自然吸气发动机到底还有多大潜力

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9月14日，由《汽车与运动》杂志和广汽丰田联合主办的2018广汽丰田汽车品鉴会在广州成功举办。

中国心十大发动机奖专家评审委员会主任王建新，评委、、、游、邹博文、辛军、陈德安，中石油大连润滑油研发中心评价中心主任黄盛君，《汽车与运动》杂志出版人周丽娟，《汽车与运动》杂志执行主编杨建军，《中国汽车报》首席记者秦书文，丰田紧凑型车公司总工程师铃木启友、 丰田先进动力总成规划管理部部长渡边春、丰田发动机设计部发动机组装部长茶松井淳、广汽丰田汽车有限公司副总经理小井江口、广汽丰田汽车有限公司副总经理、丰田RD中心(中国)有限公司北京分公司总经理唐田等出席了此次汽车动力品鉴会。

王建昕主任首先致辞：“‘中国心年度十佳发动机评选已经走过了14年，不断实现着当初的宗旨。今天这个汽车动力品鉴会也是一个非常好的机会，在这里不但能深度了解丰田先进的TNGA 2.0L发动机技术，还可以试驾搭载这款发动机的C-HR车型，这将会是一场非常有意义活动。”

王坚导演首先致辞:“‘中国心’年度十大发动机评选已经过去了14年，最初的目的也在不断实现。今天的汽车动力品鉴会也是一个非常好的机会，在这里你不仅可以深入了解丰田先进的TNGA 2.0L发动机技术，还可以试驾搭载这款发动机的C-HR车型，这将是一个非常有意义的活动。"

《汽车运动》杂志的发行人周丽娟说:“今天能来到这里，感觉很棒。从今年6月到9月，这是我们举办的第四届汽车动力品鉴会。从几个活动中，也可以看出汽车内燃机的无穷魅力。我们对这款全新的丰田TNGA 2.0L发动机充满期待。经过14年的建设，中国心已经成为国内唯一的发动机选型技术平台，一个合作开放的平台。”

广汽股份副总经理Koji江口先生希望通过本次品鉴会，让各位嘉宾充分了解丰田这款技术特色鲜明的发动机。

丰田紧凑型C-HR公司总工程师铃木昭夫介绍了C-HR的设计理念和开发目标，作为第二款TNGA车型，C-HR在欧洲广受好评，在中国也成为热门话题。以独特的设计理念和运动个性，带来舒适的驾乘体验。介绍结束后，专家们讨论了C-HR在丰田车型中的定位。

丰田汽车公司发动机设计部发动机组装长Masamatsui Chun深入浅出地讲解了TNGA 2.0L发动机。该发动机以高速燃烧、双喷射和高转速提供了更好的动力输出和油耗水平。演示文稿中PPT的所有内容都非常详细，但由于其中一些内容涉及丰田的RD机密，我们不得不在此忽略它们。关于这个引擎真正吸引人的技术，我们本着好的东西应该被更多人欣赏的原则，为了让读者满意，尽可能多的发表。

开发TNGA动力总成的目标是什么？松井淳告诉我们，丰田一直没有停止对传统发动机的挖掘，他们认为传统发动机还有很大的潜力可以发挥。而且目标只有一个:“动力总成(发动机/变速器)系统效率最大化”。

就像TNGA架构下的这台2.0L发动机，它不仅注重提升发动机本身效率，更是从动力总成系统方面全面提升。充分利用自然吸气发动机热效率较高的优势继续深耕，把高热效区范围进一步扩大。同时，由于提高了转矩以及使用齿比更宽的变速器，可以更充分、更灵活地利用高热效区，进一步提升发动机的动力性和经济性。综合以上考量，这台全新的TNGA 2.0L汽油发动机加速性能和油耗表现相比老款都提升了约18%。

就像这款TNGA架构下的2.0L发动机，不仅着眼于提升发动机本身的效率，还全面提升了动力总成系统。充分利用自然吸气发动机热效率高的优势继续深耕，进一步扩大热效率高的区域范围。同时，由于扭矩增大，传动比更宽，可以更充分、更灵活地利用高热效率区，进一步提高发动机的动力性和经济性。综合来看，这台全新的TNGA 2.0L汽油发动机的加速性能和油耗性能比老款提升了18%左右。

丰田对于这款全新TNGA架构推出的2.0L发动机的目标又是什么呢？首先是要把燃烧状态统一化，同时，在世界顶级热效率和输出功率之间取得完美平衡。作为一款传统发动机，TNGA 2.0L发动机的热效率可以达到40%，这在之前只有混动系统的专用发动机才能做到。同时，作为一款自然吸气发动机，升功率达到了63kW/L，兼顾高热效率和高输出性能，对于丰田的研发人员来讲这绝对是一项有着世界级难度的挑战。

丰田采用这种全新TNGA架构的2.0L发动机的目标是什么？首先要统一燃烧状态，同时要达到世界顶级热效率和输出功率的完美平衡。TNGA 2.0L发动机作为传统发动机，热效率可以达到40%，这是以前只有混动系统专用发动机才能达到的。同时作为自然吸气发动机，上升功率达到63kW/L，兼顾高热效率和高输出性能，这对丰田的RD人员来说绝对是世界级的挑战。

简单来说，TNGA 2.0L发动机的研发目标是成为拥有高度世界级动力和热效率的自然吸气发动机，满足各国最严格的排放法规(排放性能:中国:国6，日本:平成30年法规，美国:SULEV，欧洲:欧6)。

热效率40%，上升功率63kW/L。你需要哪些黑科技？在解读黑科技之前，我们首先需要了解几个关键词。96 mm长冲程、13∶1高压缩比、缸内直喷和进气道喷射、高效进气道、大比例EGR的D-4S双喷射系统。正是这些关键技术，最终造就了前所未有的传统汽油机。

针对世界第一高速燃烧，丰田采取了整体研发。这款TNGA 2.0L发动机将气门角度从原来的31°扩大到41°，可以配备更大直径的气门，进一步提高进气速度，增强缸内滚流。

长冲程体现在最佳冲程/缸径比。经过丰田多年的潜心研究和实验验证，1.2被认为是最优值。根据结论，这台TNGA 2.0L发动机的冲程设定为97.6mm，缸径设定为80.5mm，冲程比为1.22。

激光熔覆气门座可以说是丰田最新技术发展和新材料开发的代表之一。可以降低上气道高度，让气道像赛车一样笔直，解决进气流量增加和滚流增强的两难问题。这个工艺需要用激光熔化金属粉末，使其与基础材料凝结在一起，这也是TNGA的招牌技术。未来，这种工艺技术将成为丰田量产发动机的标准。

D-4S双喷射系统可能大家都不陌生。可以说是将丰田的传统动力发动机推向了一个新的高度。TNGA架构下的2.0L发动机采用了4代D-4S双喷射系统。重新设计的锥形多孔直喷式喷油器进一步提高了喷雾自由度，穿透距离比第一代缩短了35%，有效改善了湿壁现象。

轻量化方面，这台TNGA 2.0L发动机几乎是做到了极致，活塞连杆材料采用了高强度材料，配合楔形加工技术使得比现有连杆减重28%。得益于曲轴刚性、配重块形状的优化，使其可以应对高转速的需求，而且相比现有产品减重12%。第一缸取消部分水套，缩短了缸体长度，使得该发动机的缸体结构更加紧凑。同时为了保证缸体冷却性能不受影响，丰田工程师在两缸缸套间距仅为7mm的空间内钻孔。最终这台TNGA 2.0L发动机重量仅为103.3kg。

在轻量化方面，这台TNGA 2.0L发动机几乎做到了极致。活塞连杆材料采用高强度材料，楔形加工技术使其比现有连杆轻28%。由于优化了曲轴的刚度和配重的形状，可以满足高速的需求，其重量比现有产品减轻了12%。第一缸取消了部分水套，缩短了气缸长度，使发动机的气缸结构更加紧凑。同时，为了保证气缸体的冷却性能不受影响，丰田工程师在两个气缸套之间的距离只有7mm的空室进行钻孔。这台TNGA 2.0L发动机的最终重量只有103.3kg

拥有多年赛车经验的丰田将赛车技术应用到了这款最新发动机上，三个冷却喷嘴的设计可以有效降低活塞在高功率输出时的高温。最高转速6800转时活塞速度高达22m/s，因此丰田采用了偏心桶面油环技术，进一步提高刮油性能。

减磨方面，这台发动机采用了激光纹理技术活塞裙，该技术是指通过激光加工形成网纹沟槽结构，生成最适合的油膜厚度，提升润滑效果。连续可变机油泵的流量从0—MAX都可自由设定，任何行驶状态下都可以提供最适度的机油量，优化主油道内油压、大幅降低摩擦。

在减磨方面，这款发动机采用了激光纹理技术活塞裙，即通过激光加工形成网状沟槽结构，生成最合适的油膜厚度，提高润滑效果。可变油泵的流量可以在0到0—MAX之间自由设定，在任何行驶状态下都能提供最合适的油量，优化主油路中的油压，大大减少摩擦。

全新TNGA架构的2.0L发动机产品将会以商品力取胜，也就是我们常说的油耗与动力性。它将会带给消费者自然吸气发动机原有的线性加速感，以及不惧增压的输出性能。高速燃烧、大比例EGR、低摩擦、热管理优化、轻量化、紧凑化将会让消费者获得更加完美的燃油经济性。秉承丰田核心发动机“全世界制造、全世界行驶”的理念，采用TNGA架构的发动机可进一步降低成本（减少机型种类、大幅降低研发费用），这也将为丰田未来的产品提供更具优势的竞争力。讲解过后的讨论环节，专家们就大比例EGR等技术与丰田专家进行了探讨，之后大家参观了广汽丰田的生产线。

全新TNGA架构2.0L发动机产品将以商品动力取胜，也就是我们常说的油耗和动力。会给消费者带来自然吸气发动机原始的线性加速感和无惧增压的输出性能。高速燃烧、大比例EGR、低摩擦、热管理优化、轻量化、紧凑化将使消费者获得更完美的燃油经济性。秉承丰田核心发动机“全球制造，全球驱动”的理念，采用TNGA架构的发动机可以进一步降低成本(减少车型种类，大幅降低RD费用)，这也将为丰田未来的产品提供更多的竞争优势。座谈结束后，专家们与丰田专家探讨了大型EGR的技术，随后我们参观了广汽丰田的生产线。

一台优秀的发动机应该和整车匹配得更好，所以驾驶实车也是考虑一台发动机的重要一环。开过C-HR，老师们都觉得这台自然吸气发动机动力输出平顺，加速能力出色。试驾结束后，我来到了本次活动的最后一个环节——技术交流讨论。

李俊老师率先发言:“根据丰田的预测，自然吸气发动机的热效率可以达到什么程度？”渡边先生回应李俊先生的问题:“如果没有技术上的突破，自然吸气发动机的热效率很难达到45%，如果达到50%，就需要增压、稀薄燃烧等其他技术的支持。”

中国石油大连润滑油研发中心评定中心主任黄胜军就润滑油问题与丰田专家进行交流，目前C-HR所使用的机油为0W-16低粘度机油，对减少油耗有很大贡献。辛军老师与丰田专家探讨了1.5T发动机与2.0L自然吸气发动机在运行中带来的不同效果，李理光老师就活塞环的新设计理念与丰田专家进行了探讨。

中国石油大连润滑油RD中心评估中心主任黄盛君就润滑油问题与丰田专家交流。目前C-HR用的油是0W-16低粘度油，对降低油耗贡献很大。辛军老师和丰田专家探讨了1.5T发动机和2.0L自然吸气发动机在运行中的不同效果。李利广老师与丰田专家讨论活塞环的新设计理念。

目前中国的大学所培养出的人才如何在短时间内和企业的需求合拍，这是像王老师这样的大学教授苦恼的事情，所以就这个问题王主任与广汽丰田汽车有限公司副总经理肖宁交换了看法。王建昕主任还非常关注汽油发动机压燃技术，对于这点渡边先生认为目前阶段，从产品稳定性角度来衡量，还是火花塞点火会更稳定、更可控一些。

目前国内高校培养的人才如何在短时间内跟上企业的需求，对于王先生这样的高校教授来说是一件很头疼的事情，为此王主任与广汽丰田副总经理就此问题进行了交流。王建新主任也非常关心汽油发动机的压缩点火技术。对于这一点，渡边先生认为，目前从产品稳定性的角度来看，火花塞的点火会更加稳定可控。

会议最后，王建新董事总结道:“2018广汽丰田动力品鉴会内容非常丰富。我们对这款2.0L发动机有着深刻的理解，它给我们带来了两个主要的收获。首先是它带来了新的设计理念，比如激光熔覆气门座技术，可以实现高速燃烧；其次，也让我们感受到了丰田对于技术研发的认真态度，也就是我们常说的工匠精神。发动机的每一个零件都做得很精致，40%的热效率其实是基于多项精细化研发实现的。中国心年度十大引擎是一个开放平台。在这里，我们将一起讨论发动机技术。最后，我们要感谢广汽丰田对这个平台的支持和认可。”

随后，广汽丰田汽车有限公司副总经理萧宁表示:“非常荣幸能在广州南沙工厂与各位专家畅谈广汽丰田发动机技术。你的宝贵建议将鼓励我们开发更好的产品。中国的C-HR率先搭载TNGA 2.0L发动机，体现了丰田对中国市场的重视。未来，我们将推出更多车型，如HEV、PHEV和EV，以满足用户的需求。”