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法文箱子官网:一文带你读懂本田VTEC的前世今生

更新时间:2019-05-15 19:52 点击数:

“买发动机送车”,这句坊间传言可以说是对本田发动机技术最好的赞誉,一代神机-K20A更是无数汽车爱好者的向往,其配合VTEC发出的迷人音浪可以瞬间让人达到“高潮”。作为本田K20A的重要技术之一,VTEC一直是本田的独家秘笈,广泛被应用于本田旗下的系列发动机产品中,甚至VTEC这四个英文字母几乎成了本田发动机技术的代名词。

一文带你读懂本田VTEC的前世今生

本田VTEC系统的全名是“VariableValve Timing and Lift Electronic Control”,中文翻译为“可变气门相位及升程控制系统”,可以说是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程两种不同情况的气门控制系统,VTEC的发明者叫松泽健一,最早出现在1989年,在本田Integra XSi车型上首次量产。

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本田VTEC可以分成两大类:DOHC(双顶置凸轮轴)VTEC和SOHC(单顶置凸轮轴)VTEC。

当时本田Integra XSi采用的应用VTEC技术的发动机为B16A,VTEC技术就是DOHC VTEC。后来本田看到了VTEC技术的商业价值,又继续推出了SOHC VTEC等系列技术方案。

DOHC VTEC结构原理

与普通凸轮轴不同,双顶凸轮轴中,VTEC在一个凸轮轴上采用了两种不同的凸轮轴。原有控制两个气门的一对凸轮(主凸轮和次凸轮)和一对摇臂(主摇臂和次摇臂)外,还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂(中间摇臂)。通过位于气门摇臂上的同步卡销来实现通过不同的凸轮控制气门开闭从而实现了气门升程和正时的调节。

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SOHC VTEC结构原理

单顶置凸轮轴中,改用摇臂来传递凸轮轴控制,通过摇臂轴控制油路流向,推动插销,将三个摇臂运动绑定或者拆开,来控制气门的开合高度。

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结构上的区别,体现在发动机表现上就是,DOHCVTEC更注重发动机的性能表现,而SOHC VTEC则更注重发动机的燃油经济性。因为,本田的R系发动机,比如R18、R20,都采用单顶置凸轮轴,而本田的K系发动机,比如K20、K24,都采用双顶置凸轮轴。

DOHC VTEC的发展

DOHCVTEC最早采用“二阶设计”,即包含低速和高速凸轮轴,于1989推出,最早搭载于B16A自然吸气发动机上,起初,VTEC只能改变气门升程。

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2000年,随着技术的进步,本田为进气门凸轮轴添加了凸轮相位器,由此,进气门可以实现气门正时连续可变,本田称之为DOHC i-VTEC,并率先搭载于2001年投放市场的K系列发动机之上,首款发动机为K20A。相比VTEC技术,i-VTEC加入进气门可变正时系统后,ECU能够根据发动机工况实时调节进气门的配气相位,提升了发动机中低速的扭矩输出。

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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。

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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/2.0L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。

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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”。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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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