“购买发动机送货车”的传闻可以说是对本田发动机技术的最佳赞誉。据传闻,新一代神器-K20A在众多汽车爱好者的憧憬下,配合VTEC迷人的音浪,瞬间就能达到“高潮”。本田K20A的重要技术之一VTEC作为本田的独家秘方被广泛应用于本田旗下的发动机产品系列中,甚至VTEC这四个字成为本田发动机技术的代名词。
本田VTEC系统全称是“variable Valve Timing and Lift Electronic Control”,中文翻译为“可变阀门相位和升降控制系统”,可以说是世界上第一个同时控制阀门开启时间和升降机的系统。
本田VTEC可分为两大类:DOHC(双顶凸轮轴)VTEC和SOHC(单顶凸轮轴)VTEC。
当时本田Integra XSi采用的应用VTEC技术的引擎是B16A,VTEC技术是DOHC VTEC。此后,本田看到VTEC技术的商业价值,继续推出SOHC VTEC等一系列技术方案。
DOHC VTEC结构原理
与一般凸轮轴不同,在双顶部凸轮轴上,VTEC在一个凸轮轴上使用两个不同的凸轮轴。除了控制两个阀门的一对凸轮(主凸轮和副凸轮)和一对摆臂(主摆臂和副摆臂)外,还添加了更高的中间凸轮和相应的摆臂(中摆臂)。通过位于阀门摇臂上的同步卡销,可以通过不同的凸轮控制阀门开闭,从而控制阀门升降和定时。
SOHC VTEC结构原理
在单顶凸轮轴上,使用摆臂传递凸轮轴控制,通过摆臂轴控制油流量,推动闩锁,绑定或拆卸三个摆臂运动,控制阀门的开合高度。
结构上的差异是:DOHCVTEC更关注发动机的性能,SOHC VTEC更关注发动机的燃料经济性。因为本田的R系发动机(例如R18、R20)都使用单顶凸轮轴,本田的K系发动机(例如K20、K24)都使用双顶凸轮轴。
DOHC VTEC的开发
DOHCVTEC率先引入了包括低速和高速凸轮轴在内的“二次设计”,于1989年推出,首次安装在B16A自然吸气发动机上,最初VTEC只能更改阀门升降机。
2000年,随着技术的发展,本田在进气阀凸轮轴上增加了凸轮相位器,使进气阀能够持续变化。本田被称为DOHC i-VTEC,最早安装在2001年上市的K系列引擎之上。第一个引擎是K20A。与VTEC技术相比,i-VTEC添加进气阀可变定时系统可以使ECU根据发动机条件实时调节进气阀的排气相位,从而提高发动机低速扭矩输出。
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四缸Earth Dreams系列发动机是都采用DOHC,尽管本田将它们都标记为“i-VTEC”,但地球梦DOHCi-VTEC有两个主版本:
1.5L和2.0L发动机,带有电控VTC(可变气门正时),VTEC用于切换阿特金森循环模式和正常模式。可以说,在1.5L和2.0L发动机上的i-VTEC更注重发动机的燃油经济性。
下图即为1.5L(L15B2)气缸盖拆解图片,可以清楚看到其进气凸轮轴为每个气缸配置了三个凸轮轴,其中两个为凸轮为低升程凸轮,一个凸轮为高升程凸轮。
2.4L发动机(K24),同时含有VTC和VTEC,都只应用于进气门。但在2.4L发动机与上述1.5L发动机不同的是,i-VTEC真正赋予了发动机“低速”和“高速”输出模式,因此,此版本的i-VTEC更加注重发动机的动力性能,毕竟匹配车型的定位决定了发动机的定位。
除此以外,本田工程师们还在开发由电磁阀控制的气门,希望可以摆脱机械凸轮轴的束缚,而不仅仅满足于两级可调的气门升程,而是希望通过电机驱动,从而产生无穷多的变化方式,让气门升程和正时都可以连续可调,本田称这个版本为AVTEC。但当前由于造价、可靠性、噪声等诸多因素,该技术目前还停留在实验阶段。
SOHC VTEC的发展
虽然VTEC最初只为了性能表现,专属于DOHC发动机,但本田很快将它应用于SOHC发动机,这种发动机常见于经济车型,因此SOHC VTEC的设定更注重于发动机的燃油经济性。
事实上在发展了20多年后,如今SOHCVTEC的进展已经超越DOHC VTEC,开发出不同用途的多种版本。
由于封装的限制,SOHC VTEC最早只能调节进气门升程,本田通常只在气门罩上标记“VTEC”。
1991年,本田推出SOHCVTEC-E,可是实现一个气门关闭。采用该技术,发动机在低转速区,每个气缸关闭一个进气门,此时引擎运行3V模式(一个进气门,2个排气门),当需要时,VTEC会激活那个进气门,引擎进入4V模式。通过气缸关闭一个进气门,可以实现稀薄燃烧,得到更好的燃油经济性。
到了1995年,初代SOHC VTEC与VTEC-E合并,这就是所谓的三阶VTEC,可以实现三种不同的气门开启状态。即:一阶:3V模式;二阶:4V模式+低速凸轮;三阶:激活VTEC电磁阀(高速凸轮)
最初的三阶VTEC引擎只有进气门有VTEC。本田随后设计了一个新版SOHCVTEC,允许调节进气门和排气门。这样的VTEC应用于高端J系V6引擎,比如J37A4。
本田带闭缸技术的V6引擎,称之为VCM(可变气缸管理系统),同时也配备了VTEC。本田和讴歌的几乎所有V6引擎都有这项技术。VCM可在不需要最大扭矩输出时关闭若干气缸。类似SOHC VTEC的插销运动,VCM通过脱开插销从而令摇臂不再跟随凸轮轴一同运动,气门则进入关闭状态。VCM不仅能有效阻止油气混合物进入已关闭的气缸,同时也能降低发动机低负荷时的泵气及摩擦损失。
带VTEC的VCM技术跟传统的VTEC没有任何关系。在VCMV6发动机上,通过VTEC关闭两个或者三个气缸,发动机可以运行6缸、4缸以及3缸模式。因此VCM V6发动机上的VTEC只是一种闭缸技术,它不能调整气门升程。
在本田的语言体系中,也称带VTEC的VCM技术为i-VTEC,但请不要把它和之前的DOHCi-VTEC搞混了,完全是两码事。
新款Earth Dreams V6J35Y系,带有有VCM,尽管它依然标记为i-VTEC,实际上它是之前提到的三阶VTEC:一阶:3缸模式;二阶:V6模式+低速凸轮;二阶:V6模式+VTEC高速凸轮。换句话说,新款Earth Dreams i-VTEC V6引擎拥有闭缸技术+性能导向的VTEC功能。
在本田R系SOHC四缸机中,采用完全不同类型的i-VTEC,因为没有凸轮相位器,因此无法实现连续可变气门正时,并且也没有闭缸技术。
该版本i-VTEC的操控逻辑与传统的VTEC迥异,且是背道而驰的。它的操作有点像上文提到的Earth Dreams DOHC i-VTEC引擎,只是用了SOHC的形式。
这套系统在低负荷巡航时,VTEC会介入,通过特殊的低速凸轮,让进气门在气缸压缩的部分行程中保持开启,为随后的燃烧行程调整适当的进气量。因此节气门可以完全打开,以减少泵气损失。在其他工况下(中/高负荷,高转速等),切换正常的凸轮——类似传统VTEC的低速凸轮。
总结
上文描述了本田VTEC气门技术的多种版本,咋一看可能有些许凌乱,下面整理如下:
DOHCVTEC版本
1、DOHC VTEC(二阶)
2、DOHC i-VTEC(带可变气门正时)
3、地球梦i-VTEC (阿特金森循环)
4、地球梦i-VTEC (只针对进气门)
5、AVTEC (在研中)
SOHCVTEC版本
1、SOHC VTEC (只针对进气门)
2、VTEC-E (关闭一个气门,可在3V和4V模式间切换)
3、三阶VTEC(SOHC VTEC +VTEC-E)
4、V6 VTEC (进排气门都配备VTEC)
5、i-VTEC(VCM V6,没有真正的VTEC功能,只有闭缸技术)
6、i-VTEC (Earth DreamsV6,三阶VTEC)
7、R系i-VTEC (VTEC 在低转速区介入)
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