2 發(fā)動機(jī)規(guī)格和燃燒理念

發(fā)動機(jī)的參數(shù)如表2所示，為了實(shí)現(xiàn)高速燃燒，需要更高的進(jìn)氣流動和氣缸內(nèi)渦流。這款發(fā)動機(jī)作為豐田旗下最小的排量的直噴發(fā)動機(jī)，氣缸直徑很小。對此，為了讓直噴噴霧在噴到氣缸壁面前就能夠與空氣充分混合，氣缸內(nèi)必須有強(qiáng)烈的空氣流動。這款發(fā)動機(jī)從進(jìn)氣管形狀自由度與搭載便利性以及成本出發(fā)，選擇了直噴系統(tǒng)，進(jìn)氣管形狀也進(jìn)行了最優(yōu)化，提高進(jìn)氣流量，增強(qiáng)缸內(nèi)滾流，見圖1。如圖2所示，橫軸為滾流比，縱軸為流量系數(shù)，可以看出，豐田系列發(fā)動機(jī)在提高滾流比上是走在前列的，這得益于豐田很早就開始研究滾流效果。

表2 1.2T發(fā)動機(jī)規(guī)格

此外，基于使催化器快速起燃而推遲點(diǎn)火正時的條件下，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，將傳統(tǒng)的淺盤型活塞改為碟盤曲線形活塞，而且不會衰減缸內(nèi)滾流。通過這些措施，一方面提高了滾流比，另一方面抑制了滾流衰減，特別加強(qiáng)了缸內(nèi)壓縮行程后期的渦流（圖3）。

注：提高缸內(nèi)渦輪的意義是提高燃燒速度，因?yàn)樵谄蜋C(jī)中依靠火花塞點(diǎn)火再逐漸傳播需要一個過程，雖然很快，但是相對于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和氣缸上下活塞運(yùn)動的速度來說，有點(diǎn)慢了，我們知道，為了提高性能、油耗、排放都希望燃燒有效壓力最高，但是因?yàn)槿紵俣鹊脑颍瑝毫p失掉一部分，所以，現(xiàn)在幾乎所有的主機(jī)廠都在為提高燃燒速度努力。

該發(fā)動機(jī)采用了與豐田公司其他缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)相同的扇形噴霧。不同的是油膜厚度更窄（圖4），這項(xiàng)噴霧改進(jìn)增加了燃油和空氣之間的剪切力，促進(jìn)了燃油的霧化。與傳統(tǒng)扇形噴霧相比，噴霧的長度下降了23％，從而降低了氣缸壁上的燃油附壁量。此外，為了減少燃油對進(jìn)氣門的沖擊，以及減少燃油撞擊氣門頭部背面散射到氣缸壁上的燃油，優(yōu)化了氣門傾角和噴油角度。

此外，將單個循環(huán)內(nèi)的燃油噴射分為多點(diǎn)噴射，在不同的活塞位置時刻進(jìn)行噴射，一方面實(shí)現(xiàn)分層燃燒，促進(jìn)火焰?zhèn)鞑ニ俣龋硪环矫鏈p小了噴霧油束的長度。

圖6示出不同發(fā)動機(jī)和不同噴油器的機(jī)油稀釋率。燃油噴霧和配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)化減少了燃油附壁量，改善了機(jī)油稀釋問題，同時也改善了混合氣的空燃比。如圖所示，在不改變控制的前提下，單純改變噴油器結(jié)構(gòu)（新型インジェクタ），燃油稀釋率降低33%，進(jìn)一步對進(jìn)氣門進(jìn)行優(yōu)化后（バルプ狹角変更），燃油稀釋率降低58%，對發(fā)動機(jī)控制策略進(jìn)行優(yōu)化，比如采用多次噴射后（マルチ噴射），還可以降低26%。效果顯著。

注：從圖中也可以看出，只提高硬件是不夠的，必須與控制策略協(xié)同才能夠達(dá)到良好的改善效果，目前國內(nèi)通過采購和設(shè)計(jì)，在硬件上可以達(dá)到同等水平，但是控制策略國內(nèi)主機(jī)廠和國外差距巨大。