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馬自達2.5T、豐田2.4T……快将這些日系發動機引進吧!

作為直接決定燃油車動力的部件,一台好的發動機甚至可以為整個品牌帶來巨大的銷量和利潤。例如大衆的EA888和通用的2.0T可變缸發動機,就為旗下諸多車型賦予了動力強勁的賣點。可反觀日系品牌,目前在中國除了一些小排量渦輪機外,大多都是以省油為取向的自然吸氣發動機。可實際上,這些日系品牌在海外是有很多高性能渦輪機在售的!如果這些發動機能引入國内,那無疑就是一場車迷的盛宴了!下面我們就來聊聊那些應該引入國内的日系高性能發動機!

作為日系品牌中将運動精神深入骨髓的品牌,你在每一款馬自達車型上都可以找到3個共同點,那就是優異的轉向手感、出色的行駛品質以及一流的動力響應。然而這個标榜駕駛樂趣的品牌,目前在國内卻沒有一款能讓人開到血脈噴張的車。2.0L的昂克賽拉百公裡加速接近10秒,2.5L的CX-5、阿特茲百公裡加速也在8秒開外,可以說馬自達的動力,已經拖累了他們出衆的底盤。但了解馬自達的朋友應該知道,海外市場的昂克賽拉、CX-5、阿特茲早已成為了同級别的馬力王,這是因為馬自達為他們配備了一台“神機”,那就是馬自達創馳藍天系列的SkyActiv-G 2.5T發動機。

早在2016年,馬自達就釋出了這台2.5T四缸發動機,最大功率253馬力,峰值扭矩432牛·米。雖然功率上并不亮眼,但超過400牛·米的扭矩甚至可以媲美4.0L V8自吸發動機了!換裝2.5T發動機後,阿特茲百公裡加速從2.5L的8秒出頭,縮短至6.2秒!CX-5百公裡加速從2.5L車型的8.3秒,縮短至6.1秒!昂克賽拉百公裡加速更是從2.0L的9.4秒,縮短至了5.6秒!一台2.5T發動機,直接讓馬自達旗下的主打車型全部邁入了性能車行列。除了動力強勁外,這台2.5T的渦輪遲滞也很低,同時油耗也十分優秀,在某些轉速下的節油性能甚至超過了自家的2.5L自吸。并且随着這台發動機的面世,也證明了馬自達造增壓發動機依然可以做到行業一流的水準。

VTG可變截面渦輪

那這台發動機的“一流”究竟展現在哪裡呢?想必各位車迷都聽說過保時捷的VTG可變截面渦輪,它通過調節渦輪截面角度的變化,使渦輪在高/低轉速下都能具備良好的增壓性能和響應速度。可除了保時捷以外,就很少有普通家用車使用VTG技術了,這是因為汽油發動機排氣溫度高達1000℃,VTG為了承受住超高的溫度,就必須要采用昂貴的耐高溫材料,這無疑會大幅增加發動機的制造成本。

2.5T螺旋狀可變流量渦輪

于是馬自達2.5T另辟蹊徑,通過一種名為“螺旋狀可變流量渦輪”的技術方案實作了相同的效果。如上圖所示,馬自達的可變流量渦輪進氣管道被隔成了一粗一窄兩條管路,并且其中較粗的管路還增加了一個可變氣門(上圖黃圈)。在發動機轉速低于1650rpm時,渦輪的可變氣門(上圖黃圈)關閉,相當于排氣隻能通過較窄的管路去吹動渦輪。那根據流體力學定律,氣體流量不變的情況下,管徑越小,壓力越大,是以渦輪便可以在低轉速時被吹到更高的轉速,進而為進氣端提供更高的增壓值。與包括雙渦管形式在内的單渦輪方案相比,馬自達可變流量渦輪的低轉扭矩可以提高20-25%,在1250rpm就可以輸出350牛·米的扭矩,具備了媲美大排量自吸的動力響應!

随着轉速超過1650rpm,發動機排出的廢氣量增加,這個可變氣門便會開啟,為更多廢氣流入渦輪提供通道,來保證發動機在高轉速下依舊可以穩定的輸出動力。由于高、低轉速都得到了兼顧,是以馬自達的2.5T便同時具備了自吸發動機的平順和響應,以及渦輪增壓發動機的高動力、高扭矩。看到這可能就會有朋友擔心了,這台2.5T發動機動力這麼強,那會不會很費油呢?其實相較于性能方面比2.5L自吸發動機的提升,這台2.5T油耗的增加并不多。

經過美國EPA油耗實測,在阿特茲上,2.5T版的油耗為9L/100km,而2.5L版的油耗為8.1L/100km;而在CX-5上,2.5T版的油耗為9.8L/100km,2.5L版的油耗為9L/100km。可以看出,這台2.5T在功率比2.5L自吸提升了25%、扭矩提升了70%的情況下,綜合油耗僅僅增加了10%,這筆買賣難道還不劃算嗎?

價格方面,美國市場2.5T阿特茲比2.5L自吸版本貴了3100美元左右,也就是接近2萬塊人民币。說實話,如果能讓國内的2.5L阿特茲使用者加2萬塊更新2.5T,相信大家一定是非常願意的!更何況2.5T還能拔高整個品牌的定位,馬自達以後準備走豪華品牌路線,那肯定少不了一台能撐住台面的大馬力發動機!更重要的是,如果馬自達這台2.5T引入國内的話,馬自達一下子就會變成日系性能車标杆,從此往後就再也不會有人說馬自達“光吼不走”了!

馬自達2.5T、豐田2.4T……快将這些日系發動機引進吧!

提到斯巴魯,大家首先想到的一定是水準對置發動機以及出色的四驅系統,然後理所當然地認為斯巴魯的車型都非常運動。可實際上,斯巴魯就像馬自達一樣,雖然底盤素質出衆,但在國内卻沒有一台性能出色的發動機。目前國内在售的斯巴魯車型中,除了跑車BRZ外,其餘的轎車、跨界車、SUV,全都在使用老舊的2.0L、2.5L自吸發動機,更是沒有一款車型的0-100km/h加速可以跑進10秒!不僅如此,除了加速趕不上主流水準外,國内現役斯巴魯的2.0L、2.5L發動機都已經是10年前開發的産物了,是以油耗表現也并不理想。

像是搭載2.0L發動機的跨界SUV斯巴魯XV,其NEDC油耗為7.2L/100km。而豐田家尺寸更大、重量更重、且同樣采用2.0L四驅的RAV4,其NEDC油耗則僅為6.3L/100km,二者相差接近1L。如果說動力偏弱隻是影響使用者的使用體驗,那麼油耗高可就直接關乎企業在節能減排大背景下的生存問題了。

面對全球嚴峻的節能減排形勢,斯巴魯迫切需要開發一台高熱效率的發動機來兼顧油耗和動力。于是在2020年,斯巴魯推出了一台熱效率達到40%的1.8T發動機,代号CB18。在參數方面,斯巴魯全新1.8T發動機的最大功率為177馬力,峰值扭矩為300牛·米。動力相比目前國内傲虎上那台最大168馬力、252牛·米的老2.5L自吸發動機更好。油耗方面,海外換裝了1.8T發動機的傲虎,WLTC工況百公裡油耗為7.7L,相比2.5L車型的8.6L/100km要低了接近1L!是以如果國内的森林人、傲虎也能換上最新的1.8T發動機,那不僅動力上會得到提升,而且車主的用車成本,以及斯巴魯的企業油耗也能下降,簡直是一舉多得的好事!

豐田Dynamic Force 發動機

在技術層面,相信大家第一眼看到斯巴魯這台1.8T發動機40%的熱效率都會感到驚訝,畢竟豐田目前主力的Dynamic Force系列2.0L、2.5L發動機,其非混動版本的熱效率也是40%。要知道的是,自吸發動機由于進氣溫度低,是以做到高熱效率會更容易。而渦輪增壓發動機由于進氣溫度高,是以不得不降低壓縮比來防止爆震,是以熱效率先天就不如自吸。由此可見,斯巴魯這台1.8T作為一款渦輪增壓發動機,要想做到和豐田自吸一樣的40%熱效率,那勢必要比豐田的2.0L、2.5L發動機使用更多的先進技術。

首先,斯巴魯在這台全新的1.8T發動機上首次采用了極其罕見、且成本高昂的“稀薄燃燒”技術。什麼是稀薄燃燒呢?它其實是指氣缸内空氣與汽油的配比中,空氣的量要大于标準水準。在标準情況下,發動機的混合氣體會由14.7kg空氣與1kg汽油搭配,也就是說空氣與燃料的配比為14.7:1。那如果将空氣與汽油的配比提高至14.8:1,就屬于空氣多汽油少,相當于混合氣體内汽油更稀薄了,也就是所謂的“稀薄燃燒”。

從熱力學的角度來說,稀薄燃燒可以降低燃燒溫度和泵氣阻力,進而提高發動機的熱效率。但衆所周知的是,如果缸内空氣的含量比标準值高太多,那就會出現混合氣體無法被火花塞點燃的情況。可斯巴魯偏偏不信邪,直接将空氣的含量增加了近1倍,使這台1.8T發動機的空燃比達到了正常情況根本不可能被點燃的29.4:1......那斯巴魯究竟施了哪些魔法,才使這台1.8T發動機在超高空燃比的情況下能被正常點燃呢?

出于成本考慮,一般缸内直噴發動機的噴油嘴都會傾斜布置在氣缸的一側。但由于斯巴魯這台1.8T發動機采用了稀薄燃燒技術,油氣混合物并不容易被點燃,是以斯巴魯便将噴油嘴布置在了燃燒室頂部,緊鄰火花塞的位置。如此一來,噴油嘴一噴油,火花塞就能在汽油濃度最高的位置将其點燃。至此,在確定能将油氣混合物點燃後,下一步就該考慮如何讓這團火焰能傳導至整個氣缸,并将其餘位置的稀薄油氣混合物點燃了。

左:滾流小 / 右:滾流大

為了加快火焰的傳導速度,這台1.8T發動機采用了80.6mm缸徑 x 88mm行程,相比斯巴魯此前1.6T發動機的78.8mm缸徑 x 82mm行程,要更偏向長行程設計。而在同樣的容積和轉速情況下,氣缸行程越長,活塞的運作速度就越快,那随着活塞速度的提高,氣缸内的氣流速度也會變快。是以,長行程能增加氣缸内的滾流,進而提升被火花塞點燃那一小團火焰的傳導速度。這種通過加快燃燒去彌補汽油濃度低的設計思路,豐田在2016年推出TNGA Dynamic Force系列引擎的時候就已經做過驗證了。

在解決了稀薄燃燒的燃燒難題後,另一個問題又接踵而來,由于空燃比變大相當于機關時間裡燃燒掉的汽油變少了,是以當發動機處于稀薄燃燒時,輸出的功率自然會變得很低。為了不影響車輛的絕對動力體驗,于是這台1.8T發動機設定了隻在轉速低于2400rpm時才會采用稀薄燃燒的工作邏輯。好在得益于渦輪增壓器的存在,發動機從1600rpm開始就能輸出300N·m的最大扭矩,這樣一來車輛的低速動力便得到了保證。而對于日常駕駛來說,由于發動機的轉速通常都不會超過3000轉,是以這台發動機在絕大部分時間内都會處于高效率的稀薄燃燒狀态,來降低車主的使用成本。而當車主需要調用絕對動力進行超車時,一旦轉速超過2400rpm,這台1.8T發動機的空燃比又會從29.4:1切換到正常的14.7:1,進而保證高轉速時的功率輸出。

綜上所述,盡管這台1.8T發動機在參數上并不是特别誇張,但這種在動力略微強過現款2.5L自吸的前提下,還能大幅降低油耗的能力,顯然非常适合當下這個以節能減排為大背景的時代。

除了氣缸更偏向長行程外,全新1.8T發動機每個氣缸之間的間距還從老款1.6T的113mm,縮短到了98.6mm,最終使全新1.8T發動機的長度,相比老款1.6T還縮短了40.3mm,并且重量也降低了14.6kg。而更短的發動機,也意味着發動機在機艙内的位置會更靠後,加上更輕的重量,是以這台1.8T發動機的重心也會更靠後,可以幫助車輛實作更均衡的前後配重,進一步提升車輛的動态表現。

至于價格方面,以日版森林人為例,1.8T車型相比2.0L版本貴了12.1萬日元,約合人民币6340元。按照國内2.0L森林人22.38萬的起售價計算,換裝1.8T發動機後依然不到23萬,相信各位對價格不那麼敏感的森林人車主都願意多花這幾千塊錢吧?隻是很可惜,目前斯巴魯還沒有将全新1.8T引入國内的計劃,如果未來能夠引入,并将它裝在在售的森林人、傲虎、XV車型上,那斯巴魯在國内的競争力勢必會得到提升。

自從途樂Y62因為國6排放無法上牌後,日産目前在國内的硬派越野車就隻剩下途達,以及同平台的皮卡車納瓦拉了。不過這兩款車均隻提供2.5L自吸汽油機,最大功率193馬力、最大扭矩245N·m,對于一輛體重超過1.8噸的硬派越野車來說顯然是不夠用的。要知道的是,日産途達/納瓦拉在海外市場可是有一台2.3T雙渦輪增壓柴油機的,雖然最大功率190馬力沒啥亮點,但最大扭矩卻達到了強悍的450N·m,非常适合越野攀爬以及拉貨,與途達/納瓦拉的定位相當契合。更重要的是,日産的這台2.3T柴油機,在技術層面也亮點頗多。

日産2.3T雙渦輪增壓柴油機

對柴油機有一定了解的朋友應該知道,通常情況下2.5L排量及以下的柴油機都會采用單渦輪增壓的形式,而日産卻罕見地為這台2.3T柴油機搭載了兩個渦輪。不僅如此,這兩顆渦輪還采用了一大一小的組合,這對于車輛的動力響應以及低扭輸出會産生巨大的幫助。

馬自達2.5T、豐田2.4T……快将這些日系發動機引進吧!

在低轉速行駛時,由于發動機的排氣量較小,是以如上圖所示,ECU會關閉進排氣端的旁通閥,使廢氣優先帶動小号渦輪來增壓。此時,由于小渦輪的慣性低,是以渦輪的遲滞就會更小,可以幫助車輛在低速獲得強勁動力的同時,還能保證動力的響應速度。

而在急加速、拉重物、爬坡等工況下,發動機的轉速會升高,排氣量也會随之增加,此時ECU便會将進排氣端的旁通閥打開,使大部分廢氣直接進入大渦輪,并推動大渦輪進行增壓。如此一來,随着大、小兩個渦輪在高、低轉速之間的切換,就可以使發動機的峰值扭矩平台覆寫1250-3500rpm的區間了。

此外,由于柴油機天生具備高熱效率和低油耗的特性,是以日産這台2.3T柴油機在油耗方面還能形成對現款2.5L自吸汽油機的降維打擊。海外版納瓦拉2.3T柴油版的百公裡綜合油耗隻有6L,而國内的納瓦拉2.5L綜合油耗為9.6L/100km,相當于發動機扭矩大了近1倍,油耗還能低三分之一,這樣的發動機要是引入國内,怎麼可能不受歡迎?

動力一直是國内豐田車型的短闆,一衆2.0L、2.5L自吸發動機被對手的渦輪增壓打得喘不過氣,而北美市場的大排量V6發動機又不引入。實際上,随着去年全新一代雷克薩斯NX的釋出,有一台全新的2.4T四缸發動機也随之誕生,目前僅應用在海外版的NX 350上。這台發動機的代号為T24A-FTS,未來将會取代此前漢蘭達、RX、美版亞洲龍、凱美瑞等車型上的2GR 3.5L V6引擎,成為豐田集團的主力機型。

參數方面,全新的2.4T最大功率279馬力,峰值扭矩430牛·米,裝配在NX 350上,海外實測0-100km/h加速僅需6.3秒。相比之下,搭載238馬力、350N·m 2.0T發動機的上代NX 300,其0-100km/h加速實測為7.6秒,兩台發動機在性能上有着明顯差距。

更重要的是,全新2.4T發動機雖然性能更強,但油耗卻并沒有增加。例如搭載2.4T發動機的NX 350,在美國EPA工況下的綜合油耗為9.4L/100km,搭載2.0T發動機的上一代NX 300,同工況下的油耗一樣為9.4L/100km。相當于馬力提升了17%、扭矩提升了23%,百公裡加速快了1秒多,綜合油耗卻沒變。此外,全新的2.4T發動機相比現款2GR 3.5L發動機的306馬力、362N·m,雖然在馬力上略低了27匹,但扭矩卻大了接近70N·m,在台架測試出的油耗也降低了10.5%。究其原因,還是因為這台發動機使用了諸多新技術,使熱效率達到了38%,相比前代2.0T 8AR的36%有了明顯提升。

就像上面講過的新款斯巴魯1.8T發動機一樣,豐田的2.4T也采用了中置噴油嘴的設計,這也是豐田旗下首款采用中置噴油的發動機。相比側置噴油而言,中置噴油由于與火花塞距離更近,是以會更利于火花塞點火,可以使混合氣體燃燒更充分,降低污染物排放。但為了保證新的2.4T發動機可以做到媲美老款3.5L V6發動機的動力水準,是以豐田并沒有像斯巴魯1.8T那樣,為這台2.4T發動機降低空燃比。另外,這台2.4T發動機還保留了D-4ST雙噴射技術,ECU可以根據不同工況選擇進氣歧管噴射或者是缸内直噴,最大程度保證動力和排放。

而這台2.4T熱效率之是以能達到38%,主要功勞則來自11:1的高壓縮比。畢竟通常情況下,壓縮比越高就意味着熱效率越高,熱效率越高就意味着越省油。目前市面上大多數高功率版發動機的壓縮比都在10:1左右,而豐田這台2.4T的11:1壓縮比則已經達到了增壓發動機中的頂級水準。和斯巴魯1.8T一樣的是,豐田這台2.4T也采用了長行程氣缸設計,缸徑x行程為87.5mm x 99.5mm,行程/缸徑比為1.13,甚至比斯巴魯1.8T的1.09還要大,可以增加滾流,提高燃燒速度,進而有效提升熱效率。

可變排量機油泵

與所有TNGA發動機一樣,這台2.4T也配備了可變排量的機油泵。衆所周知,機油泵是與發動機曲軸相連的,會在一定程度上消耗發動機動力。而可變排量機油泵,則可以根據發動機在不同工況下的不同負載,來主動調節機油泵的流量和壓力,在滿足發動機潤滑需求的同時,最大程度減少對發動機動力的消耗。不僅如此,為了保證發動機動力的穩定輸出,豐田還為這台2.4T配備了并不常見的水冷式中冷器,可以降低進氣溫度,提升性能和效率。

假如這台2.4T發動機能夠引入國内,并裝配在與NX同平台的ES上,至少用“移動路障”調侃ES的人數,應該會變少很多吧?此外,T24A發動機還将裝備在下一代雷克薩斯RX、第16代豐田皇冠等未來即将釋出的新車上,性能表現十分值得期待。至于價格方面,以美版雷克薩斯NX為例,其2.4T四驅車型相比2.5L前驅車型貴了3600美金,約合人民币2.3萬元。而國内2.5L前驅的NX起售價31.88萬,按照美國的差價來計算,國内2.4T四驅NX的售價應該是34萬左右,相信各位NX車主都願意加錢讓自己的NX變成一台0-100km/h加速僅需6.3秒的快車吧?

通過上文不難看出,日本車企在海外的好東西可真不少,但他們不将高性能發動機引入國内,其實也并不是什麼差別對待。更多還是因為中國更注重油耗和排放,是以日系車企會優先将他們最“環保”的技術帶到國内首發。例如中國就是豐田M20A引擎在全世界第一個享用的國家,日産也在中國首發了e-POWER混動軒逸。是以不是日系車企不給我們好東西,隻是他們的高性能産品實在不适合國内罷了。如果今天這4款發動機都能引入國内的話,相信會在很大程度上扭轉大家對于日系車性能差的印象。隻可惜,目前各大日系廠家似乎并沒有将這些發動機引入國内的打算,作為車迷的我們也就隻能看着海外車型的照片和參數眼饞了......

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