丰田 86 和斯巴鲁 BRZ 的发动机只有 2.0 排量怎么榨出 200 马力的？ 第1页

真的不是各种2挡7300的段子让FA20发动机有了马力加成吗（认真脸）？

言归正传，段子虽然是段子，但也反映出了这台FA20发动机高转速的特点。

关于这点，我们在知友 @王晓鹏 的内容中就看到了这样的评价：

“在BRZ/86身上，最让《头文字D》车迷经久不衰的特点在于，它的这副 FA20 引擎在扫过5500rpm~6500rpm 区间的时候，会发出与动漫中 AE86 相似度非常高的怒吼声。”

至于我们为什么造出这样一台发动机，它又是怎么榨出200马力的，这还要从它设计之初说起。

FA20的设计初衷

机缘巧合之下，我们萌生了设计一款售价亲民的运动型车辆的想法。我们希望它能在价格亲民的前提下，让使用者感受到更高级别的驾驶乐趣。所以与涡轮增压发动机相比，我们更加希望能通过自然吸气发动机直接线性的动力输出来保证始终如一的操控乐趣。

最初我们拟定在现有FB发动机的基础上稍作修改后装载到BRZ/86车型上。然而，面对BRZ/86 “高旋转、高输出”的设计目标，我们深知FB已然无法满足，我们迫切的需要一款新机型的诞生。

上面对大背景有了一个简单的交代，下面说重点。

FA20到底是如何压榨200匹的。

先给大家介绍一个公式

P——发动机功率 ;T——扭矩 ;n——发动机转速

只要会做乘除法，就能知道，想让P变大，只要T&n其中一个或两个同时变大就可以。所以，这也正是FA20发动机的突破所在：首先我们要让发动机转得快；其次，在转得快的基础上，我们尽可能保证发动机足够有劲。

就像跑步一样，怎样才能跑得快？其实也是两方面因素影响最大，一是步频（腿能跑多快），二就是每一步能用上多大劲。为了跑得更快一些，我们会换上更加轻便的跑鞋，会补充足够的能量，还会尽自己最大可能提升步频。所以，从这个角度来看，这与FA20发动机的设计思路是十分相似，大体上我们做了三方面调整：调整缸径&冲程设计（为了使发动机转更快）；优化机体结构（为了使发动机更快更紧凑）；引入D-4S喷射系统（为了让发动机更有力）；

下面就直奔主题

01、

为了使发动机转更快而调整的缸径&冲程设计

FA的开发实际上是在FB的基础上进行的，但是却一不小心颠覆了FB。

FB作为斯巴鲁第三代水平对置发动机，为满足日常使用性能，采用了缩小缸径，长冲程的设计，因为要尽可能提高扭矩；而FA发动机为了满足BRZ/86发动机高转速高输出的设计目标，则采取了与FB相反的设计思路。我们将发动机冲程进行了缩短，对缸径进行了适当增加，以提升发动机转速。比如我们以相同的速度跑100米和200米，肯定100米用时短，因为距离短。

02、

为了使发动机更快更紧凑而优化机体结构

机体结构的优化主要出于两方面：一方面是让发动机可以转更快；另一方面是让发动机更小更紧凑。

a、让发动机转更快：

我们对活塞、连杆、曲轴等这些关键零部件进行轻量化处理。因为它们都属于运转零部件，所以，这些零部件越轻，它运转的速度就能越快。就像负重者与无负重者同行，后者加速会更快是一个道理。因为重物需要的启动能量更大。

b、为了让发动机更小更紧凑：

我们对很大一部分零部件结构进行大刀阔斧的重新设计或修改。由于BRZ/86车型车头较为低矮，所以，我们急需将发动机整体高度进一步降低，以让它的结构和尺寸与之前相比更加紧凑。当然，这工作量真的很大，而且也很难。就好像你解了一天的方程式，结果发现题干不对。因为紧凑化与轻量化绝非等比例缩小那样理所应当。设备的加工精度、相关零部件的位置结构、零部件的热学特性、力学特性等等都要进行考虑，甚至需要进行全盘优化或重新设计。

举个例子

假如我们需要缩小一个齿轮的尺寸

我们至少需要：

确认输入轴/输出轴间距离是否需要改变；

确认传动比需求、转速以及变速范围；

确认标准齿轮or非标准齿轮；

按照主要失效形式进行强度计算；

确定齿轮尺寸，并对其它失效形式进行必要校核；

选择材料，并确定许用应力；

按齿面接触强度进行设计；

验算齿轮弯曲强度；

根据需求以及数据选择适宜的加工精度级别；

需要如何热处理；

还有配套的输出输入轴校核与设计；

轴承的校核与选择；

润滑系统的优化与设计；

等等等等……

SO，把大齿轮改成小齿轮不止于直径、齿数那么简单；而把发动机变紧凑也不是件轻松事。

所以，我们在力所能及的范围内，对发动机内部的许多零部件进行了缩小与调整，活塞、连杆、燃烧室、活塞环一样不落。至于具体我们不一一举例，只放出FA与FB曲轴的对比来感受一下。FA的曲轴在轴向、径向都比FB的曲轴要小很多，而且曲柄也更轻薄。这样不仅让发动机结构变得更加紧凑，同时在重量上也减轻了许多。相当于给发动机换上了轻质合脚的跑鞋，在发动机运转时需要的启动能量更低，运行时需要的能量更小，在一定程度上降低了燃油消耗率，为功率的提升打下了坚实的基础。

FA20发动机要比改进前的FB20发动机在高度上缩短了84mm，这项改进使得BRZ/86的重心甚至要比普通人的膝盖还低。

03、

为了让发动机更有力而引入的D-4S喷射系统

费油和扭矩低下一直算是高转发动机的通病，而引入D-4S喷射系统就是为了让高转速的FA20也可以兼顾低扭。

据说：十个高转九个费油，还有一个爱爆缸。戏谑之言，可能不那么严谨，但高转费油的情况确实是存在的。高转速发动机在充气效率、燃烧充分程度方面其实是存在死穴的。在充气效率方面的优化一般存在两个方向，低转or高转，顾此就一定会失彼。所以低转速区间一直是很多高转发动机挥之不去的噩梦。另外，考虑到做功冲程混合气被点燃后，火焰传播也需要一定时间。对于很多高转发动机而言，很多时候，火焰根本来不及传播，发动机就已经进入下一环节。这，肯定是不行的！

说到这，自然也不能不提当时的研发伙伴丰田给予我们的帮助——D-4S燃油多重喷射技术。在2000转以下和6000转以上，分别通过歧管喷射和缸内直喷两种方式供油，而在中间的转速区间时，使用缸内直喷，保证了日常使用的扭矩输出和燃油经济性。这项融合了歧管喷射和缸内直喷的技术让发动机在不同工况下，可以始终保持较高的燃烧效率。

与此同时，我们也进一步优化了燃烧室结构：一方面，我们将压缩比提升至12.5:1这样的高度；另一方面，我们将活塞顶设计出更适合的涡流槽，在进气中产生纵向涡流，以这种物理方式使得混合气更为高效燃烧，以改善燃油经济性以及尾气有害物质排放。这直接的效果就是：你看，BRZ/86这样一款极富驾驶乐趣的跑车，发动机转速可以很高，但依然不会感到扭矩乏力，而且油耗也并不高。

关于FA20我们要补充两点

单列出这一项是因为有些内容并不是特别大的结构调整，但又对FA20实现设计目标起到至关重要的作用。成就高性能、高输出的设计目标，离不开扎实的基本功：结构设计要够优秀，同时制造工艺也要够精细。这些可以算作我们的优势，但同时这些却又是特别容易被大家忽略的地方。

比如斯巴鲁水平对置发动机的缸体结构

斯巴鲁水平对置发动机没有像传统发动机那样，使用轴承梁结构支撑曲轴，而是通过两侧缸体“夹”在中间固定，从而提升了发动机整体刚性，保证运转平顺性的同时也在一定程度上降低了震动。同时我们的曲轴支撑结构也采用5点设计，相对于3点支撑的结构，5点显然可以提供更好的支撑效果，也使得发动机整体具有更好的刚性。

比如我们在加工、制造、装配方面的优势

无论加工、制造或是装配，误差都是不可能消除的。然而我们却可以通过自我水平的提升来尽可能将其缩小。为实现降低FA20发动机高度的目标，它身上的所有零部件设计的需求都是保证必要前提下的最小限度。假如以零件间隔10mm为基准数值，大多数认为10.1mm已经可以接受，在FA20身上则要将这个标准提升至10.00001mm。

所以

话又说了回来，FA20的200匹是如何压榨出来的？绝非一蹴而成，它其实是一步步将那些细小而又基础的结构按照我们的意愿锤实的结果，也是斯巴鲁工程师们智慧的结晶。当然，其实对于FA20发动机的创造而言，还有最最重要的一点，就是，它身后有一个有梦想有追求的工程团队。有时候，钱真的不是万能的！就像我们永远叫不醒一个装睡的人。没有一颗渴望驾驭的内心，也不太可能造出这样一台发动机！关于这台FA20发动机，其实追梦的成份要远远大于生意。

注：BRZ无论从驱动形式上还是动力总成方面，都是斯巴鲁的一次颠覆

最后插一些题外话

可能在很多人看来，技术控就大致等同于呆板、枯燥、一成不变，但其实不然，工程人员的喜怒哀乐同样希望有人能懂。尤其是对于工程师而言，日复一日、年复一年的坚持，都不仅仅是为了枯燥的技术，而是为了能让汽车成为融合智慧与汗水的结晶，传达理念和想法的作品，甚至是与消费者们沟通的桥梁。工程师们希望自己的努力能通过汽车被使用者感知，其实最让人感到幸福的时刻，并不是某项技术被人称赞，而是使用者能将汽车的性能真正发挥、对于汽车的信赖以及驾驶时那抹发自内心的微笑。

最最后还想再说一句，前段时间，我们提过一个问题：斯巴鲁提问|开脑洞，机构号在知乎还能怎么玩？感谢朋友们之前的建言献策，也欢迎大家继续为我们以后的内容方向提出自己的建议。

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