电气化时代，谁在研发新一代发动机？

汽车电气化浪潮席卷之下，动力电池成为汽车制造中被关注的亮点。那么，在各种新闻报道中被忽略的发动机技术近期有哪些革新以适应电气化新时代？还有哪些汽车企业在开发新一代发动机？

 

福特、丰田、斯巴鲁推出新一代发动机技术

福特EcoBoost发动机已经更新到了第四代，轻量化设计提高了燃油经济性，更少的气缸数意味着更少的摩擦损耗以及更有效的能源利用。新设计的燃烧室与带有冷却功能的高压EGR废气循环系统共同提升了20%的燃烧效率，与此同时二氧化碳排放降低了15%，更好地适应了日益严格的排放法规与测试要求。

第四代福特EcoBoost发动机以其1999毫升的基础排量，充分利用了2.0升排量上限的优势。这款发动机装备了新一代双涡流涡轮增压器，有效减少了气缸间在高速运转时的废气干扰，提升了涡轮的工作效率。另外电控废气旁通阀的加入，进一步强化了发动机的动力输出与响应速度。第四代2.3T EcoBoost发动机搭配10档手自一体变速箱，在WLTC工况下百公里综合油耗低至9.07升，并可适用92号汽油。

 

图2：丰田首席技术官、副社长中岛裕树介绍新一代发动机（图片来源：motor1.com）

福特在提升自身发动机硬件技术创新的基础上，还为EcoBoost发动机配备了专属的发动机软件控制系统——ECU发动机控制软件。作为整个发动机系统的控制单元，ECU发动机控制软件能够根据消费者需求，以超高的精度控制发动机，最大程度减少涡轮迟滞，控制燃油喷射精度，优化燃烧效率，将发动机的燃油效率提升至前所未有的水平，使消费者能够享受出色的燃油经济性与卓越的动力表现。目前，福特的很多车型都已经采用了EcoBoost发动机，包括F-150皮卡、蒙迪欧和福克斯等。福特汽车公司表示，未来还将继续研发和改进EcoBoost发动机，以满足消费者对高效动力的需求。

 

图1：福特第四代Ecoboost发动机（图片来源：carbuyerlabs）

在电动汽车浪潮席卷全球的当下，丰田宣布继续投入资源开发新一代内燃机技术，探索汽车动力系统的多元化未来。这家日本车企正在研制的新型发动机不再依赖石化燃料，可以使用合成燃料、液态氢、生物燃料及由氢和二氧化碳合成的“人造原油”，实现碳中和。在减少碳排放的同时，能够满足那些尚不具备全面电气化条件市场的特殊需求。

丰田首席技术官、副社长中岛裕树强调，通过优化内燃机性能，可以作为电动汽车普及之前的“更现实的解决方案”。他声称，正在开发的排气量为1.5升和2.0升的新一代发动机与电气控制单元相结合后，将成为小型高效的内燃机。新一代“超级发动机”采用更小巧、更紧凑的直列4缸结构，能提供更好的动力以及燃油经济性，其中热效率提升30%，燃油效率提高12%。

“超级发动机”以电动化为前提设计，能适配当下的油电混合动力和插电混合动力技术，将彻底颠覆传统汽车的开发逻辑，过去汽车研发在平台设计时，会优先考虑发动机舱布局等因素。基于BEV（纯电动汽车）平台设计的搭载电气驱动比例更高的混合动力汽车(HV)和插电式混合动力汽车(PHV)的车型，将在“超级发动机”的加持下，和电池/电机完美搭配，从而提升汽车性能。

中岛裕树在接受采访时表示，无论是BEV还是发动机，丰田都在认真研发，他流露出了对发动机更多可能性的期待。丰田新1.5升和2.0升内燃机可能是一个“游戏规则改变者”，它们与当前的发动机完全不同，可以满足未来的严苛排放法规。

 

他展望道：“拥有高效率化、小型化等特点，同时具有大马力的发动机，再通过与电动装置的结合，对比BEV车型，今后有望能以更实惠的价格实现销售。”

这位首席技术官还提到，新一代发动机将有更短的活塞行程，这是一个“非常困难的任务”。活塞行程也叫冲程，指活塞在上下两个止点间(即上止点和下止点)运行一次的距离，是发动机重要参数之一。这些直列四缸引擎都将更小，以“彻底改变车辆外形”，通过优化气流来实现更低的前端，从而提高效率。在此过程中失去的扭矩将由电动机的即时响应来补偿。有业内人士指出，这些新发动机主要是为混合动力车而开发的。

斯巴鲁在近期的财报会议上披露，目前开始生产新一代e-Boxer动力系统的相关组件，并预计在2025年在其日本总工厂和矢岛工厂实现新一代e-Boxer车型的量产。新一代 e-Boxer 系统特征是紧凑，在全长较短的水平对置发动机之后，依次是驱动前轮的差速器、混合动力单元的两个电机、变速器、用于向后轮传递扭矩的分动箱，以上所有装置紧紧相连，构成一个一体化的系统。

 

图3：斯巴鲁开发新一代e-Boxer动力系统（图片来源：EMobility+）

最新的e-Boxer系统由2.5升水平对卧引擎搭配源自丰田的THS油电科技，通过丰田成熟的电动马达、电池和变速箱配置，整体的输出表现媲美RAV4，能达到182匹马力和 79公斤米扭力，平均油耗推测为20km/L。与目前e-Boxer的并联配置不同，这个新系统采用串并联混合布局。在保持其水平对卧引擎的稳定性的同时，可以在特定条件下直接为车辆提供动力，同时实现比过去更高的燃油效率。

新一代e-Boxer系统将装配在明年正式上市销售的第三代Crossstrek上。经过大幅改款，该车在外观与内饰设计、车载技术、性能以及安全性方面进一步升级，提供基础、豪华、运动和限量四个不同版本。基础版和豪华版车型配备了2.0升四缸直喷Boxer发动机，可产生152匹的最大马力。运动版和限量版搭载2.5升e-Boxer发动机，提供182马力。

传动方面采用CVT无级变速器，具有更平稳、更安静的性能。豪华、运动和限量版具有带方向盘换挡拨的手动模式，允许驾驶员通过八个预设比率控制变速箱。此外，主动扭矩矢量分配和性能管理系统“SI-Drive”为标准配备。这款车还采用了 WRX 的双齿轮电子助力转向齿条，以获得更直接、自然的转向感和响应。

 

EcoBoost核心技术威力大

福特公司研发的EcoBoost技术，代表了一种创新的直喷涡轮增压发动机理念，指“燃油效率得到强化的发动机”，主要应用在福特的汽油发动机上，包括直列四缸和V型六缸等多种类型。EcoBoost发动机的问世，象征着汽车引擎科技迎来了新的里程碑。与传统的自然吸气发动机相比，EcoBoost发动机展现岀更高的燃油效率和更低的污染物排放并提升动力性能。这主要归功于缸内直喷、涡轮增压以及双独立可变气门正时三大核心技术——  

● 缸内直喷
由于汽缸内的压力极大，因此缸内直喷需要对燃油施以高压才能顺利注入，传统的汽油泵的压力是远远不够的。2.0升和1.6升的EcoBoost发动机在凸轮轴末端设计了一个“9号凸轮”。该凸轮有别于传统的两头凸轮形状，使用三头凸轮为燃油加压，能够以高达200公斤的压力将燃油注入气缸。

缸内直喷技术的优势在于将燃油直接注入气缸，高压燃油系统注入燃料直接进入燃烧室，调节给定时间内需要的燃料继而冷却，完成更高的压缩比。以更高更精准的的压力让燃油最大程度的雾化，并且通过精准的计算使其在最佳时刻向各气缸喷入准确计量的燃油油量，即使在低转速下也能实现每一滴油的充分燃烧。

EcoBoost发动机的喷油量和喷油时间能够达到每秒300次，喷油量控制精准，相比缸外喷射减少了燃油损失，达到提高效率和降低油耗的目的。EcoBoost发动机的活塞顶面有着特殊的曲面造型，被负压吸入气缸的空气能够形成涡流，搅动喷入的油滴更加均匀的混合，使燃油燃烧更加充分。  

EcoBoost发动机凭借缸内直喷技术，使燃油更充分地燃烧，最大程度提升发动机的燃油经济性。即使发动机在低转速下也能稀薄燃烧，使每滴油得到充分的燃烧，保证低转速下良好的动力响应，弥补涡轮增压发动机响应迟滞的缺点。

● 涡轮增压技术
该项术利用发动机排放的废气，将压缩空气推入发动机，以提升发动机的功率和输出扭矩。为了保障发动机动力输出，福特EcoBoost发动机采用双涡轮增压技术。例如，福特新锐界ST装备的同级最强2.7升V6 EcoBoost双涡轮增压发动机，由于采用双涡轮增压技术，拥有237千瓦的最大功率、500牛·米的峰值扭矩，并以7.2秒的百公里加速，为消费者带来同级最强的动力体验。

再如，福特全新金牛座搭载的第四代2.0升EcoBoost双涡流涡轮增压发动机，采用的双涡流涡轮增压技术不仅能够最大程度地减小废气脉冲，产生较大脉冲增压，更能够让发动机实现更快的增压响应，使全新金牛座达到最大功率180千瓦、峰值扭矩390牛·米的同级领先的动力性能。

● 可变气门正时技术
EcoBoost发动机采用这项技术，通过更精确地控制进气和排气门闭合和开启时间，为发动机提供完美的“呼吸”节奏，从而减少气门重叠，最大程度地减少低转速下的“涡轮迟滞”现象，拥有同级领先的动力输出。进一步提高燃油的燃烧效率，创造怠速引擎扭矩并减少废气排放。

以全新福克斯Active配备的1.5升 EcoBoost涡轮增压双喷射发动机为例，这款强劲的引擎拥有三个气缸，最大功率达到了128千瓦，扭矩峰值为243牛·米。引擎的强劲表现得益于其6000rpm的最高转速，以及在1750到4500rpm区间提供的扭矩输出，取得百公里综合工况油耗5.7升的成绩，实现同级领先的燃油经济性。值得一提的是，它采用了先进的混合喷射技术，配合铝合金气缸盖和缸体，保证了出色的性能与耐久性。

 

直列四缸结构支持高输出需求车型

由于新一代1.5升和2.0升发动机仍在开发中，因此有关其输出和燃油经济性的具体细节尚未公布。至于首批搭载新发动机的汽车何时上市，中岛裕树预计将在2027年左右。他声称，这个新发动机系列“有很大的发挥空间”。根据英国《金融时报》引述的资讯表示，新一代1.5升和2.0升发动机将于2026年底在丰田油电混合车型中首次亮相，有趣的是，部分动力系统将会使用柴油燃料。

最近，丰田在网上公布了搭载新一代发动机的雷克萨斯IS，但没有透露搭载的是新一代1.5升还是2.0升。这款新车仍然延续了经典的纺锤式大嘴设计，但内部改用三维多面体结构，且灯组造型也变得更为狭长犀利。同时，新车仍将提供F Sport车型，采用全黑色中网，激进感更上一层楼。新车将全系标配一套“雷克萨斯安全系统+2.5”，包括行人监测、碰撞预警等功能，进一步提升驾驶安全性。

 

图4：全新1.5升直列四缸发动机（右）和现有1.5升发动机（左）对比图（图片来源：motor1.com）

值得一提的是，丰田全新1.5升发动机有自然吸气与搭载了涡轮增压器的两种类型，将取代目前各种车型中的三缸机。作为自然吸气式发动机之间的对比，将现有1.5升三缸发动机作为参照，全新1.5升发动机的体积与整体高度均减少了10%。

 

通过增加一个气缸，实现了整体机身高度的缩小，为发动机自身体积的小型化改进起到了实质性作用。今后，为适应欧美地区预计实施的严格尾气排放限制规定，现有发动机要以牺牲一部分功率来作为代价，并且为净化尾气还需用到大量催化剂，也会因此提高成本。

全新1.5升发动机加装涡轮增压器后，性能堪比牵引重物用车辆所搭载的2.5升自然吸气发动机。对比因受排放限制规定的制约不得不降低约30%马力的现有发动机，全新发动机通过燃烧技术的改善，能够在符合规定的前提下保持现有马力。且由于自身体积小，起到了降低前机盖高度的作用，实现了削减气动阻力的效果。将全新发动机搭载到轿车车型上，预计能够节省12%的油耗。

日媒推测1.5升自然吸气发动机最大功率将达到130马力，HEV版本发动机最大功率预计为100马力左右，涡轮增压版本最大功率则会达到180马力。全新2.0升涡轮增压发动机与现有2.4升涡轮增压发动机相比，体积与整体高度都减少了10%。无论是卡车这种大型车，还是运动车型，足够强劲的马力能够支持其被广泛地用于各种有着高输出需求的车型。

 

编者按

可以看到，依然有诸多企业在默默耕耘发动机相关的技术，新一代产品还在持续不断地推出。发动机也并非传统汽车专属，也远未到谢幕的时候，混合动力汽车、氢燃料电池汽车等依然需要创新的发动机技术来助力其走向电气化时代更遥远的未来。

编译：李忠东

 

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》

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