日系黑科技：丰田Dynamic Force Engine 天空是我的极限

本来想写一篇文章预习一下新款的凯美瑞，结果被丰田的新2.5L发动机勾住了魂，泡在各种资料里不能自拔。看了一圈，发现Dynamic Force Engine并没有新的让人掉下巴的技术，但是却实现了让人掉下巴的结果——最高热效率和峰值扭矩从老款发动机的35%和230Nm提升至40%和250Nm——前段时间我写了一篇文章说匠人精神跟公司管理是无法共生的，看了丰田的新发动机，感觉自己被轻轻的扇了一下脸。嗨，打脸就打脸吧，谁让他们在内燃机技术上这么执着呢。
 

下面的问题来了，丰田是怎么实现的热效率上的突破呢？看了上面这段视频，我想大家被一个词持续刷屏了——strong tumble flow，强劲滚流。又不是买滚筒洗衣机，我要滚流干嘛。中国文化博大精深，如果这段视频可以用开源节流提纲挈领的话，那条理性就会上一个层次。热效率开源，无非是要让喷入气缸内的汽油得到更充分的燃烧。

Gasoline被译作汽油，很重要的原因是有Gas这个前缀。但也从一个方面表明，这种液体具有很强的挥发性。不过，在理工直男的眼中，这些液体还是不够放荡，需要更多的外部刺激才能让挥发混合浪起来。于是乎，丰田的工程师上了三种“道具”，第一种是激光熔覆进气门座。用上了这种技术，进气道的形状由弯转直，空气的插……不对，进入自然更顺滑。有了德芙般的进气门口，流速也就不会打多少折扣。

第二种是改变体位……啊呸，改变进气歧管相对位置。从图中我们可以看出，新的技术上身，进、排气门之间的夹角从31度变为41度。从前学空气动力学的时候，只觉得伯努利原理是就是TMD的白努力原理，所以对于相对角度跟气体流动方式的关系，我也说不出个一二。但是从视频上看，中间部分表示气流强度的“螺旋丸”颜色的确是深了。

有一个细节不知道大家注意到没有，进气门座的下端，丰田的工程师加入了一个凸起，凭着这个“空气动力学套件”，原本从进气门四周流入的空气向一侧集中，原本分散的力量被集合在了一起，滚流的增强也就顺理成章了。不知道我们的读者里有多少工科出身，我相信这些人一定会理解尖角对于铸造工艺的高要求。看起来小小的变化却需要极大的工艺改善撑腰，见微知著，Dynamic Force Engine个位数的热效率提升，背后隐藏的努力一定是我们难以想象的。

【最后一种是新的喷油嘴的使用，不管是歧管喷射还是缸内直喷，油雾喷射形状做出了不少的优化。供应商电装为了拍出这张照片给老板看，不知道花了多少的银子。】

好了，说到这里我们可以对丰田工程师在“开源”上的努力做一个小结。无论是进气门座工艺、形状的升级还是进排气门夹角的扩大、喷油嘴的改进，目的都是为了进气可以在气缸内有更强的涡旋式的流动，举个浅显的例子，南方潮湿的回南天一来，很多苦孩子会把洗好的衣服挂在风扇跟前，开起Top Gear让衣服干的快一些。类似的道理，更强的涡流必然可以让喷油嘴的喷出的汽油在气缸中充分的汽化、混合，火花塞点火时湍流迅速传遍真个燃烧室，不仅仅可以可以尽可能的烧尽每一滴燃油，还可以让其中蕴含的能量在更短的时间内集中释放。

说完了三点开源，剩下的就是如何节流了。淘宝上买一个节流阀吗，这么具有中国特色的做法也就只能说服马爸爸了。丰田挥动起它的小拳拳对大家都不太会关注点做了些手脚——Bore/stroke ratio（缸径冲程比）。废话不多说，从图中我们可以获得已知信息，这台发动机的冲程增加到了103.4mm，缸径从90mm降低至87.5mm。这种缸径比小于1:1的发动机主要的优势有二，一是偏重低转扭矩输出，二是减少热能耗散（有兴趣的朋友可以自行wiki之）。

现在的内燃机，热能耗散诚然是热效率不高的重要原因，不过我们又不能改变物理定律，所以可以做的也不过如此。另外一点是“外挂”太多，拖累了发动机的输出。在Dynamic Force Engine身上，原来的外挂附件换为了电控节气门、电控水泵和可变排量EGR。把这些累赘甩手给电瓶，发动机的效率就有了略微的上升。

月球一小步，人类一大步。当然，用这个来评价丰田的发动机太日吹了，不过，我还是受到了他们非常大的鼓舞。现在消费者的吸引力都被涡轮增压吸了过去，只剩下日本的几家企业还在苦苦的追求。我没有具体的换算过能量效率上升1%对油耗的影响，看看热效率37、38%的地球梦科技跟锋范已经组合出了拥堵7.7L/100km，高速4.2L/100km的数据，怕是不久以后，自然吸气要对着涡轮增压说：不好意思，Sky is my limit。热效率的上升不仅仅可以做到节能减排，功率的上升我想我不用做太多的解释。
 

等等，不要走，隔壁王叔叔，不对，马自达叔叔好像还有话要说：如果丰田的Dynamic Force Engine就要吹嘘天空是极限了，那我们规划中HCCI的极限，究竟要去到哪呢？