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乐橙详析史上最“+”全新皇冠D-4ST 20T
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乐橙详析史上最“+”全新皇冠D-4ST 20T

发布时间 :2020-11-28 18:25

  随着全新CROWN皇冠2.0T+版上市的临近,外界对其搭载的涡轮增压发动机的关注度也越来越高。这款被命名为D-4ST 2.0T+(科技+、动力+、舒适+、可靠+)双涡管涡轮增压发动机,为了实现四“+”采用了“四双”即双喷射、双涡管、双循环、双VVT-i(W)以及水冷技术、启停技术几乎与涡轮增压发动机相关的所有全球新技术。那么将这些先进科技集合到一起,会给这款史上最“+”涡轮增压发动机带来哪些质变呢?质变当然需要量变的积累,这个量对于全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机来说就是新技术,那我们就从世界、丰田首次采用的新技术看起。

  全新皇冠首次采用D-4ST双喷射系统,顾名思义其采用的是缸内直喷和歧管喷射两种模式相结合的设计。听名字那也绝对是“基情四射”你中有我我中有你,而目的就是要压榨每一滴燃油来提升效率,将节油与动力均发挥到极致。

  相信对发动机技术有所了解的朋友都知道,现行发动机采用的喷油系统无非就是进气歧管喷油和缸内直喷两种。其中缸内直喷被“公认”为是很拽的技术,为什么呢?因为缸内直喷将汽油喷至气缸内,可以令喷油量得到更为精确的控制,有效增大升功率。举个例子,就像一个人生病了,如果选择静脉注射的话,药物将直达病理,病情好转的会非常快,这就相当于缸内直喷的精确性;若选择口服药物,那就是进气歧管喷射,药物吸收会耗时长一些。

  不过大家都知道一个常理,能吃药就不打针,同理这缸内直喷也并非是无敌的,在冷启动时它的油气混合效率比进气歧管喷油低,热机速度慢,而且没有了进气道的燃油润洗,复杂工况下也更容易产生积炭。至于这么拽的技术怎么就出现了这样的BUG,我们就不去操心了,因为自有工程师们去解决。丰田的工程师们在其旗舰产品全新第14代皇冠身上可谓下尽功夫,结果也不负众望,成功推出了双喷射系统,是目前很少一部分高端机采用的喷油方式。

  那么这套D-4ST双喷射系统是怎么工作的呢?它并不是简单的相互切换,而是根据发动机运行状况、油门踏板变化等让两种喷射形式更复杂的配合工作。比如在冷启动、怠速或者低负荷状态下,这套系统会使用单歧管喷射;跑起来后,在高负荷急加速的情况下,则由缸内喷射完全接管。而在复杂用车环境中或中等负荷时,两套喷射系统将协同工作,实现分层燃烧、均质燃烧的效果,令发动机的最大热效率可达36%(一般发动机热效率在30%~35%左右),体现在全新皇冠身上,百公里油耗仅7.4L的表现足可以令很多小伙伴们惊呆了。

  弄了这么一个复杂的复合喷射系统,工程师们不会真的只是为了两个喷射男搞基情吧?当然不是。有了D-4ST,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机在各个转速下动力输出与响应都非常优秀,其最大功率达到了173Kw,峰值扭矩则为350Nm,超越大多数竞品。不仅如此,丰田的工程师们经过努力,还同时避免了直喷发动机的积炭、产生过多氮氧化合物等问题,这对于发动机的耐久性、维修保养,环保排放等也是最大的福音。

  单涡轮双涡管技术也是丰田首次采用,相比于单涡管增加了一条废气通道,此举看似简单,却让排气更加顺畅、泵气损失更少,从而发挥更强的增压效果。相信很多人选择涡轮增压发动机,都是看中它强劲的动力,踩下油门后带来的推背感。不过,涡轮启动需要排气量达到一定水平,这也就是常说的涡轮迟滞效应,可惜的是单涡管产生的排气干涉会加重这种涡轮迟滞。

  单涡轮单涡管,它推动涡轮的方式非常简单,就是将所有气缸的排气管集合到一起,来汇集废气。众所周知,四缸发动机的点火、排气顺序一般为1-3-4-2缸,点火间隔相邻的两个气缸(1、3缸),如果排气管相通极易产生排气干扰。而排气干扰后很容易减弱涡轮增压器的效果,这也是为什么说它会加重涡轮迟滞。

  鉴于点火间隔相邻的两个气缸易产生排气干扰,双涡管技术则是将4个气缸的排气歧管分成了1、4和2、3两组。当4个气缸轮流排气时,两条涡管轮流排出废气,有效隔绝了废气之间的干扰,从而使排气更顺畅,涡轮介入更灵敏,增压效果更好。在采用双涡管技术的同时,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机还将涡轮叶片进行了轻量化设计,既减少了轴承的机械摩擦又提升了响应性能。此外,电控废气旁通阀(WGV)的应用,可以减少泵气损失,实现更好的燃油经济性;采用的电控进气旁通阀(ABV)则大幅降低了噪音的产生。

  由于设计、成本等原因,单涡轮双涡管增压系统应用的并不广泛,而全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机还在世界上首次采用了42缸盖一体式排气歧管和双涡流增压技术的组合方式。将排气歧管集成在缸盖内,可令发动机布局更紧凑,另外在排气歧管周围套上水套,还可以优化发动机热管理。因为,冷启动时完全可以“近水楼台先得月”地充分利用废气热量,减少热机时间;另外,水道在重负荷下可以帮助废气降温,从而降低涡轮的热负荷,起到水冷式中冷器的效果,进一步提高涡轮低速的反应。

  一口气道出这么多先进技术,一定会有人没有完全搞明白,不要紧!你只要知道这些牛X 技术能够为你带来什么就足够了。当D-4ST 2.0T+发动机几乎在你踩下油门的同时,涡轮便开始介入,有效缓解低速时的迟滞性,平顺度可以和自然吸气发动机相媲美。另外发动机峰值扭矩的爆发更早。一个非常直观的数据:全新皇冠百公里加速仅需7.7秒,要知道,以“运动、暴力”著称的一汽丰田锐志3.0L、V6的百公里加速遇到全新皇冠D-4ST 2.0T+双涡管涡轮增压发动机也要退避三舍,自愧不如。如果你有心情去“度”娘上查一查其他同级别豪华车的表现,那你就会再一次“惊呆了”。

  丰田首次搭载VVT-iW智能广角可变气门正时进气系统,这也是这款“四双”发动机中双VVT-i(W)很值得称道的地方。因为它可使全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机实现超高的进排气效率,使车辆动力更强劲,油耗达到同级领先。不仅如此,其中这个相当于VVT-i可变气门正时技术升级版的VVT-iW,其可变气门正时从油压控制改为更加精确的电控,正时角度的可变范围扩大,能够更好地控制进气时机与进气量,保证了各个转速范围内的大扭矩输出。也正是因为它的使用,实现了奥托循环和阿特金森循环两种工作模式的自由切换,十分智能。

  在大多数涡轮增压发动机采用风冷式中冷器时,全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机坚持使用小部分高端机采用的水冷式中冷器。中冷器一般人听起来很生涩,其实它就是安装在增压器与发动机进气歧管之间的冷却器,因为位于发动机和增压器之间,所以被称为中间冷却器,简称中冷器。通俗理解它就是散热器,不过他不是帮助发动机散热而是给进气散热。

  由于涡轮增压器,是通过温度非常高的废气驱动涡轮来工作的,经过热传导的作用进气的温度也会变得非常高。涡轮增压的本意是要提高进气效率,却碰上“高温”来捣乱,所以必须由中冷器来冷却这部分空气。

  显然冷却这部分空气变得尤为重要,那么哪种冷却方式更好呢?大多数涡轮增压发动机采用的风冷式是让外界空气流动带走热量,就像吹风扇。而水冷式,则是利用循环冷却水,就像冲凉,相比吹风更爽快而且立竿见影。所以二者的冷却效率,不用过多阐述也能高下立判。

  说到这里,小伙伴们一定会问,反复说了半天冷却效果好提升进气压缩效率,有毛用?请看:全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机的173Kw最大功率、350Nm的最大扭矩可并不是盖的。另外,冷却时间短则有利于提升涡轮的响应灵敏度,与世界首次采用的缸盖一体式双涡流技术一起,减轻涡轮迟滞现象,让全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机完全可以媲美自然吸气发动机的惬意。更为重要的是:因为有效防止了涡轮在持续过高温状态下工作,其耐久性和可靠性得到了最大限度的保证,毕竟,谁也不想刚出保修期,就要来个“大手术”换换“器官”吧。其实即便我们不说,相信大家也都知道:丰田,尤其是全新皇冠的可靠性早已达到另人尊敬的地步,毋庸置疑!

  显然这么多新技术的应用,引发了剧烈的化学反应,给这款D-4ST 2.0T+发动机带来了诸多好处,比如上面说的最多的动力。如果单从数字或者数据上理解不够充分,那么就结合这款发动机的特性曲线来直观的看一看。从图中不难看出,D-4ST 2.0T+发动机的最高功率为173kW,最大扭矩为350Nm,这是大概相当于3.5L自然吸气发动机的数据表现。同时在1600转左右就可爆发,至4500转左右仍可保持恒定的最大扭矩输出,所以这款发动机拥有更宽幅的高扭矩区间,这样无论在起步加速,还是在高速行驶中,车辆都可获得源源不断的澎湃动力。其动力已经如此强了,燃油表现又如何呢?

  有消息称,有德系汽车品牌将在2017年对其下一代发动机做出改进,在低负载的情况下,采用阿特金森循环。也就是说,这款发动机以后将采用目前已应用于全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机上的双循环系统(奥托循环与阿特金森循环)。而即将上市的全新皇冠2.0T+版,可谓棋先一局。

  大家都这么看好双循环,可见它必有过人之处。所谓的双循环系统,就是在传统的奥托循环与阿特金森循环之间进行切换。具体来说,在需要强大动力的时候,发动机系统采用奥托循环模式,以保证足够的动力性;如果是低负荷的情况,则切换为阿特金森循环,这样可以最大化地提高效率,获得最佳的节油效果。双循环系统的组合可以实现更佳的燃烧效率和更优的动力表现,达到扬长避短的效果。这就像游戏中的团战一样,魔法系负责远程攻击点射,皮糙肉厚的近战型则负责近距离战斗,各司其职又相互配合,这样才能将对方尽情收割,赢得最终的胜利。

  那么问题来了,既然双循环系统有这么多的优势,乐橙为何它并未在传统燃油机的上普及呢?因为原理虽然简单,但要实现还是有一定技术难度的。全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机正是通过双VVT-i(W)技术,来实现奥托循环和阿特金森循环两种工作模式的自由切换的。从而使得发动机在不同工况下,达到动力充沛又省油的神奇效果。

  此外,全新皇冠搭载S&S智能节油启停系统,在城市工况下节油效果可以提升7%左右。目前很多高档车上都装配有类似的启停系统,那S&S智能节油启停系统与他们有哪些不同呢?

  对启停系统有所了解的朋友都知道,在夏天的时候,当车辆处于停止状态(非驻车状态),发动机将暂停工作,这个时候空调系统将转为送风机制,一旦车辆静止时间过久,车内温度会越来越高,用户将不得不手动将启停系统关闭,节油也就无从谈起。而S&S智能节油启停系统则特别装备有蓄冷材料,即使空调转为送风时也能利用蓄冷蒸发器使送风空气冷却。从而阻止车内温度上升,令车内保持舒适同时提升车辆节油性。此外,这套系统还有启动振动小、声音小以及反应敏捷等特点。

  其实,为了节省每一滴燃油,除了非常显眼的技术(双循环系统)以及装备(S&S智能节油启停系统)外,其他技术也都在尽全力为节油服务。比如,水冷式中冷器,前面我们已经介绍过,其特点是对压缩后的进气能够进行持续、稳定的冷却,从而获得更好的性能表现,增压的介入响应也会得到提升。这里要说的是,当发动机在长时间高负荷驾驶的情况,多少会使用一些燃料进行冷却。如果拥有了这样一款稳定高效的冷却器,这部分燃油消耗完全可以省掉。

  除了发动机的自身的节油,设计师们还为全新皇冠D-4ST 2.0T+发动机匹配了代号为AA81E,同级中鲜有的手自一体式8档自动变速箱。直接进结果:全新皇冠D-4ST 2.0T++8AT的百公里油耗仅7.4L。

  如同大多数韩国偶像剧一样,每个男主都有一个显赫的出身,AA81E同样血统高贵。众所周知,丰田与爱信合作推出了世界上第一台搭载在量产车型上的8速自动变速器,其代号正是AA80E。其中,0代表这是该系列的第一代产品,E表示的是Electronic control(电子控制)。从数字解读中不难看出,与全新皇冠2.0D-4ST+发动机匹配的手自一体式8档自动变速箱应该是它的升级产品。

  作为新一代的产品,它使用了双级行星齿轮组(辛普森式结构)和拉维娜行星齿轮组,此外,变速箱许多部件都经过了小型化、轻量化的设计,外壳也由铝合金压铸而成。得益于这些设计手段、压铸制造工艺等,AA81E的刚性比爱信以前的自动变速箱提升30%,同时最大可承受扭矩也提升了22%,搭配全新皇冠2.0T版350Nm的最大扭矩是郎情妾意正当时。甚至有资料显示,峰值扭矩为500Nm的发动机也在这台变速箱的承受范围之内。不过在性能得到大幅提升后,这台发动机重量却仅有95KG。

  这款手自一体式8档自动变速箱能够发挥日系车燃油经济性的特长很多人都能理解,那它这样提升刚性有怎样的卵用呢?其实,开着皇冠去“切弯”看似荒谬,不过全新皇冠既然敢将目标人群锁定在30代年轻精英上,那必然要拥有可玩的本事。经过匹配手自一体式8档自动变速箱,全新皇冠2.0T+版的0-100km/h加速时间仅需7.7秒,前文已具体描述过这个数字有多牛X,不妨在此再做一个感叹:全新皇冠的加速表现已经让大多售价50万+的“选手”们不得不“感受被秒杀”的刺激!另外,由于其搭载了手自一体式8档自动变速箱,较之于由电脑划分出虚拟档的无级变速器更适合激烈操作,同时比双离合变速器可靠性更高。所以说与这款变速器匹配,D-4ST 2.0T+发动机一点不会“跌份儿”,甚至有一种门当户对的绝佳CP即视感呢。

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