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發動機上的字母都是啥意思?——之"爆高轉"的本田VTEC和i-VTEC

發動機上的字母都是啥意思?——之"爆高轉"的本田VTEC和i-VTEC

平時在打開自己愛車發動機蓋時,很多人並不會在意發動機上面有什麼玄機,還有一些車主是從買車之後就沒自己打開過發動機蓋看看裡面的內容,這可真是把車當做純粹的工具了。其實發動機上往往都會有一些顯示自己特性的細節,除了各品牌的標誌之外,還會有一連串的字母,它們代表的正是發動機所採用的技術。例如ECOTEC、D-VVT、VVT-i、TSI、TFSI、FSI、SIDI、Multi-Air、EcoBoost、VTEC、i-VTEC、BLUETEC、SuperCharge、VCM、MDS等等……

福特的2.7T V6 EcoBoost發動機

這些看起來很厲害的字母都有著什麼含義呢?各自有哪些優缺點?對應的代表車型表現如何?別急,我們準備做一系列的文章來解讀發動機技術,第一期就先來說可變氣門技術,本篇文章要聊的是大名鼎鼎的本田VTEC和i-VTEC發動機。

i-VTEC字母在"地球夢科技"下方

在說本田VTEC和i-VTEC之前,先來了解一下可變氣門是個什麼東西。目前主流的汽油發動機可以分解為兩大機構和五大系統,兩大機構即配氣機構、曲柄連桿機構,五大系統則包括燃料供給系統、潤滑系統、點火系統、起動系統、冷卻系統。活塞式內燃機早在19世紀60年代就已經誕生,發展到現在各方面都趨於成熟,在沒有革命性技術引入的前提之下,給各個廠家提供的升級和優化空間並不大,頂多是在配氣系統方面做些改進。

國內初代天籟的2.3L V6發動機所採用的進氣端可變氣門正時

而發動機的配氣機構其實可以理解成是發動機的"肺",主要職責就是為做功中的發動機換氣,通過對進氣門和排氣門開閉時間以及大小的控制,來讓發動機處於相對高效的做工狀態。這裡可以把發動機的排氣和進氣理解為我們日常的呼吸,呼吸就要進行呼氣(排氣)和吸氣(進氣),在不同狀態下呼吸的強度和時長肯定不一樣,例如在睡覺時呼吸就會比較淺而且均勻,在劇烈運動時自然會長時間大口呼吸。


人體如此,發動機其實也一樣。在低負荷、低速或者勻速運轉時,需要較少的進氣量來減少噴油量,從而提升燃油經濟性;在高負荷或者高轉速運轉時需要增加進氣量以便提升動力輸出。如果像早期的發動機那樣,進氣門和排氣門始終處於"呆板"的固定狀態的話,進排氣的時間和多少都是恆定的,那麼發動機本身並不好受,做功的效率也很差。此時就需要"可變氣門"這個東西來大顯神通了,氣門的開啟時間(氣門正時)和開啟大小(氣門升程)都是靈活可變的,發動機的"呼吸"就變得隨心所欲了。


於是各個廠家就開始在發動機的可變氣門上做起了文章,畢竟是可以提升發動機效率的事情,大家的著力點基本都在可變氣門正時技術(VVT)方面,主要的方法是調節凸輪的相位。不過,向來有"技術宅"之稱的本田卻並不滿足於可變氣門正時技術,而是要更進一步,連氣門升程也要可變。於是在1989年,本田自己研發了可變氣門正時與氣門升程電子控制技術,它便是讓眾多"本田粉"虎軀一震的VTEC(Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System),VTEC也成為了世界上第一個同時控制氣門正時和升程的可變氣門系統。


當然,VTEC技術肯定要有發動機作為載體,代號為B16A的1.6L自然吸氣發動機也就成了VTEC的"處女秀",而Integra RSI(DA6)和Integra XSI(DA6/DA8)這兩款本田新車則因為VTEC發動機的搭載而被歷史銘記。此後的B16A還推出了改進型B16B,和一般的發動機越到高轉動力衰退越明顯不同,VTEC發動機的魅力就在於高轉速區間的動力釋放,並且在爆高轉時的發動機亢奮聲浪極易讓耳朵「高潮」(所以有些人會覺得VTEC發動機太吵)。對於追求動力感受的人來說,在渦輪增壓發動機尚未大規模普及之時,本田VTEC發動機簡直就是"神一般的存在"。

掛謳歌標誌的Integra

那麼問題就來了,VTEC技術是如何做到讓發動機"高潮"的呢?這裡就不得不佩服本田的"技術宅"本色,在不大範圍改變發動機結構的前提下,本田在凸輪和搖臂的數目、運作上做文章。它使用兩組不同大小的凸輪,配合氣門搖臂上的同步卡銷(三段式VTEC),就可以實現對於氣門升程和正時的調節,是一個成本和功效兩全其美的方法。


兩組凸輪對應的是發動機的不同狀態,在中、低轉速用低角度凸輪,此時一個氣門升程很小,幾乎不起到進氣作用,進氣通道基本上相當於單進氣門發動機。而在高轉速時,高角度大凸輪用來提高進氣量,進氣流通面積和開啟持續時間大大增加,給發動輸送更多的混合氣體,從而實現高轉速時的高動力性能。

三段式VTEC比兩段式多了一組同步卡銷

不過,VTEC技術好是好,但並非沒有缺點。對於在意車廂靜謐性的人來說,VTEC發動機在高轉速時的聲音太吵,影響舒適度;再有就是如果總是"爆高轉"的話,氣門會長時間位於高角度凸輪的狀態,油耗會比非VTEC發動機高不少。這些弱點其實也不算什麼,畢竟很多本田車主就是沖著動力才選的VTEC發動機,噪音和油耗都不是事兒。而VTEC技術最大的弱點其實是對於氣門的調節仍然是階段性的,無法在特定轉速範圍內實現對氣門正時和升程的無級調節。

這是一個氣缸內的VTEC機構,由三個凸輪和三個搖臂組成

本田對於這些弱點十分清楚,為此,本田決定對VTEC技術進行升級,主要是解決配氣相位無法連續調節的問題。辦法就是在VTEC發動機的基礎之上,增加一組包含作動器、油壓控制閥、各種感測器以及ECU組成的進氣門凸輪軸正時可變控制機構,官方的叫法是VTC(Variable timing control),主要負責控制進氣閥門的正時與開啟的重疊時間,保證進、排氣門最佳的重疊時間。有了VTC之後,發動機在大範圍的轉速內都能有合適的配氣相位,這在很大程度上提高了發動機的性能,尤其是中低轉速時的扭矩輸出,同時燃油經濟性也有進步。而這種VTEC發動機+VTC技術的組合,本田給它取了個新的名字,叫做i-VTEC。


i-VTEC?沒錯,就是在國產眾多本田車型上普遍使用的發動機技術,包括1.3L、1.5L、1.8L、2.0L、2.4L等多款汽油發動機,車型則包括飛度、八代思域、九代思域、CR-V、雅閣、奧德賽等等,打開發動機蓋都會看到熟悉的i-VTEC字母。這些車型在國內確立了本田的品牌形象和用戶口碑,以至於有了"本田是買發動機送車"的說法……

"紅頭"K20A發動機,很多玩家會將它移植到思銘/思域,甚至飛度上

最早使用i-VTEC技術的正是大名鼎鼎的K20A發動機,作為從F20C演變而來的發動機,i-VTEC技術的加入讓K20A發動機的進排氣效率大大提升。不過,i-VTEC技術同樣有著缺點,首先是依然沒能實現氣門正時和升程的無級調節,氣門調節依舊是分段式,這讓發動機的動力輸出不夠線性;再就是i-VTEC系統的結構比較複雜,ECU、油壓控制閥、各種感測器等部件對於加工質量要求較高,後期的維護成本也要考慮。

搭載K20A發動機的第四代Integra Type-R

關於本田的VTEC和i-VTEC技術就先說這麼多,下篇文章我們來看看別的廠家如何在可變氣門技術上玩花樣。下篇的主角會是菲亞特克萊斯勒的Multi-Air電控液壓進氣系統,用在了Jeep、克萊斯勒、菲亞特等多款車型上。為了達到同樣的目的,Multi-air用了什麼另闢蹊徑的獨特方法呢?先留個懸念。

《特別報道》| 作者:姜志浩

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