深度解读丰田TNGA全新动力总成(上) | 题外话
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为配合数日后即将于日内瓦车展上发表的新型UX量产版车型，丰田自动车于2月26日先行发表了新型的、被称之为「Dynamic Force Engine 2.0L」的M20A系列直列4汽缸引擎。以及配合其使用的新型CVT「Direct Shift-CVT」、新型6MT和新型混合动力系统。并于同日在丰田东京本社召开了技术说明会。
「Dynamic Force Engine 2.0L」（M20A系列）
M20A系列2.0L直列4汽缸引擎包括两款：用于传统汽油动力车型的M20A-FKS型和用于混合动力车的M20A-FXS型。和此前已经发表，并已经应用于新型CAMRY（XV70型）和新型Avalon（XX50型）上的A25A/A25B系列【注1】2.5L直列4汽缸引擎一样，M20A系列也被丰田方面称之为「Dynamic Force Engine」。另外，M20A系列引擎还有一个衍生版，1.5L排气量的M15A系列引擎，但此次并未一并发表。
【注1】A25B系列为CAMRY中国仕样车专用品。
「Dynamic Force Engine 2.0L」（M20A系列）
两款引擎均应用了高速燃烧技术和可变控制技术、并着重降低了排气·冷却·机械动作时的能量损失，在确保最大热效率的同时，也确保了高功率输出。最终，两款引擎的最大热效率分别达到40%（M20A-FKS型）和41%（M20A-FXS），和此前的A25A系列引擎一样，达成了世界最高水平。同时，这两款新引擎相较之被其取代的数款旧型1.8L、2.0L引擎，实现了从低转速到高转速的全转速区域的扭矩输出上升，并可满足世界各国现有以及即将实施的各类排放标准。
「Dynamic Force Engine 2.0L」（M20A系列）
如《凌志范儿》此前在关于GAZOO RACING COMPANY方面情况的文章中所提及的：2016年以来，丰田自动车对社内进行了重大调整，形成了「7 Company制」（7カンパニー制）【注2】。而在此后的2017年，TOYOTA GAZOO Racing Factory改组为GAZOO Racing Company，原有的「7 Company制」则变为「8 Company制」。
【注2】此处的「Company」并非指的是单独的法人，也就是说，并非丰田自动车将原有各个的部门重组和重新划分为数个子会社，这些「Company」更像是单独的各个「本部」，但各方面享有了更大的独立性，每个「Company」有各自的「Chairman」和「President」，如同各自的会长、社长一般，决策流程缩短，也降低了内耗。
担当新型动力总成开发的自然是「8 Company」中的「Powertrain Company」（パワートレーンカンパニー）。此次新型动力总成的发表会，则由来自丰田自动车株式会社Powertrain Company的Powertrain制品企画部Chief Engineer ——山形光正氏主持。
Powertrain制品企画部的Chief Engineer 山形光正氏
Powertrain制品企画部Chief Engineer一职为2017年1月新设。众所周知，自长谷川龙雄氏【注3】在丰田确立著名的「CE制」以来，「CE」（英语Chief Engineer一词的缩略语）即为统领一个具体的开发项目的主导人物。「Powertrain Company」设立Powertrain制品企画部Chief Engineer一职，目的在于应对现时下汽车工业界逐渐激烈化的动力总成方面的变动趋势。
【注3】长谷川龙雄（1916年-2008年），1939年毕业于东京帝国大学（现：东京大学）航空学科。毕业后进入立川航空机，就职于立川航空机期间曾担任キ94型战机设计主务，此机种应用了被命名为「TH翼」（TH为长谷川的字头罗马字）的、由长谷川氏开发的特殊层流翼翼型。1946年，加入丰田自动车，先后历任初代Toyoace、初代Publica、Sports 800、初代Celica、初代Carina开发主查。1972年就任常务执行役员、1978年至1982年间担任取缔役专务执行役员。现时下在日本产业界广为人知的丰田的「CE制」即由其确立，可以说是统领丰田技术开发数十载的人物。
山形氏于说明会上表示，其职责在于从开发阶段初期开始，对包括引擎、传动系统等方面在内的动力总成各部进行总体平衡，寻求商品力强化的可能，充分而迅速的对应技术和销售的发展情况，以及世界各地域的规制动向。
本着实现此前丰田提出的「Toyota Environmental Challenge 2050」这一愿景的目标（亦即到2050年，新车实现相对2010年时的新车CO²排放减少90%，工场CO²排放降低至0）。而为了达成这一愿景，需要在2030年达成EV（电池电动车）和FCV（燃料电池车）占全球新车年销量的10%；包括前述EV和FCV在内，加上PHV（插电式混合动力车）和HV（混合动力车）达到总年销量的50%的目标。
这意味着到2030年，还将有90%的车辆搭载内燃机，因此不断的改善内燃机以及相关的传动装置，将给顾客和丰田自社都带来切实的价值，并有利于达成环境负担降低的目标。
而丰田的立场是：在实现「节省能源」「燃料多样化对应」「普及环保车对生态做出贡献」3要素的前提下，并重的实现「对汽车的乐趣的追求」，同时，亦要实现提高生产效率，以对全球各地域顾客提供满足其需求的商品。
除此之外，为提高开发效率，丰田从过去的根据每款车的不同需求和特点匹配动力总成的特征和结构，改为利用TNGA架构同步进行动力总成的刷新。通过精益求精的开发，实现引擎燃烧室和汽缸的设计的一致化，通过不同的汽缸容积和汽缸数量的组合，构成模块化的引擎，开发的引擎数量从而降低了40%，也因此实现了开发效率化、改善生产能力，并可更快实现最新锐技术的商品化。
在2017-2021年的5年间，将一口气导入19机种、37个版本的新型动力总成，其中有数种已经开始量产化。
接下来具体介绍此次发表的6种新技术。
首先是M20A系列引擎。其在高速燃烧方面采用了如下等方面技术：长冲程化（行程：内径≒1.2）、气门夹角扩大、高效率进气口（激光熔覆阀座）、高压缩比化（汽油动力车13:1、混合动力车14:1）、高能点火线圈（混合动力车版本专用）、新D-4S、新型多孔式直喷燃料喷嘴等；在冷却性能改善方面则采用了：电动水泵、附有加热器的恒温器（汽油动力车专用）；另外采用了连续可变容量机油泵、低粘度机油、引擎水套隔片、激光侧裙活塞（世界初）、缸膛间钻孔通道等技术。
▼ M20A系列2.0L直列4汽缸引擎
M20A系列引擎沿袭了此前A25A系列引擎开始导入的「高滚流进气口」「多孔式喷油器」等设计。
为实现高响应性，采用了：VVT-iE、小凹曲线凸轮轴、小型HLA（油压间隙调节器）、高强度连杆、高应答进气量控制等方面技术；为实现低排放水平，采用了：多点式燃料喷射、内藏EGR冷却器缸头、活塞润滑油喷注控制系统等方面技术。
M20A系列引擎世界初次采用了激光侧裙活塞，通过镜面抛光加工和树脂涂层降低了摩擦损失。同时，通过使用激光雕刻的「X」状沟槽改善了润滑油油膜的保持能力。
使用了同时确保强滚流（有利于燃费）和进气流量（有利于高出力化）的进气口设计，同时采用了激光溶覆阀座作为进气阀座。
相较之过去型号的引擎，高热效率/低燃费领域扩大。
M20A系列引擎主要规格：
排气量：1,986cc
内径×行程：80.5mm × 97.6mm
压缩比：13:1（M20A-FKS型） 或 14:1（M20A-FXS型）
燃料喷射方式：D-4S（歧管喷射+缸内直接喷射）
最高出力：171ps/6,600rpm（M20A-FKS型） 或 146ps/6,000rpm（M20A-FXS型）
最大扭矩：205N·m/4,800rpm（M20A-FKS型） 或 180N·m/4,400rpm（M20A-FXS型）
▼ Direct Shift-CVT
现有技术条件下，（VDP形式的）CVT，其重量会随着扭矩容量的提升快速攀升，因此，根据这种情况，丰田自动车为TNGA架构下的新车种设定了「质量分歧点」，在不同的领域使用不同类型的「自动变速器」。
TNGA架构下，新动力总成的进化目标在于：效率的提高和最大化。
「Direct Shift-CVT」
与M20A-FKS型引擎配合使用的新型变速箱则有两款，分别是「Direct Shift-CVT」和新型6MT。前者的开发着重于「提升传动效率」和「引擎高效率区域的活用」，通过强化「高应答变速」（与他社的类似扭矩容量的DCT变速器同等或者更优的变速性能）、并致力于「降低机械损失」、「宽齿比化」（现时下为应用于汽车的同类产品中的世界最高齿比范围）、「提高变速追从性」从而实现上述目标。「Direct Shift-CVT」相比此前称之为「第3世代」的旧有版本的CVT，实现了6%的燃费优化。
开发新型CVT的考虑在于：提高传动效率、活用引擎高效率领域和高应答性的变速。通过降低机械损失、宽齿比化和提高变速追从性从而实现了以上三点目标。
通过导入「发进用齿轮」的设计，实现了发进性能的提高。
此外，还通过采用「发进用齿轮」（世界初），在不恶化VDP形式的CVT的传动带效率的前提下，实现了齿比范围的15%扩大。
钢带传动时的效率提高，让行驶全域的传动效率得到了飞跃提升。
得益于「发进用齿轮」的使用，除了提高了发进性能，还降低了传动带的负荷，从而可以使用小型化的带轮和更小的传动带角度。
通过将传动带小角度化（从过去的11°降低至9°）实现了变速速度的20%提升。同时，得益于发进用齿轮的采用，传动带负荷得以降低，从而可以使用小型化的滑轮，惯性下降了40%，从而改善了变速应答性。
发进用齿轮的导入，不仅仅有助于效率，也改善了驾驶感受。
「发进用齿轮」和「传动带」的使用场合。
通过发进用齿轮的使用，达成了过去的VDP形式CVT无法达成的高响应性的发进加速。
关于这款全新的CVT变速箱，山形氏解说道：「1是（对于CVT变速箱来讲）实现了跨时代的发进性能提高。通过高效率的『发进用齿轮』的使用，实现了（相较之于传统CVT）更为平稳有力的加速，降低了进行油门操作时候的迟滞感。2是实现了燃费性能的跨时代改进，在市街地走行中，发进时使用高效率的『发进用齿轮』，此后切换到通常CVT的传动带传动，让『常在引擎运转于高效率的转速区域的低燃费走行』成为了可能」。可以说是高效率和驾驶乐趣并重的设计。
而在组合使用新型「2.0L Dynamic Force Engine」和「Direct Shift-CVT」的情况下，相较之过去「2ZR-FE＋CVT」的情况，燃费优化了18%（FTP/SFTP模式，综合路况），动力性能方面，加速时间则缩短了18%。
【未完待续......】
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