丰田汽车公司在非混合动力ESTEC发动机上实现阿特金森循环

丰田汽车公司开发了应用阿特金森循环的非混合动力ESTEC发动机。具有高压缩比的阿特金森循环是混合动力车用发动机提高热效率的常用技术。采用高压缩比的缺点是发动机的扭矩会降低，在混合动力车中，电动机转矩补偿了发动机扭矩的降低。然而，低负荷区的热效率对传统发动机来说更加重要。新型1.3LESTEC直列4缸汽油机（1NR-FKE）具有优异的热效率和燃油经济性，其输出功率达到73kW，具有高达38%的热效率，与混合动力发动机的水平相当。此外，在低负荷区，ESTEC发动机在JC08工况下的燃油耗改善率可达11%。

ESTEC发动机结合几何压缩比为13.5的阿特金森循环与水冷却废气再循环（EGR）系统。传统的1NR-FE发动机压缩比为11.5，采用内部EGR。电动可变气门正时（VVT-iE）系统是实现阿特金森循环的关键因素，VVT-iE系统能快速而精确地控制进气门相位，并且防止冷起动时机油温度和压力出现异常变化。

高效EGR冷却器采用快速响应的EGR阀。进气歧管、EGR冷却器与EGR阀直接连接，以降低来自冷却器的冷凝影响。具有高滚流效果和高进气流量的进气可以提高燃烧效率并有助于减少爆震。为了同时满足性能和燃油经济性要求，采用4-2-1排气歧管设计，以减少剩余排气燃烧。

发动机压缩比提高到13.5，使扭矩从104N·m降至96N·m，为了恢复扭矩，丰田汽车公司改进了排气歧管形状，通过减少残留废气，降低因提高压缩比而导致升高的排气温度。采用新型冷却水套，优化气缸表面温度及喷油定时，改进后的排气歧管可以大量回收废气热量，使扭矩提升至105N·m。

在低负荷区，冷却EGR系统会增加扭矩波动。为了解决这一问题，在低负荷区，提前排气门正时，并采用内部EGR。在中高负荷区，延迟排气门正时，并提前开启EGR阀。

采用附加冷却隔板的新型水套分隔装置控制气缸表面温度，使缸内温度上升更加迅速，同时使气缸顶部和底部保持几乎相同的温度。因此，附加冷却隔板的摩擦损失得以降低，发动机扭矩得以提升。