目前，豐田正在全力打造其最新款高性能掀背車GR Yaris。該款車型充分吸收了來自世界拉力錦標賽（WRC）的技術(shù)經(jīng)驗。

GR Yaris車型搭載了1款全新的1.6 L渦輪增壓3缸機。其最高功率為192 kW，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。據(jù)豐田方面提到，該款型號為G16E-GTS的發(fā)動機以動力性及續(xù)航性作為重點開發(fā)目標，并據(jù)此進行了設計。研究人員借鑒了源于賽車的技術(shù)，并采用了輕型結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)上述目標，并確保整機能滿足歐六d排放標準要求。

表1 G16E-GTS發(fā)動機參數(shù)

項目參數(shù)

布置形式直列3缸，渦輪增壓

排量/L1.618

缸徑/mm87.5

行程/mm89.7

壓縮比10.5

燃燒室屋頂型

氣門機構(gòu)雙頂置4氣門，滾子搖臂

最高功率/kW192（6 500 r/min）

最大扭矩/（N·m）360（3 000～4 600 r/min）

總質(zhì)量/kg109

與缸體的外壁一樣，通過制作較薄的缸蓋壁厚可以有效減輕整機質(zhì)量。研究人員對進氣道的形狀、噴油器噴霧和燃燒室都進行了優(yōu)化，以改善高滾流（high tumble）過程，并提高進氣道效率，同時實現(xiàn)缸內(nèi)穩(wěn)定燃燒。研究人員憑借來自賽車領域的研發(fā)經(jīng)驗，設計出了性能更優(yōu)越的氣門座圈，并增加了排氣門直徑。

發(fā)動機缸蓋采用了兩級水套結(jié)構(gòu)。冷卻液會流至下水套區(qū)域，以增加其對燃燒室的冷卻效果。在上水套和下水套之間的分隔壁使氣缸能承受更高的壓力及熱負荷。

豐田方面的研究人員提到，兩級水套結(jié)構(gòu)能優(yōu)化冷卻液流速和流量，以此滿足發(fā)動機的性能要求。冷卻液在缸蓋內(nèi)水平流動可以減小冷卻系統(tǒng)的壓損和容積，同時在發(fā)動機暖機階段，有效改善了加熱器性能及燃油經(jīng)濟性。研究人員通過設計該水套，將3個氣缸之間的溫差降至最低，從而可使發(fā)動機采用10.5的高壓縮比。

該款發(fā)動機首次采用了2個單獨的正時鏈條罩蓋（上部和底部）。研究人員通過為每個罩蓋采用雙面配合的方式，可以顯著提升其密封性能，并進一步減小了缸蓋的質(zhì)量。

曲軸箱強制通風系統(tǒng)（PCV）可直接從曲軸箱中抽出活塞漏氣量，以此增強通風，并抑制機油惡化。PCV閥安裝在發(fā)動機上，研究人員通過移除真空管以簡化系統(tǒng)布置。迷宮式（labyrinthine）油氣分離器（OMS）結(jié)構(gòu)可以顯著改善油滴收集效率。

涂層和熱處理

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為實現(xiàn)高速燃燒的目標，研究人員為發(fā)動機運動件選配了輕量化活塞和耐磨的活塞環(huán)。為提升機體強度，研究人員對球形燃燒室進行了拋丸處理（shot peening），并為活塞裙部的主、副推力面進行了更高強度的拋丸處理以減少其與缸孔之間的摩擦。活塞裙部形成的小凹坑利于儲油，通過在其表面應用合成樹脂涂層（resin coat），可以進一步減少摩擦。

該款發(fā)動機的活塞沿用自豐田新全球架構(gòu)（TNGA）工具庫，同時沿用的其他零部件還有高強度連桿、緊湊型液壓間隙調(diào)節(jié)器、凹腹凸輪軸（concaved-radius）及高能點火線圈。

研究人員在活塞第1道環(huán)槽中嵌入了高強度、耐腐蝕的高鎳鑄鐵活塞環(huán)。根據(jù)豐田方面的消息，采用高線性的膨脹劑（SD-1）在暖機階段可以收緊活塞環(huán)端隙，從而減少活塞漏氣量。研究人員在第1道氣環(huán)的圓周上應用了類金剛石（DLC）涂層來減少摩擦，同時還在油環(huán)刮片的外圓上采用了不規(guī)則桶面形狀，以獲得更高的可靠性，并減小機油消耗，其外圓面則采用DLC涂層來增加抗磨性。

為實現(xiàn)高功率輸出，研究人員為G16E-GTS發(fā)動機設計了1個由皮帶驅(qū)動的大容量水泵。研究人員將機油冷卻器安裝在水泵出口，以增強冷卻器的效率，同時為其配備了1個輕量化的鋁冷卻器。

進氣和渦輪增壓

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研究人員對進氣系統(tǒng)進行了優(yōu)化，使發(fā)動機可以輸出更高的功率，隨后再將電池移到行李箱中，從而為空氣濾清器騰出了空間，并相應減小了其壓損?？紤]到持續(xù)優(yōu)化的目標，研究人員為該款發(fā)動機選擇了配備有濾紙和精細纖維層的復合型空濾，從而可以有效提高除塵效率。研究人員首次在空氣流量計的上游采用了鋁箔膠，以此釋放在進氣系統(tǒng)中累積的電荷。

研究人員將G16E-GTS發(fā)動機的渦輪增壓系統(tǒng)集成到排氣歧管上，減少了整機質(zhì)量，并在渦輪本體中采用球軸承來降低摩擦水平，同時使其具有更高的響應性。除此以外，壓縮機殼體較好的耐磨密封性可以有效增強渦輪增壓器的效率。

編輯：jq