豐田汽車公司在非混合動力ESTEC發(fā)動機(jī)上實現(xiàn)阿特金森循環(huán)

豐田汽車公司開發(fā)了應(yīng)用阿特金森循環(huán)的非混合動力ESTEC發(fā)動機(jī)。具有高壓縮比的阿特金森循環(huán)是混合動力車用發(fā)動機(jī)提高熱效率的常用技術(shù)。采用高壓縮比的缺點是發(fā)動機(jī)的扭矩會降低，在混合動力車中，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩補償了發(fā)動機(jī)扭矩的降低。然而，低負(fù)荷區(qū)的熱效率對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)來說更加重要。新型1.3LESTEC直列4缸汽油機(jī)（1NR-FKE）具有優(yōu)異的熱效率和燃油經(jīng)濟(jì)性，其輸出功率達(dá)到73kW，具有高達(dá)38%的熱效率，與混合動力發(fā)動機(jī)的水平相當(dāng)。此外，在低負(fù)荷區(qū)，ESTEC發(fā)動機(jī)在JC08工況下的燃油耗改善率可達(dá)11%。

ESTEC發(fā)動機(jī)結(jié)合幾何壓縮比為13.5的阿特金森循環(huán)與水冷卻廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)。傳統(tǒng)的1NR-FE發(fā)動機(jī)壓縮比為11.5，采用內(nèi)部EGR。電動可變氣門正時（VVT-iE）系統(tǒng)是實現(xiàn)阿特金森循環(huán)的關(guān)鍵因素，VVT-iE系統(tǒng)能快速而精確地控制進(jìn)氣門相位，并且防止冷起動時機(jī)油溫度和壓力出現(xiàn)異常變化。

高效EGR冷卻器采用快速響應(yīng)的EGR閥。進(jìn)氣歧管、EGR冷卻器與EGR閥直接連接，以降低來自冷卻器的冷凝影響。具有高滾流效果和高進(jìn)氣流量的進(jìn)氣可以提高燃燒效率并有助于減少爆震。為了同時滿足性能和燃油經(jīng)濟(jì)性要求，采用4-2-1排氣歧管設(shè)計，以減少剩余排氣燃燒。

發(fā)動機(jī)壓縮比提高到13.5，使扭矩從104N·m降至96N·m，為了恢復(fù)扭矩，豐田汽車公司改進(jìn)了排氣歧管形狀，通過減少殘留廢氣，降低因提高壓縮比而導(dǎo)致升高的排氣溫度。采用新型冷卻水套，優(yōu)化氣缸表面溫度及噴油定時，改進(jìn)后的排氣歧管可以大量回收廢氣熱量，使扭矩提升至105N·m。

在低負(fù)荷區(qū)，冷卻EGR系統(tǒng)會增加扭矩波動。為了解決這一問題，在低負(fù)荷區(qū)，提前排氣門正時，并采用內(nèi)部EGR。在中高負(fù)荷區(qū)，延遲排氣門正時，并提前開啟EGR閥。

采用附加冷卻隔板的新型水套分隔裝置控制氣缸表面溫度，使缸內(nèi)溫度上升更加迅速，同時使氣缸頂部和底部保持幾乎相同的溫度。因此，附加冷卻隔板的摩擦損失得以降低，發(fā)動機(jī)扭矩得以提升。