凯美瑞混动，41%热效率的秘密
最近朋友问起能否给介绍一下混动版凯美瑞的技术细节。说到凯美瑞混动，就肯定要提一下那款Dynamic Force Engine 2.5L直列四缸发动机啦。因为它结合丰田混合动力系统THS达到了惊人的41%热效率。一起随着小星来了解以下背后的秘密吧。
↑凯美瑞使用Dynamic Force Engine 2.5L直列四缸高效发动机（来自丰田）
凯美瑞使用Dynamic Force Engine 2.5L直列四缸发动机最大的优势就是：
1.业界领先的发动机热效率带来更低的油耗
传统发动机40%，混合动力发动机41%热效率。
2.更高的发动机性能
a)更高升功率—60kW/L
b)更高扭矩
c)高快响应
↑汽车能量损耗分布情况（来自美国能源部数据）
而41%的热效率是个什么样的水平呢？如上来自美国能源部数据，汽车能量损耗主要来自发动机的热损耗58~62%。包括发动机缸体和冷却系统及排气系统所带来的热损耗。而其他损耗包括4~6%的附件损耗（水泵和发电机）和5~6%的驱动系损耗。汽油发动机的热效率极限一般在38%左右，柴油发动机热效率极限一般在42%左右。丰田Dynamic Force Engine 2.5L发动机传动动力40%和混合动力41%热效率已经达到了柴油发动机的极限。
↑丰田新一代Dynamic Force Engine高效发动机参数对比示意图（来自丰田）
发动机的主要热损失来自于3个方面-机械损失、排气热损失、冷却热损失。剩余用于输出的能量越多，其热效率就越高。由如下丰田发动机技术演进对比可见，降低摩擦损耗、阿特金森循环爆震削减、低温燃烧和快速燃烧是热效率不断提高的主要推动力。其中发动机热效率从34%逐渐提升到38.5%，主要依托冷却废气再循环技术（Cooled EGR）。而最终让发动机效率推至40%以上的秘密则是快速燃烧技术Fast Combustion。
↑丰田高效发动机技术演进对比示意图（来自丰田SAE论文）
快速燃烧Fast Combustion
快速燃烧技术的核心是通过如下技术提高油气混合气的紊流程度（Tumble Rate）。
1.长冲程Long Stroke
在高冲程缸径比（Stroke/Bore Ratio）1.2的前提下，使用更长的冲程
2.更直的进气道
3.更宽的进气阀与排气阀夹角
4.进排气阀门激光表面处理密封技术
5.D-4S双喷射系统与新一代多孔喷射器的结合
获得更好的燃油雾化效果
↑凯美瑞混动动力总成性能对比示意图（来自丰田）
基于全新快速燃烧技术，新的混合动力系统油耗降低20%同时性能提升10%。
高度电子化
1.使用VVT-iE技术
控制进气阀晚关灵活进入阿特金森循环
2.使用电子水泵
3.使用电子节温器
4.使用可变流量机油泵
5.使用大流量的冷却废气再循环Cooled EGR系统
↑丰田TNGA车型平台发动机性能和效率对比图（来自丰田）
凯美瑞作为丰田集团的当家车型，率先使用了丰田TNGA车型平台和Dynamic Force Engine高效发动机。它也充分体现了TNGA车型平台的理念—更低油耗和更高性能
1.改善最大热效率（更深色部分）
2.拓宽高燃油经济区范围（更宽的浅色部分）
3.改善发动机扭矩（上部红色曲线）
4.更好的使用高效区间
用新一代AT和CVT变速箱覆盖更多发动机高效区间
用新一代THS混动变速箱将发动机保持在最大热效率区间
5.更快响应和控制特性
相关Dynamic Force Engine发动机技术介绍视频
Dynamic Force Engine混合动力发动机相比传统动力具有更高的41%热效率其秘密就是如下提到的混合动力系统。
凯美瑞混合动力系统包括Dynamic Force Engine 2.5L直列四缸汽油发动机、锂离子和镍氢混合动力电池组、功率控制单元PCU和横置混合动力变速箱。
↑凯美瑞混动动力总成组成示意图（来自丰田）
由如下凯美瑞Dynamic Force Engine 2.5L发动机传统动力和混合动力参数对比可以看到。传统动力具有更高的输出性能，功率为151kW要高于混动动力版本的130kW。但在牺牲些许性能的同时，混合动力版本的压缩比更高，达到14要高于传统动力版本的13。从而换取了更高的发动机效率。而牺牲的性能部分，则由双电机的混合动力系统THS进行补充。
↑凯美瑞传统发动机和混合动力发动机参数对比（来自丰田）
混合动力系统帮助汽油发动机获得更高热效率的机理
如下如通用汽车发动机效率对比图所示，在P-V曲线图中包含面积越大则发动机效率越高。蓝色传统汽油奥拓循环所示，其面积相对较小。
黑色传统柴油发动机循环则天生可以包含更大的面积，拥有更高得效率。特别是左侧区间。红色混合动力曲线在右侧多出一个三角形的面积，来自灵活的阿特金斯循环模式切换。
而混合动力还能补足汽油发动机的左侧能效区间，从而达到甚至超越柴油发动机的热效率。
↑通过混合动力技术提高发动机效率P-V曲线（来自通用汽车官网）
综上所述，凯美瑞作为丰田集团的当家车型，使用了丰田TNGA车型平台和Dynamic Force Engine高效发动机。它也充分体现了TNGA车型平台的理念—更低油耗和更高性能。其核心技术之一为快速燃烧技术。同时通过新一代混合动力系统THS的帮助，Dynamic Force Engine发动机的混合动力版本要比传统动力版本拥有更高的热效率，达到了业界领先的41%。