日系的自然吸氣發動機一向以穩定可靠著稱，雖然在德系推動的渦輪增壓技術的壓力下日系在傳統動力上也逐漸進入增壓時代。

但是自然吸氣技術并未被日本車企放棄，而是在日系最擅長的混動領域繼續大放異彩。

2019年沃德十佳發動機中本田2.0L阿特金森循環混動發動機和豐田Dynamic Force 2.0L自然吸氣混動發動機雙雙獲獎，證明了日本自然吸氣技術在混動領域的成功。

今天的主角就是2019年沃德十佳的豐田最新Dynamic Force發動機家族，該家族包含2.0L和2.5L兩個發動機排量，采用阿特金森循環，混合動力版本熱效率能夠達到41%，非混動的普通版本也可以實現40%的最高熱效率，是當今量産發動機裡面熱效率最高的發動機。

雖然馬自達宣稱其全新的Skyacitve X火花塞輔助壓燃SPCCI發動機能夠達到50%的熱效率，可以其連續的跳票使得豐田Dynamic Force在至少在今年還可以繼續站在全球量産發動機熱效率的頂峰。

下面我們來看一下豐田Dynamic Force發動機的41%熱效率主要是如何實現的？

——答案就是先進的阿特金森燃燒系統。

目前量産的阿特金森循環發動機都是通過對氣門正時的控制來實現的。簡單來說就是利用進氣門晚關的策略，在活塞到達進氣下止點開始進入壓縮沖程的時候保持進氣門開啟一段時間，使得部分已經進入氣缸的空氣重新被壓回到進氣管中，從而降低部分負荷下的泵氣損失。

同時，這樣也允許發動機使用比較高的壓縮比，從而在膨脹做功沖程的時候能夠利用高壓縮比來進一步提高熱效率。下面是通過控制氣門正時實現阿特金森循環的示意圖：

說到阿特金森循環，大家普遍認為日系如今流行的阿特金森循環是由馬自達的SKYACITVE創馳藍天發動機開始的。

其實，豐田應該是最早量産阿特金森循環發動機的汽車企業。

在豐田的第一代普銳斯混合動力車型上，就已經采用了阿特金森循環發動機。不過由于當時的技術所限，阿特金森循環發動機的功率非常低，隻能用于混合動力發動機，無法在傳統發動機驅動的車型上使用。

後來随着發動機技術尤其是VVT可變氣門正時技術的發展，日系阿特金森循環發動機的技術取得了長足的進步，自從電動VVT加入以後，由于其更大的氣門正時調節角度和更快的響應速度，使得阿特金森循環發動機也能實現比較高的性能。

這是目前日系阿特金森循環發動機全面開花的技術基礎。下圖是電動VVT的示意：

在Dynamic Force發動機上豐田為了實現41%的熱效率，豐田采用了最新的阿特金森循環燃燒技術，其主要特點如下：

第一個特點是，采用更大的沖程缸徑比結構來實現高效率。

豐田在Dynamic Force發動機上将缸徑從上一代發動機的90mm縮小到87.5mm，而同時将沖程從原來的98mm增加到103.4mm。這樣就實現了高達1.18的沖程缸徑比，從而使得提高中低轉速下的熱效率具備了良好的結構基礎。

第二個特點是高壓縮比。

阿特金森循環的特點就是高壓縮比，在Dynamic Force發動機上混合動力版本的壓縮比高達14，而普通版本也能夠達到13。

第三個特點是，高滾流的氣道設計。

豐田為了這套阿特金森燃燒系統，重新開發了氣道，改變了氣門夾角使之能夠産生更加強力的氣流運動，從而優化缸内混合，使油氣混合更快，更均勻，燃燒速度也就更快。

為了實現高滾流氣道，豐田采用了先進激光噴塗的氣門座圈工藝，大大減小了傳統壓入式氣門座圈占用的寶貴進氣道入口空間，留出更多空間給氣門來進氣，從而實現高滾流。

下圖是豐田氣門座圈激光噴塗工藝的示意。

第四個特點是EGR廢氣再循環。

EGR廢氣再循環，就是将一部分排氣中廢氣重新引入汽缸内部重新參與燃燒，這樣可以降低小負荷時的泵氣損失，改善油耗。

但是過大的EGR率會引起燃燒不穩定，豐田設計的高滾流氣道和快速的燃燒系統可以容納更大的EGR率，并通過缸蓋水套對EGR進行冷卻，這使得這台發動機的EGR率最高可以達到25%。

第五個特點是電動進氣VVT。

豐田在進氣凸輪軸上采用了其稱之為VVT-iE的電動VVT。這樣可以實現快速的VVT調節，滿足阿特金森循環中進氣門晚關策略的實現。

第六個特點是雙噴射系統

Dynamic Force 發動機采用了豐田的雙噴射系統。也就是每個氣缸有兩個噴嘴，一個GDI直噴噴嘴加一個PFI氣道噴射噴嘴。

基本控制策略是：在小負荷時采用氣道噴射噴嘴，在大負荷時采用GDI直噴噴嘴，中間負荷兩種噴嘴共同工作。雙噴射系統主要的目的有兩個：

一是，降低油耗。在小負荷PFI氣道噴射噴嘴工作時，高壓噴射系統不工作，高壓油泵需要保持非常低的氣道噴射供油壓力即可，因此阻力會降低，有利于降低油耗。

二是，降低排放。由于直噴系統雖然高速高負荷效率更高但是會産生顆粒物排放。因此，增加一個PFI氣道噴射噴嘴在低負荷工作，就可以避免顆粒物排放了。

同時，豐田在活塞上裙部上采用了特殊樹脂塗層塗附在預先加工的溝槽位置來降低摩擦。

而為了降低潤滑系統的阻力，豐田在采用了基于MAP控制的連續可變排量機油泵，這種設計可以在低速低負荷采用低油壓來降低機油泵驅動阻力，提高效率，在高速高負荷采用好油壓來保證潤滑。

在降低冷卻系統阻力上，豐田設計了電子水泵來取代傳統的機械水泵。同時，電子水泵和電子節溫器還可以一起實現靈活的發動機熱管理控制策略，可以加快發動機暖機，進一步降低油耗。

可以說，豐田幾乎把目前自然吸氣發動機最新的技術成果都集成在了Dynamic Force發動機上，實現了高性能和低油耗的統一，其最高41%的熱效率是目前的業界翹楚。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!