混合動力、燃料電池，這些幾乎可以和豐田劃上等號的名詞隨著這幾日躍然于紙上的兩則消息顯得有些風光不再。近日，一貫善于另辟蹊徑的豐田貌似是意識到了自己的“冒失”，終于開始有所收斂，接連有旗下新型內燃機公諸于世，而它們的共同特點只有簡單的兩個字“高效”。
燃效過低向來是內燃機永遠的痛，縱觀市面上已經量產的機型，燃效最高的柴油機其熱效率也不過40%上下，而汽油機自不必說更遠低于這一數(shù)字。大把大把的能量白白在空氣中消逝，這件事說來有些奢侈。
日系車企對效能、油耗這些字眼兒歷來秉持錙銖必較的處事態(tài)度，而豐田此次所公布的一系列新機型，也只是其繼同馬自達開展技術合作后，在傳統(tǒng)動力領域的又一次發(fā)聲，并力圖借此向世人重申，除了那些天馬行空的新玩意兒，自己在傳統(tǒng)動力領域同樣具備大哥級的實力。
汽油機40%，柴油機44%，這種燃效水平乍看之下或許并不能完全說明問題，因為此前已經有為數(shù)不少的科學狂人在實驗室里測試出過比這一數(shù)字更高的數(shù)值，但如果加上量產二字，那其中的意味便迥然不同了。
以此次豐田推出的汽油機機型為例，該機計劃搭載在將于年內上市的新一代普銳斯車型上，根據(jù)車型研發(fā)周期推算，顯然其已進入了量產前的最終生產調試階段，而燃效更高的豐田GD系列柴油機則在本月的早些時候便已隨著新一代豐田“Hilux”皮卡一并上市銷售。因此若將比拼對象縮小至量產機型范圍內，你會突然意識到，其效率在這個圈子里絕對是無出其右。
燃效的提升究竟源自何處？
說了這么多，想必人們最為關心的依舊是豐田究竟擁有何種魔力可以讓燃效實現(xiàn)大幅躍升，對此車云菌也專程展開了一番拉網(wǎng)式信息排查，不過令人倍感意外的是，當真相漸漸浮出水面，兩種風格不盡相同的技術革新呈現(xiàn)在我們面前。
汽油機：讓廢氣再多一點
豐田全新汽油機
針對汽油機，豐田將放改進重心放在了EGR（排氣再循環(huán)）工作限值的優(yōu)化上。說到這里，可能更多人會聯(lián)想到柴油機。確實，EGR技術在柴油機上的應用更為普遍，不過對于豐田來說，汽油機搭載EGR技術也算不上是什么新聞。如為人所熟知的第三代普銳斯（發(fā)動機代號：2ZR-FXE）、凱美瑞（發(fā)動機代號：6AR-FSE）等車型發(fā)動機的應用便是最好的例子。
根據(jù)豐田此前的研究，如果將EGR限值提高，增加冷卻尾氣的循環(huán)量，缸內氣體的熱容量便會增大，從而降低缸體內的溫度。這樣既有利于抑制爆震及N0x污染物的生成，又可使冷卻損失比現(xiàn)行發(fā)動機減少大約8%，可謂一舉多得。
所謂EGR限值，其實就是廢氣所占缸內氣體總量百分比的上限，如果廢氣濃度過高，則會大幅減緩缸內氣體的燃燒速度，引發(fā)混合氣燃燒不充分，甚至是發(fā)動機缺缸。因此，要想進一步提升這一限值，就必須先消除由于廢氣過多所造成的燃燒過緩之弊病。
豐田認為，實現(xiàn)高速燃燒的重點在于增強缸內氣體的流動性，而這一指標又與缸內氣體的滾流比（活塞驅動方向的旋流與軸方向的旋流之比）息息相關，若滾流比增大，則燃燒速度也會隨之加快?；诖耍S田在新機型的開發(fā)上主要做了以下三點技術改進：
1.令進氣門下側區(qū)域外輪廓接近于直線，以便進入氣缸內的氣體更容易形成縱向渦。經驗證，改進后的發(fā)動機在轉速為2000rpm時，可將缸內氣體的平均湍流速度由原來的2.5m/s提高到3.4m/s。
2.減小設置于活塞頂面的圓柱形凹坑直徑，進而增強活塞表面對缸內氣體的擾流效果，促進缸內渦流加速流動。
3.提升火花塞點火能量，以應對缸內氣體流速上升所引發(fā)的點火困難。
經過一番設計優(yōu)化后，新型汽油機的滾流比最終由現(xiàn)行的0.8提升到了2.8，而整體燃效，也從起初的38.5%增加至四成。
柴油機：一層膜也能解決大問題
豐田GD系列柴油機
研究過了汽油機，我們再將目光再轉向燃效更優(yōu)的豐田全新GD系列柴油機。對于該系列柴油機，豐田并效仿前者將EGR限值作為優(yōu)化對象，而是把熱處理薄膜工藝視為提升燃效的不二法門。這做法表面看上去的確有些令人匪夷所思，但經車云菌一番糾結過后，終于窺到了其中的小九九。
眾所周知，顆粒物是柴油機排放的痛點所在，而依樣畫葫蘆照搬先前做法，會出現(xiàn)如下一連串連鎖反應。首先，EGR限值升高，導致缸內氣體熱容量增大，缸體溫度降低；隨即顆粒物污染物開始出現(xiàn)激增（顆粒物的生成一定程度上與燃燒溫度呈反比），使尾氣后處理裝置壓力山大；最終革命號角驟然響起，尾氣后處理裝置提前宣告罷工?？磥聿⒉皇菞l條大路都能通向羅馬，有時繞路而行也不失為一種捷徑。
理論上講，內燃機的燃效之所以會長期以來處于低位，其根本原因在于熱量會自行向低溫區(qū)域傳遞。如果能找到一種方法，既能抑制熱量向外擴散，又能保證缸內溫度處于合理區(qū)間，不引發(fā)NOx濃度上升等負面效應，那就等于拿到了開啟燃效大門的金鑰匙。
豐田長期研究發(fā)現(xiàn)，通過對鋁鑄造合金的活塞頂面進行陽極氧化處理，會在活塞頂面形成一層多孔質氧化鋁（Al2O3）薄膜（豐田將其命名為“SiRPA”）。該薄膜不僅導熱率低，而且比熱容也很低，通俗點說就是“導熱性很差，散熱能力卻很出色。”。
將經過薄膜處理的活塞置于氣缸后，神奇的一幕出現(xiàn)了。當氣體燃燒使缸內溫度升高時，覆蓋有薄膜的活塞頂面溫度也會隨之一并快速上升，進而縮減與缸內氣體間的溫差，降低由此所導致的能量損失；而當燃燒過后缸內溫度開始下降時，薄膜上的多孔結構又會迅速將活塞表面的熱量散發(fā)出去，以避免缸內溫度過高對進氣及NOx的控制所造成不利影響，這種物理特性恰好與提升燃效相對癥。
不過豐田方面也表示，這種薄膜技術其實并沒有聽上去那樣完美。由于多孔質氧化鋁的表面光潔度較差，可能會對缸內氣體流速造成影響，因此在所目前生產的柴油機上，薄膜工藝的應用范圍被嚴格限定在活塞頂面的擠氣區(qū)邊緣及外側，至于燃燒室內的其它區(qū)域，則仍沿用傳統(tǒng)工藝進行制造。
小結：
相比于研發(fā)一種全新的動力，在傳統(tǒng)技術上進行優(yōu)化改進無疑更具普惠性，更易于被市場所接受。可以預見，在未來的很長一段時間內，內燃機汽車仍將占據(jù)整車銷售的主流，而作為汽車業(yè)界首席大佬的豐田，自然也是深諳此道。用全新的技術門類去搏個未來固然重要，但努力爭奪當下的傳統(tǒng)市場，也不失為一種制勝之道。
當然，有人或許會問，44%已經是極限了嗎？近日，豐田設計部部長有田晃利在日本汽車技術協(xié)會舉行的“2015年春季大會學術演講會”上的演講提到，“今后豐田將以‘稀薄燃燒’、‘可變壓縮比’與‘燃料改質’三項技術為核心展開攻關，待解決了‘冷卻及爆震等課題’后，豐田的量產內燃機燃效將‘快速達到50%’”。那么，豐田如何通過這些技術做到這一點，且聽車云菌下回為您講述。
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