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本田怎么调可变气门,本田可变气门技术!

很多车厂的发展都有里程碑式的事件,例如福特的T型车、林宝坚尼的Muira等等,而在引擎技术方面,本田则是通过其“VTEC技术”这座里程碑,才傲立于当今的车坛,成为曾经的一方霸主。而根据从1989年4月19日作为起点的事件脉络,VTEC技术的发展至今共经历了7个阶段的演化,本文也作为一次全面性的回顾,看看今天被戏称为“买发动机送车”的本田,是如何通过VTEC这个技术平台一步一步走到现在的。

如果从机械上的解释,VTEC(Variable valve Timing and lift Electronic Control system)是电子控制可变气门时间及升程技术,只因中文翻译名字太长,所以就直接简称VTEC,这也从另外一侧让其朗朗上口,被车迷们传说。而VTEC技术的最核心科技,说白了、说简单了,其实就是通过油压,将一颗活梢在特定的转速下打入驱动气门的摇臂内,完成低角度凸轮向高角度凸轮驱动方式的转变,而高、低两种凸轮又能让气门向下开启的深度发生改变,开启时间得以延长,从而实现了进气、排气时间延长的效果,这也是英文名称里那个“Timing”的由来,所以这个时间是通过气门开启的深度和返回所需要的时间长度实现的,而非如普通VVT系统那样通过转动延迟实现的,这里可以画重点了,不要搞混,本田在1989年4月发布DOHC VTEC系统时(项目负责人为松泽健一先生),并没有可变气门正时系统,只有到了十年后的2000年10月发布i-VTEC时才在凸轮轴驱动齿轮端装上VTC系统。

针对于赛车,图中右侧的摇臂体演化出一种名为“VTEC KILLER”的装置用以取消VTEC机构,常见于赛车引擎。

大致上介绍了一下VTEC系统的原理,相信有点汽车结构原理构造基础的读者都不难理解,其实最核心的科技点在驱动气门的摇臂上,而设计难度则在凸轮的高度和活塞顶设计的配合上,气门伸得约进去气缸、就越容易接触到活塞、尤其是本田最爱用的高压缩比凸顶活塞设计,所以要保证气门插得最深时不能跟凸顶活塞发生干涉,但又不能为了避开气门而采用平顶或者凹陷的活塞而令压缩比降低,这些都是要花费很长时间去研发和积累经验的。第一款装备VTEC系统的量产版引擎是B16A,而B16A机器后续发展出来的B系列引擎及H系列引擎均起源自我们之前介绍过ZC DOHC引擎(如果感兴趣的读者可以关注我们的微信公众号,键入“ZC”回看),要知道任何事物都不是凭空而来的,包括堪称一代神机的B16A也如此,其缸体结构与ZC相仿,缸盖的燃烧室、凸轮轴摆放等均有借鉴ZC。

前文提到过VTEC技术经历了七个发展阶段,下面我们就来逐个介绍吧。

DOHC VTEC阶段:

1989年4月19日,本田发布了第二代Integra型格,除了已经服役多时的ZC引擎外,还在代号DA6的XSi和RSi车型上发布了全新的B16A引擎,这就是VTEC技术的首次公开露面。而紧接着DA6的车型,还包括了思域SiR(EF9)和CR-X SiR(EF8),三者的引擎完全一样,均为160匹设定。到了1990年,NSX上的C30A是第二款使用DOHC VTEC技术的引擎。这时的DOHC VTEC技术上的亮点前面原理介绍部分已经介绍过,它的凸轮轴上只有高低两个角度的凸轮,而且进排气凸轮轴上均配有VTEC机构,这就是最早的VTEC形态了。

图:B16A引擎是首款量产的带有VTEC技术的引擎,最初版只有160匹,后发展出B17A、B16B、B18C、B20B等多个变种,当中有些型号是没有VTEC的,例如B20B、B18A、B18B等。

图:这台便是B16A暨VTEC技术的首装车,Integra型格的XSi,车架代号DA6,手动档160匹/7600转、自动档150匹/7100转。

图:图中(B18C-R)左下方那一堆就是:凸轮轴、VTEC摇臂、VTEC油路管、气门弹簧及气门。

SOHC VTEC阶段:

如果说DOHC VTEC是一种只追求高转大马力的设计思路的话,那么其商业属性只适合那种小众的高性能车型使用,因为他们的驾控更狂野,也更容易体会到高角度凸轮轴时、进气填充效率带来的快感。但不是所有驾驶者都认为这种高性能是好用的,所以在1991年9月10推出第五代思域时,发布了一种只有进气侧气门控制有VTEC系统的SOHC VTEC,而这台引擎就是D15B,也就是从这个时候开始,坊间可以将DOHC VTEC的B16A引擎称为“大TEC”、而使用D15B SOHC VTEC系统的引擎称为“细TEC”。但从技术层面上看,SOHC VTEC只是DOHC VTEC的减半版、即进气有、排气无的减配版而已。

图:D15B引擎是首款使用简化版VTEC技术的引擎,只有保留进气侧VTEC机构,进排气门之间的夹角更小、燃烧室为楔形,火花塞也不在燃烧室顶部正中间。

图:这个是D15B引擎的SOHC VTEC盘头,上方的四对气门是排气,通过摇臂直接顶开;下面的是VTEC机构控制的进气门组。

图:四门版代号EG8、三门版代号EG4,他们的车名都叫Civic VTi,采用相同的SOHC VTEC引擎,也就是D15B,最大马力130匹/6800转、扭力14.1公斤米。坊间将SiR(EG6/9)称之为“大TEC”、VTi称之为“细TEC”。

VTEC-E

在VTEC后加了个E,其含义是Economy,直截了当的理解是通过原本追求高性能的VTEC思路去追求一下燃油经济性,注意,是燃油经济性,当年的思路跟今天环保排放的思路略有不同,当时许多发动机是通过减少燃油消耗而追求环保的,而今天则是通过汽油的燃烧效率、热效率等手段实现环保排放的,两者在实际操作上略有不同。应该客观地说,VTEC-E不是DOHC VTEC的阉割版,反而因为要实现根据工况不同、空燃比不同、稀薄燃烧效果不同而令进气门的关闭、半开、全开的状态,所以VTEC-E对于气门开启的控制更为复杂,同时也需要引擎管理系统、燃油喷注系统的配合方可实现,所以,即便你仍认为VTEC-E是低端技术,那么我也可以很负责任地说,它属于高科技的“低端技术”。VTEC-E技术并没有像DOHC VTEC、VTEC(SOHC VTEC的标识)和i-VTEC那样被雕刻在气门室盖上,但这个由宫野英世先生主导的省油技术思路一直应用至后来第一第二代飞度上的L13A及L15A引擎上,唯一不同的,L系列引擎不产生稀薄燃烧效果。

VTEC-E发布于1991年7月,首次搭载车型是思域ETi(EG4)上的D15B引擎。

图:第五代思域ETi(EG4/8)车型上搭载的D15B引擎就是首台使用VTEC-E技术的车型,最大马力94匹/5500转、扭力13.4公斤米/4500转。但其实VTEC-E并非一种技术而是一种理念,所以这种理念性的技术能一直被使用和贯穿到其他引擎的设计图纸上。

3-Stage VTEC阶段:

“3段式VTEC”首次出现于1995年9月4日推出的第六代思域上,如果要用一句话来总结这个技术的概况,那就是:SOHC VTEC与VTEC-E技术的综合体。

通过下图可见,此机构每缸段的凸轮轴上共有3个不同正时和升程形状的凸轮,留意他们的外观的分别——处于中间的凸轮(快正时,高扬程), 如图所示,是最大的; 右手边的凸轮(慢正时,中等扬程)大小处于中间 ; 左手边的凸轮(慢正时,低扬程) 是最小的。

Stage 1(低速时):3个摇臂独立运动。所以控制左进气门的左摇臂受慢速凸轮驱动,控制右侧进气门的右摇臂受中速凸轮驱动。两个凸轮的正时相对于中间凸轮来说都处于慢速状态。当然,中间凸轮并没有控制任何气门。

Stage 2(中速时):液压将左右两个摇臂连成一体,但中间摇臂继续独立运动,不能控制任何气门。由于右凸轮比左凸轮大,那么连起来的摇臂实际上是受右凸轮驱动。结果,两个进气门都获得低速正时和中等行程。

Stage 3(高速时):液压将3个摇臂连在一起。由于中间凸轮是最大的,那么两个进气门都是受中间凸轮所控制的。两个进气门都处于高速正时和大行程工况。

图:这台是3段式VTEC技术的首装车,1995年的Civic Ferio Vi(EK3),它将SOHC VTEC及VTEC-E技术融为一体后,解决了VTEC-E动力性能不足的问题,其最大马力有130匹/7000转、最大扭力14.2公斤米/5300转。

i-VTEC阶段:

如果说VTEC技术是本田引擎技术发展历史上一个里程碑的话,那么i-VTEC就是VTEC发展的一块小里程碑。其首次出现于2000年10月26日发布的K20A引擎,而此次本田的发布是单独发布了引擎而没有用车来配合,其重要性不言而喻,后到了2001年7月2日才正式发布装备K20A引擎Integra Type R(DC5)。

i-VTEC中的“i”意思是在完整的VTEC名称前加了个“intelligent”,公关稿上的表述是高智能,但从机械层面理解,就是在凸轮轴前端的驱动齿轮部位加入了VTC机构,即可变气门正时控制系统,其作用就是通过在凸轮转动时,通过电脑给出的信号让伺服机构为凸轮轴提供提前或延后的相位差,从而实现最佳的气门打开及关闭时机,这样的控制系统并不新鲜,因为早在其他车厂的引擎中见到,而本田算是很晚才应用的一家,迟到比没到好,i-VTEC推出后便几乎将同厂的其他系列引擎全部清洗掉,例如B、F、H三大系列四缸机全部终止,2003年11月拥有i-VTEC机构的J系列V6取代C系列;2005年9月,拥有简化版i-VTEC的R系列引擎接管1.8~2.0L这个级别、2007年10月开始进驻主打1.5L以下级别的L系列引擎。

图:首先被发布的i-VTEC是这款高性能的K20A红盖引擎,因为至在进气侧凸轮有VTEC机构的低配版K24A要到2002年才面世。

图:这是美规高性能引擎K20Z3(200匹红字偈)的缸盖,整个i-VTEC机构的摇臂和VTC都可见。

图:K20A红盖引擎的首装车是2001年发布的Integra Type R,最大马力220匹,关于此车历史可以关注我们的公众号,键入“型格”即可回看。

AVTEC阶段:

全名为Advance VTEC技术发布于2006年,而前一年的2005年已经拿到了专利,但很奇怪地,这个技术除了安装在2008年雅阁上作测试外,到了2020年的今天依然没见到本田拿出来量产,真实迷一样存在的高科技!

AVTEC系统中,过去复杂的气门摇臂结构被大幅简化,在新系统中,摇臂的功能已经变得相对单一,摇臂内部也没有了任何的栓塞装置。如下图所表示的,本田的工程师将原本复杂的摇臂机构放弃掉,将可变的部分直接制作成一个类似于凸轮轴套的机构包裹着凸轮轴,包括机构是可以独立于凸轮轴进行转动的,通过一个简单的、厚度不相等的滑块实现不同转速下与不同高度的凸轮接合,并将滑块的厚度变化直接传递给摇臂,从而实现了气门的升程变化。

可见就是通过这块厚度不同的滑块的移动、实现气门升程的连续性变化而不是突兀地分段。

2008年在雅阁Euro-R上试装了不知何编号的AVTEC引擎作测试,但至今仍未投产。

VTEC Turbo阶段:

这个阶段就很好解释了,随着各国环保条例的日渐收紧、车子越造越重,四冲程自然吸气引擎的动力输出已经接近极限等等诸多客观因素使然下,能燃烧等更干净、能产生更大动力的涡轮技术在2010年后的量产新车中普及,而本田这个潜心于自吸引擎的厂家也未能避免,于是在2013年发布了他们全新的、基于VTEC控制技术的VTEC Turbo技术,并在2015年的K系列、2016年的L系列和P系列等三大引擎体系中得以量产应用。

如果要用最简单的话语描述这个阶段技术的概况,那就是将可变气门升程搬到排气侧凸轮轴上使用、作为涡轮增压器的控制机构之一,让涡轮获得更为线性的动力输出表现,而进气侧的气门控制,因为有了涡轮增压的强制进气已经不存在“不够吃”的情况,加上缸内直喷技术在燃油喷注精准度上的辅助,进气侧有无VTEC其实已经不那么重要。而将VTEC机构作为涡轮增压器的控制机构来使用,从思路上不得不再次佩服本田的工程师,因为它的“影响力”已经跃出了引擎本体。

图:搭载在九代半思域Type R(FK2)上的K20C1引擎是首款应用VTEC Turbo技术的量产型引擎。最大马力306匹/6500转,40.8公斤米扭力;其降性能版K20C3使用在国产冠道/UR-V上,K20C4则交给美规第十代雅阁2.0T上使用。

图:国产思域等则使用L15B8引擎只有VTC可变气门正时系统而不带VTEC,可视为VTEC Turbo技术的简化版。但这颗引擎目前依然有些问题需要解决,例如引擎管理依然未能很好地适应天气环境,导致寒冷区域使用会出现汽油混入机油的状况,而热带地区则出现过热现象,如何降温是头号大事。

当然了,既然VTEC是本田的看家技术,那么,它的应用场景绝不仅仅只有本文主要介绍过的汽车引擎,在本田的另两大产品系列中:摩托车引擎及舷外机领域都应用过VTEC,在此就不扩充了。至于VTEC日后还会有什么发展这样的问题,我们只是车迷,不是员工,还是引颈以盼吧。

责任编辑: 鲁达

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