豐田推出地表最強(qiáng)3缸發(fā)動(dòng)機(jī)

目前，豐田正在全力打造其最新款高性能掀背車GR Yaris。該款車型充分吸收了來(lái)自世界拉力錦標(biāo)賽（WRC）的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

GR Yaris車型搭載了1款全新的1.6 L渦輪增壓3缸機(jī)。其最高功率為192 kW，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。據(jù)豐田方面提到，該款型號(hào)為G16E-GTS的發(fā)動(dòng)機(jī)以動(dòng)力性及續(xù)航性作為重點(diǎn)開發(fā)目標(biāo)，并據(jù)此進(jìn)行了設(shè)計(jì)。研究人員借鑒了源于賽車的技術(shù)，并采用了輕型結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，并確保整機(jī)能滿足歐六d排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 G16E-GTS發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

項(xiàng)目參數(shù)

布置形式直列3缸，渦輪增壓

排量/L1.618

缸徑/mm87.5

行程/mm89.7

壓縮比10.5

燃燒室屋頂型

氣門機(jī)構(gòu)雙頂置4氣門，滾子搖臂

最高功率/kW192（6 500 r/min）

最大扭矩/（N·m）360（3 000～4 600 r/min）

總質(zhì)量/kg109

與缸體的外壁一樣，通過(guò)制作較薄的缸蓋壁厚可以有效減輕整機(jī)質(zhì)量。研究人員對(duì)進(jìn)氣道的形狀、噴油器噴霧和燃燒室都進(jìn)行了優(yōu)化，以改善高滾流（high tumble）過(guò)程，并提高進(jìn)氣道效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)穩(wěn)定燃燒。研究人員憑借來(lái)自賽車領(lǐng)域的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出了性能更優(yōu)越的氣門座圈，并增加了排氣門直徑。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋采用了兩級(jí)水套結(jié)構(gòu)。冷卻液會(huì)流至下水套區(qū)域，以增加其對(duì)燃燒室的冷卻效果。在上水套和下水套之間的分隔壁使氣缸能承受更高的壓力及熱負(fù)荷。

豐田方面的研究人員提到，兩級(jí)水套結(jié)構(gòu)能優(yōu)化冷卻液流速和流量，以此滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求。冷卻液在缸蓋內(nèi)水平流動(dòng)可以減小冷卻系統(tǒng)的壓損和容積，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)階段，有效改善了加熱器性能及燃油經(jīng)濟(jì)性。研究人員通過(guò)設(shè)計(jì)該水套，將3個(gè)氣缸之間的溫差降至最低，從而可使發(fā)動(dòng)機(jī)采用10.5的高壓縮比。

該款發(fā)動(dòng)機(jī)首次采用了2個(gè)單獨(dú)的正時(shí)鏈條罩蓋（上部和底部）。研究人員通過(guò)為每個(gè)罩蓋采用雙面配合的方式，可以顯著提升其密封性能，并進(jìn)一步減小了缸蓋的質(zhì)量。

曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)（PCV）可直接從曲軸箱中抽出活塞漏氣量，以此增強(qiáng)通風(fēng)，并抑制機(jī)油惡化。PCV閥安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，研究人員通過(guò)移除真空管以簡(jiǎn)化系統(tǒng)布置。迷宮式（labyrinthine）油氣分離器（OMS）結(jié)構(gòu)可以顯著改善油滴收集效率。

涂層和熱處理

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為實(shí)現(xiàn)高速燃燒的目標(biāo)，研究人員為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)件選配了輕量化活塞和耐磨的活塞環(huán)。為提升機(jī)體強(qiáng)度，研究人員對(duì)球形燃燒室進(jìn)行了拋丸處理（shot peening），并為活塞裙部的主、副推力面進(jìn)行了更高強(qiáng)度的拋丸處理以減少其與缸孔之間的摩擦?；钊共啃纬傻男“伎永趦?chǔ)油，通過(guò)在其表面應(yīng)用合成樹脂涂層（resin coat），可以進(jìn)一步減少摩擦。

該款發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞沿用自豐田新全球架構(gòu)（TNGA）工具庫(kù)，同時(shí)沿用的其他零部件還有高強(qiáng)度連桿、緊湊型液壓間隙調(diào)節(jié)器、凹腹凸輪軸（concaved-radius）及高能點(diǎn)火線圈。

研究人員在活塞第1道環(huán)槽中嵌入了高強(qiáng)度、耐腐蝕的高鎳鑄鐵活塞環(huán)。根據(jù)豐田方面的消息，采用高線性的膨脹劑（SD-1）在暖機(jī)階段可以收緊活塞環(huán)端隙，從而減少活塞漏氣量。研究人員在第1道氣環(huán)的圓周上應(yīng)用了類金剛石（DLC）涂層來(lái)減少摩擦，同時(shí)還在油環(huán)刮片的外圓上采用了不規(guī)則桶面形狀，以獲得更高的可靠性，并減小機(jī)油消耗，其外圓面則采用DLC涂層來(lái)增加抗磨性。

為實(shí)現(xiàn)高功率輸出，研究人員為G16E-GTS發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)了1個(gè)由皮帶驅(qū)動(dòng)的大容量水泵。研究人員將機(jī)油冷卻器安裝在水泵出口，以增強(qiáng)冷卻器的效率，同時(shí)為其配備了1個(gè)輕量化的鋁冷卻器。

進(jìn)氣和渦輪增壓

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研究人員對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，使發(fā)動(dòng)機(jī)可以輸出更高的功率，隨后再將電池移到行李箱中，從而為空氣濾清器騰出了空間，并相應(yīng)減小了其壓損。考慮到持續(xù)優(yōu)化的目標(biāo)，研究人員為該款發(fā)動(dòng)機(jī)選擇了配備有濾紙和精細(xì)纖維層的復(fù)合型空濾，從而可以有效提高除塵效率。研究人員首次在空氣流量計(jì)的上游采用了鋁箔膠，以此釋放在進(jìn)氣系統(tǒng)中累積的電荷。

研究人員將G16E-GTS發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)集成到排氣歧管上，減少了整機(jī)質(zhì)量，并在渦輪本體中采用球軸承來(lái)降低摩擦水平，同時(shí)使其具有更高的響應(yīng)性。除此以外，壓縮機(jī)殼體較好的耐磨密封性可以有效增強(qiáng)渦輪增壓器的效率。

編輯：jq