1.VTEC
最貴的東西不一定是最賺錢的,最賺錢的東西不一定是最好的。很容易就能在汽車行業內找到這一句話的例證,大傢都說日系車廠精明,是因為他們都把最好的東西用在刀刃上。要論到最頂尖的發動機技術、最強勁的動力輸出,在超級跑車的圈子裡面似乎不多見日系車的身影。但要論到年產量的大小,似乎排在前幾名都是我們熟識的日系廠商標。他們把最好的資源都投入到研發更能兼顧動力和油耗的機型,以更適應消費者需求的產品來爭奪市場。日系品牌眾多發動機在國內有著相當可觀的保有量,而要數最經典的4款莫過於本田i-VTEC系列、豐田VVT-i系列、日產VQ系列和三菱的4G系列發動機。下文我們先對本田的i-VTEC系列發動機作深入研究。
i-VTEC技術不單隻是本田的看傢本領,更是各大廠傢大同小異的CVVT可變氣門正時技術的鼻祖。自新一代飛度1.3L車型棄用i-DSI引擎轉投i-VTEC陣型後,本田正式對其在國內的所有車型普及i-VTEC發動機。小至1.3L的低排量,大到2.4L排量,無論是兩廂小車還是MPV或者SUV,隻要掛的是本田商標,打開引擎蓋便能看到那銀色的一串英文字母。到底這簡單的5個英文字母背後到底包含瞭什麼獨到技術呢?
工作原理
在中低轉速時,發動機需要的混合氣量並不高,以保持轉速的穩定以及減少燃油消耗和污染物排放。但到達高轉速時便需要更大的進氣量來滿足高動力輸出的需求,而發動機進氣門的相位(開閉的時機)和升程(開度的大小)便是決定汽缸進氣量的最直接因素。普通的發動機在制造出來後,配氣相位和氣門升程就固定不變瞭,無法適應不同轉速下發動機對進排氣的需求。因此,人們希望能夠有這樣一種發動機,其凸輪型線(凸輪的輪廓曲線)能夠適應任何轉速,不論在高速還是低速都能得到最佳的配氣相位。於是,可變配氣相位控制機構應運而生。本田公司在1989年推出瞭自行研制的可變氣門正時和氣門升程電子控制系統,英文全Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System,縮寫就是VTEC,是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程等兩種不同情況的氣門控制系統。
與很多普通發動機一樣,VTEC發動機每缸有4氣門(2進2排)、凸輪軸和搖臂等,但與普通發動機不同的是凸輪與搖臂的數目及控制方法。中、低轉速用小角度凸輪,在中低轉速下兩氣門的配氣相位和升程不同,此時一個氣門升程很小,幾乎不參與進氣過程,進氣通道基本上相當於單進氣門發動機。而在高轉速時,通過VTEC電磁閥控制液壓油的走向,使得兩進氣搖臂連成一體並由開啟時間最長、升程最大的進氣凸輪來驅動氣門,此時兩進氣門按照大凸輪的輪廓同步進行。與低速運行相比,大大增加瞭進氣流通面積和開啟持續時間,從而提高瞭發動機高速時的動力性。這兩種完全不同性能表現的輸出曲線,本田的工程師使它們在同一個發動機上實現瞭。
i-VTEC=VTEC+VTC
但是VTEC系統對於配氣相位的改變仍然是階段性的,也就是說其改變配氣相位隻是在某一轉速下的跳躍,而不是在一段轉速范圍內連續可變。為瞭改善VTEC系統的性能,本田不斷進行創新,推出瞭i-VTEC系統。增加瞭一個稱為VTC(Variable timing control可變正時控制)的裝置mdash;mdash;一組進氣門凸輪軸正時可變控制機構,即i-VTEC=VTEC+VTC。此時,進氣閥門的正時與開啟的重疊時間是可變的,由VTC控制,VTC機構的導入使發動機在大范圍轉速內都能有合適的配氣相位,這在很大程度上提高瞭發動機的性能。
不過值得車友們註意的是,雖然發動機上同樣打著光亮的i-VTEC標志,但東風本田思域的R18A1發動機的i-VTEC卻有著另一層深意。上文的i-VTEC機構的作動目的在提高馬力輸出,但這顆R18A1引擎i-VTEC機構的作用是省油。
上文VTEC切換至高角度凸輪的時機,是在引擎達到4800轉以上、水溫高於60度,並在進氣歧管內的負壓指數符合原廠設定值後,便會開啟VTEC電磁閥,將油壓導入搖臂內以推動自由活塞,使高角度凸輪開始介入,延長進氣門關閉時間,提高引擎於高轉速時的進氣量。
在R18A1引擎上的VTEC作動時機,是設定在1000~3500rpm之間的任一轉速域內,皆有介入的可能性,且超過此范圍外不論轉速多高VTEC機構皆不會再作動,如此聽來是不是與我們上文所述的VTEC作動時機大不相同呢?且為何提早切換至高角度凸輪,可獲得節省油耗的目的呢?關鍵在於進氣阻力的控制。
一般汽油引擎在高速巡航低負載時,因速度不需再提高,駕駛者隻會輕踩油門以保持同樣速度,節氣門開啟角度相對縮小(也就是說高速巡航是節氣門的開度很小),減緩新鮮空氣吸入量,但此時引擎內的吸氣阻力,卻會因節氣門開度小而增加,並提高活塞於進氣行程時的向下阻力,相對消耗部分活塞爆炸時的推力,進而降低引擎輸出功率,就像吸管變小,需用更多的吸力飲料才能吸到嘴裡的道理是相同的。此時如果能將節氣門開度變大,就能減緩活塞吸氣阻力進而提高效率,使引擎輸出功率全部用在傳動系統上,而不會在運轉時便已消耗掉一部分,進而提升高速巡航時的燃費經濟性。
R18A1發動機的i-VTEC系統就是針對該種情況,在車輛低轉速高車速巡航的時候讓高角度凸輪軸介入,通過加大氣門開度來減少進氣阻力。文章開頭提到的i-VTEC系統能夠在引擎高轉速時提供爆發的動力,而這款R18A1發動機的i-VTEC系統則反其道而行在低轉速時介入達到節油的效果。
除瞭巧妙地反其道而行外,思域身上的R18A1引擎上還有著多種針對油耗的技術,如活塞機油冷卻噴嘴與可變長度進氣歧管等,這裡便不作詳述瞭。
結語:
歸根到底,本田的i-VTEC技術就是讓本來一成不變的進排氣門改為能夠根據發動機及車輛工況來調節,這種改變的好處是可想而知的,就像變速箱由隻有一個擋位升級到有多個擋位一樣。
但是i-VTEC也有一些明顯的缺點,例如發動機噪音在氣門全開時噪音過大,雖然有人認為這種明顯的VTEC聲非常吸引,但是畢竟也會對行駛舒適性造成一定影響。特別是長期運轉在高角度凸輪軸的狀態下油耗會明顯的增高,例如國內沒有引進的高性能版的K20A發動機,雖然排量僅僅是2.0升,但其在進排氣兩側均有i-VTEC控制的多角度凸輪軸可變換,導致在全速發力時的油耗已經接近2.5~3.0排量的發動機。此外,i-VTEC系統需要復雜的ECU控制單元來配合,而且對運作部件的加工質量要求高,所以需要廠傢在質量保證方面下更多的功夫。
在這一個思路下,很多汽車廠傢都研發出類似的可變氣門技術,來應對油耗和動力這一對矛盾。