名为D-4ST 2.0T+(科技+、动力+、舒适+、可靠+)双涡管涡轮增压发动机,为了实现四“+”采用了“四双”即双喷射、双涡管、双循环、双VVT-i(W)以及水冷技术、启停技术……几乎与涡轮增压发动机相关的所有全球新技术。那么将这些先进科技集合到一起,会给这款史上最“+”涡轮增压发动机带来哪些质变呢?质变当然需要量变的积累,这个量对于全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机来说就是新技术,那我们就从世界、丰田首次采用的新技术看起。

  全新皇冠首次采用D-4ST双喷射系统,顾名思义其采用的是缸内直喷和歧管喷射两种模式相结合的设计。听名字那也绝对是“基情四射”——你中有我我中有你,而目的就是要压榨每一滴燃油来提升效率,将节油与动力均发挥到极致。

  相信对发动机技术有所了解的朋友都知道,现行发动机采用的喷油系统无非就是进气歧管喷油和缸内直喷两种。其中缸内直喷被“”为是很拽的技术,为什么呢?因为缸内直喷将汽油喷至气缸内,可以令喷油量得到更为精确的控制,有效增大升功率。举个例子,就像一个人生病了,如果选择静脉注射的话,药物将直达病理,病情好转的会非常快,这就相当于缸内直喷的精确性;若选择口服药物,那就是进气歧管喷射,药物吸收会耗时长一些。

  不过大家都知道一个常理,能吃药就不打针,同理这缸内直喷也并非是无敌的,在冷启动时它的油气混合效率比进气歧管喷油低,热机速度慢,而且没有了进气道的燃油润洗,复杂工况下也更容易产生积炭。至于这么拽的技术怎么就出现了这样的BUG,我们就不去操心了,因为自有工程师们去解决。丰田的工程师们在其旗舰产品全新第14代皇冠身上可谓下尽功夫,结果也不负众望,成功推出了双喷射系统,是目前很少一部分高端机采用的喷油方式。

  那么这套D-4ST双喷射系统是怎么工作的呢?它并不是简单的相互切换,而是根据发动机运行状况、油门踏板变化等让两种喷射形式更复杂的配合工作。比如在冷启动、怠速或者低负荷状态下,这套系统会使用单歧管喷射;跑起来后,在高负荷急加速的情况下,则由缸内喷射完全接管。而在复杂用车中或中等负荷时,两套喷射系统将协同工作,实现分层燃烧、均质燃烧的效果,令发动机的最大热效率可达36%(一般发动机热效率在30%~35%左右),体现在全新皇冠身上,百公里油耗仅7.4L的表现足可以令很多小伙伴们惊呆了。

  弄了这么一个复杂的复合喷射系统,工程师们不会真的只是为了两个喷射男搞基情吧?当然不是。有了D-4ST,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机在各个转速下动力输出与响应都非常优秀,其最大功率达到了173Kw,峰值扭矩则为350Nm,超越大多数竞品。不仅如此,丰田的工程师们经过努力,还同时避免了直喷发动机的积炭、产生过多氮氧化合物等问题,这对于发动机的耐久性、维修保养,环保排放等也是最大的。

  单涡轮双涡管技术也是丰田首次采用,相比于单涡管增加了一条废气通道,此举看似简单,却让排气更加顺畅、泵气损失更少,从而发挥更强的增压效果。相信很多人选择涡轮增压发动机,都是看中它强劲的动力,踩下油门后带来的推背感。不过,涡轮启动需要排气量达到一定水平,这也就是常说的涡轮迟滞效应,可惜的是单涡管产生的排气会加重这种涡轮迟滞。

  单涡轮单涡管,它推动涡轮的方式非常简单,就是将所有气缸的排气管集合到一起,来汇集废气。众所周知,四缸发动机的点火、排气顺序一般为1-3-4-2缸,点火间隔相邻的两个气缸(1、3缸),如果排气管相通极易产生排气干扰。而排气干扰后很容易减弱涡轮增压器的效果,这也是为什么说它会加重涡轮迟滞。

  鉴于点火间隔相邻的两个气缸易产生排气干扰,双涡管技术则是将4个气缸的排气歧管分成了1、4和2、3两组。当4个气缸轮流排气时,两条涡管轮流排出废气,有效了废气之间的干扰,从而使排气更顺畅,涡轮介入更灵敏,增压效果更好。在采用双涡管技术的同时,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机还将涡轮叶片进行了轻量化设计,既减少了轴承的机械摩擦又提升了响应性能。此外,电控废气旁通阀(WGV)的应用,可以减少泵气损失,实现更好的燃油经济性;采用的电控进气旁通阀(ABV)则大幅降低了噪音的产生。

  由于设计、成本等原因,单涡轮双涡管增压系统应用的并不广泛,而全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机还界上首次采用了4→2缸盖一体式排气歧管和双涡流增压技术的组合方式。将排气歧管集成在缸盖内,可令发动机布局更紧凑,另外在排气歧管周围套上水套,还可以优化发动机热管理。因为,冷启动时完全可以“近水楼台先得月”地充分利用废气热量,减少热机时间;另外,水道在重负荷下可以帮助废气降温,从而降低涡轮的热负荷,起到水冷式中冷器的效果,进一步提高涡轮低速的反应。

  一口气道出这么多先进技术,一定会有人没有完全搞明白,不要紧!你只要知道这些牛X 技术能够为你带来什么就足够了。当D-4ST 2.0T+发动机几乎在你踩下油门的同时,涡轮便开始介入,有效缓解低速时的迟滞性,平顺度可以和自然吸气发动机相媲美。另外发动机峰值扭矩的爆发更早。一个非常直观的数据:全新皇冠百公里加速仅需7.7秒,要知道,以“运动、”著称的一汽丰田锐志3.0L、V6的百公里加速遇到全新皇冠D-4ST 2.0T+双涡管涡轮增压发动机也要退避三舍,自愧不如。如果你有心情去“度”娘上查一查其他同级别豪华车的表现,那你就会再一次“惊呆了”。

  丰田首次搭载VVT-iW智能广角可变气门正时进气系统,这也是这款“四双”发动机中双VVT-i(W)很值得称道的地方。因为它可使全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机实现超高的进排气效率,使车辆动力更强劲,油耗达到同级领先。不仅如此,其中这个相当于VVT-i可变气门正时技术升级版的VVT-iW,其可变气门正时从油压控制改为更加精确的电控,正时角度的可变范围扩大,能够更好地控制进气时机与进气量,了各个转速范围内的大扭矩输出。也正是因为它的使用,实现了奥托循环和阿特金森循环两种工作模式的切换,十分智能。

  在大多数涡轮增压发动机采用风冷式中冷器时,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机使用小部分高端机采用的水冷式中冷器。中冷器一般人听起来很生涩,其实它就是安装在增压器与发动机进气歧管之间的冷却器,因为位于发动机和增压器之间,所以被称为中间冷却器,简称中冷器。通俗理解它就是散热器,不过他不是帮助发动机散热而是给进气散热。

  由于涡轮增压器,是通过温度非常高的废气驱动涡轮来工作的,经过热传导的作用进气的温度也会变得非常高。涡轮增压的本意是要提高进气效率,却碰上“高温”来捣乱,所以必须由中冷器来冷却这部分空气。

  显然冷却这部分空气变得尤为重要,那么哪种冷却方式更好呢?大多数涡轮增压发动机采用的风冷式是让空气流动带走热量,就像吹风扇。而水冷式,则是利用循环冷却水,就像冲凉,相比吹风更爽快而且立竿见影。所以二者的冷却效率,不用过多阐述也能高下立判。

  说到这里,小伙伴们一定会问,反复说了半天冷却效果好提升进气压缩效率,有毛用?请看:全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机的173Kw最大功率、350Nm的最大扭矩可并不是盖的。另外,冷却时间短则有利于提升涡轮的响应灵敏度,与世界首次采用的缸盖一体式双涡流技术一起,减轻涡轮迟滞现象,让全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机完全可以媲美自然吸气发动机的惬意。更为重要的是:因为有效防止了涡轮在持续过高温状态下工作,其耐久性和可靠性得到了最大限度的,毕竟,谁也不想刚出保修期,就要来个“大手术”换换“器官”吧。其实即便我们不说,相信大家也都知道:丰田,尤其是全新皇冠的可靠性早已达到另人尊敬的地步,毋庸置疑!

  显然这么多新技术的应用,引发了剧烈的化学反应,给这款D-4ST 2.0T+发动机带来了诸多好处,比如说的最多的动力。如果单从数字或者数据上理解不够充分,那么就结合这款发动机的特性曲线来直观的看一看。从图中不难看出,D-4ST 2.0T+发动机的最高功率为173kW,最大扭矩为350Nm,这是大概相当于3.5L自然吸气发动机的数据表现。同时在1600转左右就可爆发,至4500转左右仍可保持恒定的最大扭矩输出,所以这款发动机拥有更宽幅的高扭矩区间,这样无论在起步加速,还是在高速行驶中,车辆都可获得源源不断的澎湃动力。其动力已经如此强了,燃油表现又如何呢?

  有消息称,有德系汽车品牌将在2017年对其下一代发动机做出改进,在低负载的情况下,采用阿特金森循环。也就是说,这款发动机以后将采用目前已应用于全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机上的双循环系统(奥托循环与阿特金森循环)。而即将上市的全新皇冠2.0T版,可谓棋先一局。

  大家都这么看好双循环,可见它必有过人之处。所谓的双循环系统,就是在传统的奥托循环与阿特金森循环之间进行切换。具体来说,在需要强大动力的时候,发动机系统采用奥托循环模式,以足够的动力性;如果是低负荷的情况,则切换为阿特金森循环,这样可以最大化地提高效率,获得最佳的节油效果。双循环系统的组合可以实现更佳的燃烧效率和更优的动力表现,达到扬长避短的效果。这就像游戏中的团战一样,魔法系负责远程点射,皮糙肉厚的近战型则负责近距离战斗,各司其职又相互配合,这样才能将对方尽情收割,赢得最终的胜利。

  那么问题来了,既然双循环系统有这么多的优势,为何它并未在传统燃油机的上普及呢?因为原理虽然简单,但要实现还是有一定技术难度的。全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机正是通过双VVT-i(W)技术,来实现奥托循环和阿特金森循环两种工作模式的切换的。从而使得发动机在不同工况下,达到动力充沛又省油的神奇效果。

  此外,全新皇冠搭载S&S智能节油启停系统,在城市工况下节油效果可以提升7%左右。目前很多高档车上都装配有类似的启停系统,那S&S智能节油启停系统与他们有哪些不同呢?

  对启停系统有所了解的朋友都知道,在夏天的时候,当车辆处于停止状态(非驻车状态),发动机将暂停工作,这个时候空调系统将转为送风机制,一旦车辆静止时间过久,车内温度会越来越高,用户将不得不手动将启停系统关闭,节油也就无从谈起。而S&S智能节油启停系统则特别装备有蓄冷材料,即使空调转为送风时也能利用蓄冷蒸发器使送风空气冷却。从而车内温度上升,令车内保持舒适同时提升车辆节油性。此外,这套系统还有启动振动小、声音小以及反应敏捷等特点。

  其实,为了节省每一滴燃油,除了非常显眼的技术(双循环系统)以及装备(S&S智能节油启停系统)外,其他技术也都在尽全力为节油服务。比如,水冷式中冷器,前面我们已经介绍过,其特点是对压缩后的进气能够进行持续、稳定的冷却,从而获得更好的性能表现,增压的介入响应也会得到提升。这里要说的是,当发动机在长时间高负荷驾驶的情况,多少会使用一些燃料进行冷却。如果拥有了这样一款稳定高效的冷却器,这部分燃油消耗完全可以省掉。

  除了发动机的自身的节油,设计师们还为全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机匹配了代号为AA81E,同级中鲜有的手自一体式8档自动变速箱。直接进结果:全新皇冠D-4ST 2.0T++8AT的百公里油耗仅7.4L。

  如同大多数韩国偶像剧一样,每个男主都有一个显赫的出身,AA81E同样血统高贵。众所周知,丰田与爱信合作推出了世界上第一台搭载在量产车型上的8速自动变速器,其代号正是AA80E。其中,0代表这是该系列的第一代产品,E表示的是Electronic control(电子控制)。从数字解读中不难看出,与全新皇冠2.0D-4ST+发动机匹配的手自一体式8档自动变速箱应该是它的升级产品。

  作为新一代的产品,它使用了双级齿轮组(辛普森式结构)和拉维娜齿轮组,此外,变速箱许多部件都经过了小型化、轻量化的设计,外壳也由铝合金压铸而成。得益于这些设计手段、压铸制造工艺等,AA81E的刚性比爱信以前的自动变速箱提升30%,同时最大可承受扭矩也提升了22%,搭配全新皇冠2.0T版350Nm的最大扭矩是郎情妾意正当时。甚至有资料显示,峰值扭矩为500Nm的发动机也在这台变速箱的承受范围之内。不过在性能得到大幅提升后,这台发动机重量却仅有95KG。

  这款手自一体式8档自动变速箱能够发挥日系车燃油经济性的特长很多人都能理解,那它这样提升刚性有怎样的卵用呢?其实,开着皇冠去“切弯”看似,不过全新皇冠既然敢将目标人群锁定在30代年轻精英上,那必然要拥有可玩的本事。经过匹配手自一体式8档自动变速箱,全新皇冠2.0T版的0-100km/h加速时间仅需7.7秒,前文已具体描述过这个数字有多牛X,不妨在此再做一个感叹:全新皇冠的加速表现已经让大多售价50万+的“选手”们不得不“感受被秒杀”的刺激!另外,由于其搭载了手自一体式8档自动变速箱,较之于由电脑划分出虚拟档的无级变速器更适合激烈操作,同时比双离合变速器可靠性更高。所以说与这款变速器匹配,D-4ST 2.0T+发动机一点不会“跌份儿”,甚至有一种门当户对的绝佳CP即视感呢。

  事实上,目前市场上对于有些涡轮增压发动机“(汽)油机(油)混动型”的诟病,让人们不得不关注“烧机油”这个话题,当然,每一款发动机都存在机油消耗或烧机油的现象,不过由于涡轮增压发动机自身特点,其机油消耗相对更高(也就是通常所说的“烧机油”)。对于这个问题,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机作为丰田重返涡轮增压领域的力作,不可能没有表示。为了防止这款发动机在机油消耗上出现异常,丰田采取了多种手段。

  (一)改良喷嘴形状:因为增压直喷发动机结构特点,燃油很容易沿着汽缸壁与活塞的间隙进入机油箱或者在活塞环缝隙生成燃料和机油堆积的混合物。燃油一旦进入机油箱势必会污染氧化机油;而活塞环缝隙间生成的混合物,一旦触碰到缸内被剥离的积碳则很容易被点燃,这也就是增压直喷发动机常遇到的低速早燃(LSPI)现象,而它会很轻松地加快机油的非正常消耗。

  正是基于此,丰田的设计师们将缸内直喷的喷油嘴设计成扁平形状并进一步加长,这样喷雾的形状与传统相比就更圆了,从而降低气缸壁上的燃料附着,截断、减少混合物的一部分来源。

  (二)喷射时机:除了改良直喷喷嘴形状外,8AR-FTS发动机通过D-4ST双喷系统,对燃油喷射时机也进行了精心控制,在活塞吸气冲程和压缩冲程时均可喷射燃油,最大限度的提高混合效率,减少上述混合物与点火源——积碳的产生。

  (三)燃烧室形状:这款发动机在燃烧室上也做了不少文章,活塞顶部采用了特殊设计,提升了滚流比和混合气(汽油+空气)的流动强度,使分层燃烧和均质燃烧均可实现,进一步确保燃油的充分燃烧,降低早燃频率。

  上述三项均是通过提高燃油效率,间接缓解机油非正常消耗的。那么8AR-FTS发动机又采取了哪些新技术、新手段来直接机油损耗的呢?

  (四)机油喷射停止机构:丰田首次采用了对活塞冷却的机油喷射停止系统,该系统具有电子控制式切换阀,可依据发动机冷却液温度、发动机转速、负荷等,对机油喷射进行控制,可以降低机油的过度消耗与稀释。另外,这套系统也可降低发动机热机时活塞冠面的积碳堆积,而积碳的减少可为低速早燃做贡献。

  (五)曲轴通风系统:在曲轴通风系统中,丰田首次采用全新的喷射泵机构(新PCV系统),令自然吸气区域及增压区域曲轴内皆可实现通风,可以防止机油老化以及被进一步稀释。该系统的搭载,让8AR-FTS发动机的机油使用寿命与自然吸气发动机等同。

  (六)添加剂:除了创造外部“不烧机油”的,为了提升机油自身的抗氧化性以及耐久性,研发人员还为这款发动机添加了最优添加剂,开发出了新型机油。

  (七)结构、工艺:8AR-FTS发动机采用了独一无二的设计结构,同时强化了活塞连杆;出于对零部件工艺、工程标准的苛求,整个发动机包括双涡管增压器均由丰田自制,从产品品质上了“不烧机油”。

  从七种手段不难看出,为了走好重返涡轮增压领域的这一步,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机在可靠性上确实没少“下血本”,而且效果也不错。因为,到目前为止尚未有关于这款发动机(8AR-FTS已搭载在雷克萨斯品牌的部分车型上)“烧机油”的争论。

  这么多技术集合在一起,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机的可靠性如何呢?为了确保最新动力总成的耐久性以及给用户带来信赖感,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机在上市前进行了长距离耐久性行驶试验。其中,行驶况包括城市市区、高速公、西部高原(标高4000米以上)等;而试验内容也囊括了冰面、雪地等况测试。此外,全新皇冠还专门针对发动机进行了极低温度条件下的行车评价以及超过240 km /h的超高速行驶测试。在整个测试实验中,新皇冠D-4ST 2.0T+发动机运行良好,没有出现任何故障。而且,出于对零部件工艺、工程标准的苛求,整个发动机包括增压器均由丰田自制,产品品质已经得到了有力。

  对丰田有所了解的人都知道,丰田早在八十年代就已经拥有涡轮增压发动机。那有人会问了,丰田既然早已掌握了涡轮增压技术,为什么直到现在才把涡轮增压发动机导入中国市场,是看到涡轮增压在中国“火”了吗?其实,丰田的工程师们考虑最多的,是要让第14代全新皇冠“经得起”。全新第14代皇冠无非是要将世界先进技术建立在稳定性、可靠性有保障的基础上带给中国消费者。到此,本文真的要杀青了,如果觉得我们的介绍还不够,不妨在8月22日全新皇冠2.0T+上市后,放胆一试。

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