“歧视三缸机”之前,请先看看丰田的M15A系列

之前我们介绍了T24A这台新鲜出炉的四缸涡轮增压引擎,但在丰田的Dynamic Force系列发动机里,还有一个三缸机受到不少车迷的关注,那就是代号M15A的两款机器。介绍发动机前,或者咱们再重温一下Dynamic Force发动机系列吧。首个Dynamic Force发动机诞生于2017年6月的A25A,也就是丰田凯美瑞上的那台2.5L四缸自然吸气动力系统了。在Dynamic Force为推出前,丰田曾研究并投入量产的发动机大概有800种之多,虽然对于工程团队而言,发动机选项多固然对新车的研发有好处,但对于排产而言就是一场噩梦了,即使同一系列的发动机,只要性能参数不同,设定不同、周边的零部件就会略有差异,这也导致了庞大的库存,令后勤工作不堪重负。所以,在引入TNGA车架平台用以覆盖从电动到ABCDEF各个级别的车型后,Dynamic Force动力系统平台便提升到一个更高的地位,而它诞生的目的就只有一个:利用最成熟稳定的新技术,完整适配TNGA架构,减少动力系统数量。
图片
图:TNGA-B平台,是丰田作为全球化B级车的紧凑化平台,车架重量比旧款轻了50公斤,抗扭刚度提高30%,车身中心降低15mm。
2017年6月诞生了A25A系列后,随后便是2017稍晚推出的V35A、2018年的M20A、及2019年10月16日发布的第四代Yaris上的这款M15A,最新一款则是之前介绍的2021年6月12日发布的雷克萨斯NX上的T24A四缸涡轮增压型号。
M15A的排气量为1490cc,缸径80.5mm、冲程97.6mm,其贯彻了丰田Dynamic Force系列引擎中的共性技术之一:冲程÷缸径≈1.2的高速燃烧基础,M15A可以视为M20A较少一个气缸而来的三缸版本,单缸排气量约为500cc,这个思路与宝马的四缸与三缸的关系相同,丰田和宝马属于战略性合作关系,思路交流不足为奇。1.5公升排气量可算是三缸机的上限,但因为它要使用120°夹角的曲柄转角,所以无法抵消初级平衡和次级震动平衡,会出现如60°夹角V6引擎那样的耦合震动,而且因为单缸排气量较大,所以无法像小排量三缸机那样通过引擎机脚来抵消这部分震动,所以,为了消除耦合震动,M15A-FKS只能使用平衡轴,而混合动力车使用的M15A-FXE则因为曲轴连接的是电机,所以可以通过电机进行抵消。
图片
图:M15A-FKS发动机,该发动机除了可与Direct Shift-CVT 搭配使用外,丰田还特地为其研发了一台6MT变速箱。
图片
图:M15A-FXE发动机,它没有缸内直喷,而且无需平衡轴抵消耦合震动。
图片
图:这是混合动力M15A-FXE的曲轴。
M15A引擎的中缸采用开放式水道,缸套与缸体采用网格式融合法工艺镶嵌,缸套顶部设有冷却孔洞,以增加热交换效率。进气门和排气门之间的夹角不再是常见的22.5°,而是更大。进气排气门的正时控制机构部分,进气使用VVT-iW、排气则为普通VVT-i,前者的可变范围可达70°、排气为41°范围;至于FXE上,可变范围则为进气70°、排气40°。使用缸内直喷技术下,压缩比可以高达14,配合上高性能的点火系统,让气缸内的燃油混合气的燃烧速度更快。另外,电动水泵、电子恒温器、可变容量机油泵等等,都让这台引擎拥有一个较为理想的工作环境。所以,M15A中的M15A-FKS可实现40%的热效率,更高性能的M15A-FXE则可达到41%。M15A-FKS中的“FKS”的意思是:F意思为窄进排气门夹角、K表示阿特金森、S表示缸内直喷。M15A-FXE中的X表示混合阿特金森循环、E则是燃油喷射。
图片
图:右侧为进气,右侧为排气。M15A-FKS拥有缸内直喷系统,但无歧管喷射装置,压缩比为13,热效率40%。
很明显地,M15A无论从参数设计还是周边配合等各方面的思路,均是一款追求高度燃油经济性的发动机,尤其是M15A-FXE,与混合动力变速机构搭配使用的锂离子电池由Primearth EV Energy制造,系统上加强了减速时的能量回收性能,且令车辆加速时可以更快释放更大功率,其WLTC模式下的燃油效率达到了36公里/升的水平,相比之前的1NZ-FXE动力系统提升了20%。
图片
图:Yaris混合动力版的动力系统结构。
图片
图:新一代混合动力THS II的传动系统(带减速齿轮),体积减少9%,丰田的设计思路是降低电源转换器的能耗而非盲目加大电机功率,所以,其MG2电机扭力只有141牛米、80匹马力而已,效率比旧型号提高30%,能量损耗也降低30%。
有了好的动力系统,适配于什么车型上更是一个系统化工程,适配性=合适与否。不可否认,经过几年的发展后,国内不少自主品牌也研发出非常不错的混合动力系统,这是值得称赞和自豪的,但似乎国内的车企对于“适配性”问题就普遍性地患有“贪大求荣”的心态,例如一台1.5L的混合动力,就别考虑放到一台C级车上了,换个心态和思路,这台动力系统如果给一辆B级小车甚至A级微车用的话,是不是更容易换来“大马拉小车”之类更好的驾控口碑呢?是的,国人买车喜欢车体大、动力大小没关系,只要看上去省油即可的心态下,对于汽车工业里“因需求而发展”的动力是薄弱的。
图片
图:新的锂离子电池让电池数量从120个减少到48个,重量减轻了12公斤,但电压从144伏上升至177.6伏。
回头看这两款M15A发动机,主要用代号XP210的第四代Yaris,该车使用TNGA-B的B级车车架平台打造,车身重量在1吨上下,主要动力系统为1.0L和1.5L两个级别,例如日规版的 GR Yaris RS(MXPA12)使用的M15A-FKS选择了145牛·米、120匹设定作为汽油版的顶配型号;如果放在C级车的Corolla(MZEA11)上则再调高至153牛米、125匹的水准,但这个型号在卡罗拉里属于低配入门型号。至于混合动力的M15A-FXE,则全部使用在B级车上,例如Yaris混合动力版、马自达2混合动力版、Aqua混合动力版等。可以看到,M15A虽然动力性能不差,即使普遍地使用在C级车上也无不可,但丰田并没有这么做,反而只是将M15A圈定在一个更为合适的B级车领域去进行同级竞争。
适配性=合理的推重比,这句话应该没毛病吧?!