朱博士回答：

40%是指發動機的最大熱效率，只有在某一個工況點、或一個有限的工況區域內能達到。

所以，在現實使用中，只有您用到了最大效率點，才可能達到這個效率值。

給大家看一下發動機熱效率的分佈圖。

下圖 上綠色的圈圈是等油耗率曲線，也就是等熱效率曲線，靠裡面的熱效率高，所以油耗率低。這是發動機的萬有特性曲線。

最裡面的那個小圈圈，就是發動機熱效率最高的工況區。

這個圖，對活塞式內燃機來說，都類似；

對豐田來說，熱效率再牛X，在這個圖上也不可能只有40%一個圈！

對於汽油車來說，對於最大熱效率的強調，更大的作用是噱頭；

在現實中，在車輛實際行駛過程中，降低油耗的辦法是增加發動機在高效率區域運轉的機會。

比如使用CVT變速箱，可以增加發動機在高效率區域運轉的機會；

豐田的混動車輛，更是一個極致的例子；沒有插電的混動，全部能量還是來自內燃機，但是能把油耗大幅度降低，就是想盡辦法讓發動機在高效率區域運轉。

豐田這臺最新的2.5L自然吸氣發動機，最大熱效率達到40%，混動車型上可以達到41%。注意這是最大熱效率，現實中是可以達到，但是得滿足很多條件，比如說轉速、發動機溫度、進排氣溫度等。

所以在實際駕駛過程中，你的車只有很少的時間能達到這個熱效率。當然最大熱效率提高了，其他工況的熱效率也會相應提高。內燃機的技術理論現在基本研究爛了，提高熱效率說起來很簡單，難的是如何量產。從這方面來說，豐田在這方面的進步相當難得。

豐田提升到40%熱效率也無非是靠：阿特金森（米勒）迴圈，加大尾氣再迴圈（EGR），提高壓縮比來達到稀薄燃燒的效果。CAMRY這臺發動機也主要是靠提升EGR的極限值，加上最佳化活塞形狀，加大了氣缸內的氣流速度，取得了稀薄燃燒效果的同時，又達到了抑制爆震的效果（壓縮比也提高了少許，但這會加劇爆震）。

當然氣流加大會導致發動機點火困難，豐田又把火花塞的能力從35mJ提高到了100mJ……這樣我想到了另一個問題，這個火花塞的壽命和價格跟以前相比會有什麼變化呢？老CAMRY可是開個十幾萬都不用換的。

我不知道能否達到，但我剛提了一個月的頂配CAMRY剛開了一千七佰公里，現在平均油耗6.6。瞬時油耗國道就只有5.6到6.4。市區是7到8。以前開銳志2.5，平均大約9升。我非常喜滿意。

我來分享一下這個大家都在關注的豐田熱效率40%的2.5L自然吸氣發動機。

這個發動機目前在豐田新款CAMRY上使用，未來在豐田亞洲龍上也會看到。是豐田最新的TNGA構架下的最新發動機，這個發動機還有一個混合動力版本，熱效率達到41%，這是目前量產汽油發動機裡最高的熱效率。馬自達熱效率50%的均質壓燃2.0L SPCCI發動機剛剛在洛杉磯車展釋出，預計最快明年才會量產，最高熱效率發動的桂冠還要在豐田的頭上再戴一段時間。

這個2.5L發動機還有一個2.0L的衍生版本。豐田認為這個發動機代表了在排放和油耗非常優秀的情況下依然儲存了良好的駕駛樂趣，因此給這個發動機起了一個好聽的名字Dynamic Force。

再多說一下豐田的發動機研發，可以說豐田是發動機研發技術方案最全的公司。歐洲主導的增壓直噴小型化方案，豐田就開發了2.0T和1.2T的增壓直噴發動機來競爭。日系自吸加混合動力的方案豐田也一直在研發，比如今天說的這個2.5L Dynamic Force。最近又流行三缸的增壓直噴發動機來，豐田也在跟進，據說很快1.5T三缸就要釋出了。還有豐田在美國市場的那些大排量V6和V8汽油機，豐田也一直在更新。豐田這種公司很恐怖，每個技術領域都很強，不用賭哪個方案是未來主流方案，反正我都有都很強。這需要超強的研發能力和研發投入來支撐，目前看在發動機領域全線開花，所有技術方案都開發，全球只有豐田一家。

有人說40%熱效率只是一個發動機工況點，其實沒啥太大意義。確實，不可能所有工況熱效率都能達到40%，但是豐田的這個發動機熱效率能夠達到40%是一個區域，能夠達到35%以上的區域就更大了，後面有個圖給大家參考一下。這樣的話降油耗的潛力就很大了，豐田的資料顯示，和上一代2.5L自吸發動機相比，加上8AT的貢獻，油耗能夠降低16%，這是非常大的進步了。

豐田2.5L開發的另外一個目標是升功率達到60kw/L也就是2.5L自然吸氣發動機要達到150kW的最大功率，這幾乎是常規低轉速自吸發動機升功率的上限了，也就是在達到40%熱效率的情況下還要保證動力性，這是非常大的挑戰。

下面來詳細分析一下豐田這個2.5L自吸發動機。這次分析我準備從豐田如何提高熱效率到40%作為分析的主要內容，要達到這一目標主要的技術方案如下：

1.發動機主要結構和引數的選擇

a.發動機缸徑和行程的選擇

豐田在選擇發動機的缸徑行程等基礎引數時考慮瞭如何提高熱效率，採用了小缸徑大沖程的設計，缸徑從上一代的90mm降低到87.5mm，衝程從98mm加大到13.4mm。小缸徑長衝程的設計使發動機做功衝程的時間更長，能夠提高中低轉速發動機的熱效率。同時這種設計缸徑變小會限制氣門的尺寸，導致高轉速情況下充氣量不足，會影響高速公路。豐田為了解決這個問題採用了鐳射塗敷的氣門座圈工藝來加大氣門的直徑尺寸，後面氣道部分會詳細說。豐田研究了一系列衝程缸徑比的資料，最終選擇了這個103.4÷87.5＝1.18的缸徑行程比方案，這個應該是目前發動機裡非常大的值了，超過了一般的設計邊界1.15，基本達到了理論設計邊界1.2，是非常偏向於中低轉速熱效率的設定。可以說，這一結構引數是豐田發動機提高效率的基礎。

b.進排氣方向選擇

豐田在設計新的2.5L發動機時，將原來的前排後進的進排氣設計修改為前進後排，這樣可以減小排氣管路，有助於發動機更快的冷啟動暖機，加快催化器起燃改善排放。同時，也可以降低排氣背壓，提高發動機的熱效率。

2.高速燃燒系統

a.高滾流氣道

豐田為了提高熱效率，必須採用高速的燃燒系統，為了加快燃燒速度，需要儘量提高進氣滾流，也就是加快進氣在缸內運動的速度，和直噴燃油的混合更快，更均勻，燃燒速度也就更快。另外高滾流和快速的燃燒系統可以容納更大的EGR率，豐田最終選擇了最高25%的EGR率，這樣可以進一步降低油耗。

b.鐳射塗附的氣門座圈

高滾流氣道雖然對中低速熱效率有好處，但是會造成高速下進氣動能損失太大，充氣量不足，影響發動機的最大功率。同時，剛才說過小缸徑的設計又會減小氣門直徑，對高速進氣也會不利。為了實現60kW/L的升功率，豐田採用了鐳射塗附的氣門座圈工藝，大大減小了傳統壓入式氣門座圈佔用的寶貴燃燒室空間，留出更多空間給氣門來進氣，從而實現高功率。同時，這種工藝還提高了座圈的耐磨程度和適應全球不同油品的能力。下面有個圖大家可以看一下。

c.雙噴射系統

這個2.5L發動機採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。主要的目的是降低顆粒物排放，尤其是顆粒物數量PN。基本控制策略是：在小負荷時採用氣道噴射噴嘴，在大負荷時採用GDI直噴噴嘴，中間負荷兩種噴嘴共同工作。

雖然大眾EA888也有雙噴射系統，但追溯歷史的話，雙噴射最早是豐田開發的。豐田在2005年釋出的雷克薩斯匹配的代號為D4S的3.5V6自然吸氣直噴發動機上第一次採用了雙噴射系統，來應對當年美國的超低排放法規。

3.高壓縮比和阿特金森迴圈

a.阿特金森迴圈

為了實現40%的熱效率，豐田的另外一個措施是採用阿特金森迴圈。簡單的說就是採用進氣門晚關的方法，把進入汽缸的空氣再壓回進氣管一部分，這樣給活塞加速做功的衝程就長於實際用於壓縮的衝程，也就是膨脹比大於壓縮比，所以熱效率會比較高。基於阿特金森迴圈，豐田為2.5發動機選擇了高達13的壓縮比。

阿特金森迴圈由於進氣門晚關，實際壓縮衝程中一部分空氣被重新壓回進氣管，這樣實際工作的壓縮比是不大於10的，這樣不會有爆震的問題，同時還可以用較低標號的燃油。不過這樣的話發動機的膨脹比就是13了，這樣可以充分的利用燃燒的能量來做功，所以效率比較高。

b.電動進氣VVT

阿特金森迴圈需要電動寬角度調節的可變氣門正時系統VVT的支援，這樣可以實現快速的VVT調節，滿足進氣門晚關策略的實現。豐田在2.5L發動機的進氣VVT上採用了電動VVT。排氣保持原來的液壓驅動VVT來降低成本。

4.冷卻EGR

為了進一步提高熱效率，豐田設計了一個冷卻EGR也就是廢氣再迴圈系統，這樣在部分負荷時從排氣管引一部分廢氣重新進入進氣系統，這部分廢氣不參與燃燒，但是可以降低低負荷時的泵氣損失，從而提高熱效率。高速燃燒系統使EGR率可以達到25%，而仍然能保持燃燒穩定性。由於排溫比較高，EGR返回進氣管時需要冷卻，豐田讓EGR通道穿過缸蓋後端，透過缸蓋的水套冷卻EGR。下面有個圖可以看到這種設計，非常緊湊。

5.降低摩擦阻力

a.降低摩擦的活塞設計

為了降低摩擦阻力，豐田在活塞上裙部上加工了特殊的交叉溝槽，採用了特殊樹脂塗層塗附在溝槽位置來降低摩擦。

b.連續可變機油泵

為了降低潤滑系統的阻力，豐田在2.5L發動機上採用了基於MAP控制的連續可變排量機油泵，這種設計這樣可以帶來兩個好處：

a.連續可變機油泵在低速低負荷採用低油壓來降低機油泵驅動阻力，提高效率，在高速高負荷採用好油壓來保證潤滑。

b.活塞冷卻噴嘴設計了一個油壓控制閥，可變機油泵切換成高油壓狀態也就是大負荷的情況下油壓控制閥才打開，透過機油來冷卻活塞，控制活塞的溫度，減小爆震的產生。在低負荷時透過控制可變機油泵降低機油壓力，關閉活塞冷卻噴嘴，這樣在暖機過程中可以儘快提高活塞溫度，讓直噴燃油在缸內更好的蒸發，有利於油耗和排放。

6.最佳化冷卻系統

a.垂直流動的冷卻系統

為了降低水泵的負荷，同時保證冷卻效果，豐田把原來的水平流動的的冷卻系統改成了垂直流動的冷卻系統，也可以叫橫流冷卻。同時豐田還在缸體水套排氣側增加了一個特殊的水套隔板WJS，這個隔板可以改善水流分佈，使缸體上部接近燃燒室部位得到更好的冷卻，從而降低爆震的風險，保證高功率的目標。下面有個圖可以看到這種設計。

b.整合式排氣管

為了達到高功率的目標，並提高大負荷下的熱效率，必須減少大負荷下發動機由於排氣溫度過高引起的零部件保護加濃。豐田設計了整合式排氣管。這種設計將排氣管整合在缸蓋上，利用缸蓋的冷卻水來降低排氣的溫度，這樣有兩個好處：

a.排氣溫度能夠大幅度降低，從而減小零部件保護加濃的區域，改善高速大負荷時的效率。

b.排氣能量被冷卻系統帶走，加快了發動機的暖機過程，有助於進一步降低油耗和排放。

c.電子水泵

為了降低冷卻系統的阻力，豐田設計了電子水泵來取代傳統的機械水泵。電子水泵還可以靈活控制冷卻流量來控制發動機的溫度，加快發動機暖機，進一步降低油耗。

7.針對NVH的最佳化

在提高熱效率的同時，豐田也沒有忽略NVH的最佳化。

a.平衡軸

豐田設計了一個安裝在油底殼中的雙平衡軸系統來降低4缸機的二階振動。平衡軸由曲軸上的齒輪驅動，轉速是曲軸的2倍。平衡軸驅動齒輪採用了聚酯纖維齒輪來降低齒輪噪音。

b.其他降噪措施

豐田在發動機的前端上端和排氣側增加了很多聚氨酯材料的隔音罩，來進一步降低發動機的輻射噪聲。下面有個圖可以看到。