全领域出击 丰田动力总成技术概览(上)

有时候，我们总爱说一些车厂或者一些汽车品牌拥有何种的性格（或者风格）。比如说，本田有什么性格、马自达有什么性格、斯巴鲁有什么性格之类。但对于很多厂商，似乎很难用明朗的语言概括出其拥有一种什么性格。比如说，几乎没人能说出巅峰时代的福特有什么性格，也很难说出迄今为止的通用有什么性格。原因无他，他们的产品线都太过庞大了，涉及的汽车门类也太过多了一些。

丰田也是如此。作为今日全球最大的汽车厂商。很难说出丰田自动车株式会社这家公司的产品有什么性格——好吧，虽然因为大多数的我国消费者，能够接触到接触的丰田车型的门类过少，对车辆了解也经常不太深，导致很多人把丰田说成是中庸的——确实颇有点中庸色彩的注重实用的花冠是丰田；某种程度上可以说成是混合动力车中的花冠的普锐斯，是丰田；有着压倒任何同级车的高成本内饰，行驶舒适，但实际赛道性能一点不弱的皇冠，是丰田（嗯……我说的是日本版，你懂的）；全球量产车中，今天唯一还保持着近乎全手工的制造方式、定位为“要人车”，而非通常意义的“豪华车”的Century，是丰田；

叱咤日本和北美运动型车市场几十年，斩获过无数拉力赛事冠军，和宝马3系赛车们一起保持着澳门东望洋大赛包揽冠亚季军的次数记录的Celica，是丰田；有怪物一般的动力方面改装潜力的Supra，是丰田；强调驾驶乐趣的86，是丰田；以可靠耐用到近乎超越想象著称的商用车海狮，是丰田；穿越荒芜地带的最好选择，兰德酷路泽，是丰田；

有着完全超乎正常民用越野车水平的越野能力和耐用度的MEGA Cruiser，是丰田（没错，你要在民用车范围内找一款这些领域彻底压倒兰德酷路泽的车，那么就是这货了）；曾经轻易席卷了北美豪华车市场的雷克萨斯LS是丰田；疯狂而不计成本的雷克萨斯LFA Nur Pkg也还是丰田……

哪怕仅仅看丰田自动车直接持有的三个品牌，丰田、雷克萨斯、Scion，他们就已经造过太多太多种类的车型。如果再加上丰田自动车伞下的其中两家连结子会社（所谓连结子会社，大致可以理解成持股超过50%的子会社），主要研发和制造所谓轻自动车的大发工业和主要研发和制造较为大型的商用车的日野自动车……丰田的产品线不仅是全球汽车业各个公司当中最大的，甚至也覆盖了几乎所有现有汽车门类。

如此一家车厂，恐怕只有巅峰时代的通用和福特可以完全的相提并论。自然，没法去说出丰田的车有什么样的性格——这家公司本身就拥有大的近乎让人惊异的研发部门，去不断研发各类完全不同性格的车。

而为了给这近乎无数种车型提供动力，这家公司自然而然的，研发了近乎所有可能的动力装置……

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传统汽油发动机

虽然近些年来，混合动力车开始大行其道，甚至由于丰田自动车率先于1997年12月发表了汽车史上首款针对民间市场的大规模量产混合动力车，初代普锐斯的缘故，混合动力车更是成为了丰田自身的一个标签。但是，在现阶段，对于绝大多数市场的绝大多数用户，传统汽油动力车依旧是最主流和最现实的选择。因此，近年来，丰田依旧在此方面投入了极大的开发资源。

前者的最大热效率达到了38%的惊人水平，创造了现有量产民用车搭载的汽油发动机的新纪录；后者最大热效率稍逊，也依旧拥有37%的水平。而众所周知的，除去少数实验室内的试验性机型，现时下量产车所搭载的汽油发动机，一般热效率水平在大致30%上下，1NR-FKE的诞生可谓昭示着新时代的到来。

客观的说，研发和制造此类超高热效率汽油发动机，已经是日本汽车业近几年来的一大风潮。当然，仅仅就对外发表时间和量产时间来看，肇始者是相比起丰田不大起眼的马自达，他们的Skyactiv-G系列汽油发动机近些年已经开始在全球各个主要市场铺开；其次，开始制作此类发动机的则是一向以“引擎至上主义”为傲的本田技研工业。

但是，相比这两位先行者而言，丰田自动车直接刷新了其记录。

按照2014年4月10日，丰田自动车于其东京本社召开的说明会上，丰田自动车UNIT统括部动力总成企划室主查足立昌司所进行的说明，丰田2013年4月设立了新的共同开发楼，强化了技术和生产技术方面人员的协作，实现了开发效率的最大化，未来两年内（以2014年4月开始计算），将有包含1NR-FKE型和1KR-FE型在内的共14款新型发动机发表，平均计算的话，每两个月将有一款新发动机对外发表。这14款发动机，将在全球范围内展开，配备于各个地区贩卖的各类车型上。

同时，在此类高热效率发动机的开发上，丰田方面采用了和马自达或者本田不同的思路。

马自达对于此类发动机最重视的是基于缸内直喷系统的优化（注1），本田则是立足于本田一向拥有优势的排气系统，丰田方面则是通过使用全新开发的VVT-iE（Variable Valve Timing-intelligent by Electric motor，电动连续可变气门正时机构），让发动机同时拥有阿特金森循环和奥拓循环两种工作模式，根据工况的不同，主动性的选择不同的循环，在非激烈驾驶的情况下，利用阿特金森循环的特性，大幅降低泵气损失。

除运用VVT-iE技术之外，1NR-FKE型发动机和新1NR-FE型发动机还采用了全新燃烧室形状，促使油气混合气在缸内更有效的纵向回转，实现急速燃烧；通过有效的燃烧室温度控制，并采用4-2-1排气歧管实现高压缩比化（1NR-FKE型发动机，压缩比高达13.5：1）；并通过配备大幅改良的EGR系统、降低缸内摩擦等手段，最终创造了超高的热效率表现。

高热效率化的发动机，能直接带来更高的燃效（亦即更低的油耗），以2014年4月21日正式发售的第三代丰田Vitz改款车型为例，搭载1NR-FKE型发动机的1.3L前驱版本，相较之改款前搭载1NR-FE型发动机的1.3L前驱版本，实现了足足15%的燃效提高。

注1：虽然缸内直喷技术确实有有效提高热效率的功效，但是，考虑到以缸内直喷方式供油，会导致不论以重量还是数量计算，引擎都会排放出较多的有害颗粒物（比如PM2.5类型的颗粒物）。甚至，一些此方面排放控制较差的发动机，其排放的有害颗粒物的数量，已经会趋近于现时下排放规制并不太过苛求此方面的欧盟规制的上限值。

而至2017年前后，包括美国、日本、欧盟等全球主要发达经济体，将开始全面采用新的WLTP（Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures）测试循环对燃效/油耗和排放物进行测试，同时，也会大幅强化对于颗粒物排放方面的要求。考虑到这层因素，丰田自动车和本田技研这两将公司，在开发此类面向未来的超高热效率汽油发动机时，几乎一律不考虑使用缸内直喷技术。

传统汽油发动机（2）

除在社内进行独自的开发之外，丰田还参加了2014年5月19日正式设立的AICE（The Research Association of Automotive Internal Combustion Engines，自动车用内燃机关技术研究组合）。所谓AICE，是日本产业界考虑到日本现有的开发机制为各社独自投入财力、人员和其他资源进行技术攻关，缺乏欧洲产业界的产官学（产业界、官方、学界）的协力，虽然在内燃机技术水平上绝不落后于任何人，尤其汽油发动机方面还拥有优势，但却在开发过程中造成了极大的开发资源浪费的现状，而成立的专门性技术研究组织。

成立当时，AICE的加盟者包括：丰田自动车、本田技术研究所（注2）、日产自动车、马自达、富士重工业（注3）、大发工业、三菱自动车、铃木共八家涉及汽车领域的企业，以及日本自动车研究所一家团体。未来，产业技术综合研究所亦将加盟。

AICE的开发目标之一，为将量产汽油发动机的热效率从现有最高的约39%（注4），提高到约50%。同时，短期内要将量产车型的二氧化碳排放量大幅削减30%（预定2020年达成）。另外，要在柴油发动机的后期高级处理技术方面进行研究，从而改变日本厂商在此方面多年来一直相对欧洲厂商落后的局面。

除此之外，AICE还将强化发动机开发人才的培养，让在校学生直接参与到最尖端开发中来，强化日本各大学的工学部此方面的技术实力，为以丰田为首的各大日本车厂更有效的输送人才。当然，需要特别说明的是，不同于很多国内观察者的误解，AICE组织并不进行直接的具体产品的研发（具体的新型发动机的开发依旧由各家车厂自行完成），而着力于技术本身的开发、人才培养等方面。也就是说，AICE是为日本各大车厂提供技术方面的基础的组织。

注2：不同于全球绝大多数车厂，其研发机构为其本社之下的部门，本田的研发机构为通常被直接略称为“本田”的本田技研工业100%出资的子会社本田技术研究所。由于这层关系，本田本社并未参与AICE，而由技研所参与。

注3：斯巴鲁为富士重工业伞下的汽车部门所使用的商标，并不存在被称为斯巴鲁的公司，因此参加者为富士重工业。

注4：约39%热效率的现有量产化汽油发动机指的是本田第九代雅阁的混合动力车型和插电式混合动力车型所搭载的LFA型发动机，其热效率为38.9%。但这并不表示丰田自动车称1NR-FKE型发动机为最高热效率的汽油动力装置是有谬误的，因为本田LFA型发动机，或者比本田LFA型发动机更早出现，热效率达到38.5%的丰田2AR-FSE型发动机（搭载于丰田第十四代皇冠混合动力车型、雷克萨斯IS300h、雷克萨斯GS300h之上），均为混合动力系统中的一部分，而非单独出现、单独使用的汽油发动机。单独使用的量产汽油发动机当中，迄今尚未有超过1NR-FKE型的存在。

CVT无级变速箱

除了通常来讲最为引人瞩目的发动机之外，变速箱实际上也是动力总成中不可或缺的部分，甚至，在不太多修改发动机的设计的前提下，仅仅更替不同形式的变速箱，就能为车辆带来全然不同的性能和燃效、排放表现。

而在近年来，为提高变速装置本身的表现，各国车厂逐渐引入了更多传统AT（自动变速箱）和MT（手动变速箱）以外形式的其他种类的变速箱。对于国内车迷较为熟知的欧洲车厂而言，他们几乎共同选择了DCT，亦即Double Clutch Transmission，双离合变速箱。而日本车厂们，则毫无例外的选择了CVT，亦即Continuously Variable Transmission，无级变速箱。

如果以1920年代后期出现量产化产品来计算，CVT已经有了近百年的历史，而如果以1886年第一个相关专利出现开始计算，其历史更是达到百余年，但是限于早期技术条件和加工工艺的限制，其技术成熟和大规模实用化，实际上还是近三十年内的事情。

从结构上来讲，CVT具有多个不同的种类，包括VDP（Variable-diameter pulley，可变直径皮带轮）CVT、Toroidal CVT（环形无级变速箱，1886年，被注册专利的就是此种类型的CVT）、Magnetic CVT（电磁无级变速箱）、IVT（Infinitely Variable Transmission，无限传动无级变速箱）、Hydrostatic CVT（静液压无级变速箱）等等数种类型。

就以上所提及数种类型CVT来说，Jatco生产的Toroidal CVT（商品名为“Extroid CVT”）曾被日产用于1990年代末的几款豪华车上：第十代公爵的300LX-Z型和300LX VIP-Z型、第十一代Gloria的300ULTIMA-Z和300ULTIMA-VZ型、第十一代Skyline的350GT-8型共五款车型之上。但这种形式的CVT虽然行驶性能非常理想，但成本过高、故障率也不让人满意，因此没有被继续使用在民用车领域。

Hydrostatic CVT则干脆在量产乘用车上从未出现过，其拥有巨大的扭矩容量和惊人的可靠性，但对材料性能、加工工艺要求等方面要求过高，体积也难于降低，因此现时下只被运用在大型工程车辆、军用装甲战斗车辆等车辆上，短时间内看不到配备于量产乘用车上的可能性。

而现时下绝大多数量产乘用车用CVT变速箱，均为VDP形式的CVT，亦即大家较为熟悉的采用由驱动皮带轮、从动皮带轮和传动皮带/钢带/链条组成核心部分的这类CVT变速箱。相较之AT变速箱，此类CVT变速箱在同等或者略小的体积下，可以提供不间断变化的变速比，并提供更大的变速比范围，让发动机更多时间得以工作在更佳的工况下，从而提高燃效/降低油耗，并相较之类似成本和体积下的AT变速箱，拥有更高的加速性能。同时，由于不存在“换挡”这一动作，能够提供近乎完美的加减速平顺性表现。

当然，VDP形式的CVT变速箱并非没有缺陷。首先，在合理的体积、重量和成本范围内，VDP形式的CVT变速箱，不能提供较大的扭矩容量，也就是说，很难在保证可靠性的同时匹配较大排量的发动机。因此，为扬长避短，丰田仅在不配备太大动力的发动机的C-segment（大致相当于美式划分里的“紧凑级”）或者以下级别的车型上使用VDP形式的CVT变速箱，更高级别车型现时下和可预见的未来依旧以各类AT变速箱为主。

近几年来，在我国内地市场，丰田亦开始铺开CVT变速箱。上市不久的雷凌和中国内地版第十一代卡罗拉配备的即为其最新的一款产品。这款变速箱的商品名为“S-CVT”，由丰田设在我国江苏常熟的丰田汽车（常熟）零部件有限公司这家丰田独资的子会社进行现地生产。这款变速箱采用了挠性锁止（SLIP LOCK-UP，又称滑动锁止）液力变矩器、全球首个双排出口油泵、新的变速控制方式、新的机油泵、新的低粘度CVT变速箱油等设计提高了传动效率和燃效优化效果。

同时相比在美国市场投放的商品名为“CVTi-S”（Continuously Variable Transmission with intelligence and Shift Mode）的同系列无级变速箱或者日本市场投放的商品名为“Super CVT-i”的同系列无级变速箱，“S-CVT”在拥有更多的8个模拟档位（“CVTi-S”有7个模拟档位、“Super CVT-i”则有五个）。

而扭矩容量方面，这款变速箱（不论任何地区投放的版本，也不论是我国常熟制，还是日本制的版本）均为184Nm。对于燃效/油耗的优化效果，则是达到了12%的高水平。

未完待续，下一篇内容中，我们讲介绍丰田在混合动力车、燃料电池车等方面的情况……