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浅谈本田i-VTEC发动机技术

浅谈本田i-VTEC发动机技术
引言：
普通的发动机在制造出来后，配气相位和气门升程就固定不变了，无法适应不同转速下发动机对进排气的需求。因此，传统的发动机设计人员在考虑凸轮轴型线时都采用折中方案，既要照顾高速也要考虑低速。但是这种综合考虑的设计方案在某种程度上限制了发动机的性能，已远远不能满足现在车用发动机的要求。因此，人们希望能够有这样一种发动机，其凸轮型线能够适应任何转速，不论在高速还是低速都能得到最佳的配气相位。于是，可变配气相位控制机构应运而生。在可变配气相位控制机构中比较有代表性的便是本田公司的i-VTEC系统。
目录
一        、VTEV系统介绍………………………………………   第1页
二、i-VTEC系统介绍………………………………………  第4页
三、新一代i-VTEC发动机………………………………    第5页
四、VVT—i与i—VTEC比较……………………………     第6页
五、美规本田i-VTEC应用情况……………………………  第6页
六、总结……………………………………………………  第7页
七、参考文献………………………………………………  第7页

一        、VTEV系统介绍
在谈i-VTEC前我们必须先了解VTEC系统
　 本田汽车公司在1989年推出了自行研制的“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”，英文全称“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System”，缩写就是“VTEC”，是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。与普通发动机相比，VIEC发动机同样是每缸4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法"
　　一般汽车发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动，而VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的自动操纵，进行自动转换。  
　　采用VTEC系统，保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发动机无论在何速率运转都达到动力性、经济性与低排放的统一和极佳状态。  
下面将给大家详细介绍一下本田的VTEC发动机技术   
　　发动机的性能往往是各方面性能的集中表现。好的发动机的设计应该是在低速时可以发出强劲的扭矩，在高速时可以发出强大的功率。发动机某些部件的设计将会影响发动机工作的状况，比如压缩比、气门的数目、进气歧管调整机构和排气管的体积和长度等，但是这些都没有凸轮轴的设计对发动机性能的影响大。 `  
　　凸轮轴，在它上面有许多蛋状圆形突出的部分，它的作用就是在适当的时候开启和关闭发动机气缸的阀门。凸轮轴看起来并不是一个很特别的东西，但是它却可以称的上是发动机的心脏，对凸轮轴的外廓形状和其初始转角的位置哪怕是微小的改变，都会使发动机的运转将会出现完全不同的另一种状况。   
　　在决定凸轮轴的设计之前，工程师必需知道什么样的车采用什么样的发动机。很显然，为牵引机车设计的发动机需要在低速时能够发出大的扭矩，为运动型跑车设计的发动机需要在高速时有更大的功率输出。变速比、传动装置和车重都是我们在选择一个凸轮轴所必需考虑的因素。不正确的使用凸轮轴，不仅会使汽车性能变差，加速无力，行动迟缓，而且还很耗油，任何人驾驶这种车都将是一件痛苦的事情，正确的设计和使用凸轮轴，驾驶对我们来说就会是一件愉快的事情了。  
　　很难想象，一根看似结构简单的凸轮轴就可以在低速时让发动机发出大扭矩，在高速时可以让发动机发出高的功率。也有些厂家利用可变凸轮定时机构来使发动机达到这种性能。为了在低转速使时可以得到较大的转矩，此时的凸轮转角相对于机轴会有一个相对提前的角度，这样气门就会比正常情况下提前一段时间关闭，增大气缸的压力，从而达到增加转矩的目的。而在高速时，凸轮轴就会相对于机轴有一个时间延迟，气门比正常情况延迟一段时间关闭，可以增加发动机的效率，从而达到增加功率的目的。可变凸轮正时机构可以解决这个问题，但是本田已经跨越了这一步，并找到了一个更好的办法。  
　　本田对这种高性能发动机的解决方法就是采用了一种叫做VTEC的技术。VTEC发动机是每缸4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。通过计算机控制的气门正时和气门升程系统，可以大大提高发动机的燃烧效率和性能。本田公司在它的几乎所有的车型当中都使用了VTEC技术，从高性能跑车S2000到混和动力汽车INSIGHT，都采用了VTEC技术。在国内生产的98款雅阁轿车中的2.0、2.3、3.0三款发动机也均采用了VTEC技术，与同排量的发动机相比，性能都有所提高。   
　　VTEC的设计就好像采用了两根不同的凸轮轴似的，一根用于低转速，一根用于高转速，但是VTEC发动机的不同之处就在于将这样两种不同的凸轮轴设计在了一根凸轮轴上。  
　　本田发动机进气凸轮轴中，除了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），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。   
　　发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。
　　发动机达到某一个设定的高转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长，升程也增大了。  
　　当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。  
　　整个VTEC系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。   
　　本田的VTEC发动机技术已经推出了十几年了，事实也证明这种设计是可靠的。它可以提高发动机在各种转速下的性能，无论是低速下的燃油经济性和运转平顺性还是高速下的加速性。可以说，在电子控制阀门机构代替传统的凸轮机构之前，本田的VTEC技术在当时可以说是一种很好的方法。  
内燃机的作用是把燃料的化学能转化成机械动能，其基本原理是可燃混合气在汽缸内燃烧，产生的高压推动活塞旋转曲轴，输出扭力。扭力与转速结合，就是发动机的功率。在发动机的工作过程中，大约只有30%的原始能量做了有用功，因此，最大限度地提高发动机的工作效率成为人们长期的奋斗目标。
按照物理学定律，要产生更强的动力，发动机就要消耗更多的燃料。显而易见，增加燃油燃烧的方法之一是加大发动机尺寸，因为大排量的汽缸相比小型发动机能燃烧更多的燃油；另一种方法是把可燃混合气进行预压缩，这样在固有的发动机内也能填入更多的燃料。
与上述方法不同，本田在发动机技术上采用了另一条道路：即保留发动机尺寸不变，加快燃油的燃烧速度。也许用下面的例子更能说明问题：用杯子把爆米花从甲地运送到乙地，你可以加大杯子的尺寸，也可以压紧杯中之物以加大每次的运送量，或者也可以简单地加快运送的速度，最终的结果是一样的。
随着发动机转速的增加，其“吐呐”的混合气量相应增长，进排气门的开合需要更精密和更宽阔，否则的话，进气阻力将使发动机得不到足够的燃料。
如果只考虑高转速问题，本田不必发展VTEC技术，因为经常在高转速运行的赛车发动机并不需要类似VTEC的装置。但普通汽车就不同了，他们在街道上行驶时发动机经常处于中、低转速，此时气门如果还是大开度的话，将造成发动机工作粗暴和燃油消耗高等问题。
对此，本田的解决方案就是VTEC，它使发动机气门在高速时开度大，低速时适当降低，兼顾了低速平顺性和高速动力性。
发动机的扭矩与每次循环所烧的可燃混合气量直接相关，这意味着排量的增长通常会导致扭矩的增加。对于增压发动机来说，由于进气压力升高，实际排量要高于标称排量。不同于增大排量和采用增压的做法，本田VTEC系统利用优化发动机高转速时的进排气系统来达到提升功率的目的，因此，相对于上述提高功率的其他两种方法，VTEC发动机的排量最小，因此扭矩输出自然会比同功率的非VTEC发动机小。但这并不意味着VTEC发动机的功率“有水分”，事实上，本田用真实可靠的功率/重量比来评估车辆的加速性能。一般的误解是因为人们对功率，扭矩和加速性的辨证关系缺乏基本的了解，只看扭矩来确定车辆的加速性是没有什么意义的。因为扭矩在变成推力之前要通过变速器和主减速器放大，但最大功率是一成不变的，也就是说在同样的车上，功率更大的发动机将能提供更大的推力。
当然，扭矩曲线的形状还是很有意义的，起步加速时，理想的情况是车轮有片刻的打滑，然后再紧紧地抓住地面，而扭矩曲线的峰值出现较早并保持平稳能满足上述要求，这也是大排量的美式汽车在这方面有突出表现的原因反之，VTEC发动机有非常平滑的扭矩上升曲线，起步时轮胎鸣叫不太容易实现，同时这样的扭矩线要求加速换挡过程中良好地控制油离配合，才能保证驱动力的最佳释放，因此，相对于大排量发动机，VTEC发动机的冲刺能力相对弱一些。
采用VTEC系统可使发动机降低油耗，提高功率输出。当发动机低速运转时，由于主进气门和辅助进气门的开度不同，使燃烧室内产生涡流，从而提高燃烧效率，降低发动机油耗。发动机高速运转时，由于主、辅进气门的开度增大，使发动机的输出功率随之增大。
1.低速状态
主摇臂和次摇臂并未与中摇臂相连，但分别由两个凸轮在不同的时间与高度下驱动。次凸轮上升度很小，因此进气门只稍打开。虽然中摇臂正随着凸轮轴上的中央凸轮运动，但它在低速状态下对于气门开启无任何作用。
2.高速状态
高速时正时活塞由于油压作用而移动，因此，主、次、中3个摇臂就被两个同步活塞贯穿，3个摇臂就如同一个元件一样一起移动。在此状况下，所有的摇臂均由一个凸轮驱动，使气门开启和关闭，并改变气门正时使之适应发动机高速工况。
3.控制系统
此机构的控制系统随时监督发动机的运转工况，如负荷量、每分钟转速、车速等。这些信息会被传送到发动机控制中心(ECM)，由它决定何时应改变气门升程正时。
气门正时的改变条件为：
发动机转速：2300-3200r/min(依进气歧管压力而定)；
车速：10km/h或更快；
发动机冷却水温度：10℃或更高。
   VTEC系统对于配气相位的改变仍然是阶段性的，也就是说其改变配气相位只是在某一转速下的跳跃，而不是在一段转速范围内连续可变。为了改善VTEC系统的性能，本田不断进行创新，推出了i-VTEC系统。
二、i-VTEC系统介绍
简单地说，i-VTEC系统是在现有系统的基础上，添加一个称为“可变正时控制”VTC（Variable timing control），即一组进气门凸轮轴正时可变控制机构，通过ECU控制程序，控制进气门的开启关闭。它的原理是当发动机低转速时令每缸其中一只进气门关闭，让燃烧室内形成一道稀薄的混合气涡流，结集在火花塞周围点燃作功。发动机高转速时则在原有基础上提高进气门的开度及时间，以获取最大的充气量。VTC令气门重叠时间更加精确，达到最佳的进、排气门重叠时间，并将发动机功率提高20%。      
典型的VTC系统由VTC作动器、VTC油压控制阀、各种传感器以及ECU组成。VTC作动器、VTC油压控制阀可根据ECU的信号产生动作，使进气凸轮轴的相位连续变化。VTC令气门重叠时间更加精确，保证进、排气门最佳重叠时间，可将发动机功率提高20%。
VTC机构的导入，使得气门的配气相位能够“智能化地”适应发动机负荷的改变。VTC在发动机运转过程中配合VTEC系统的作用主要运用在三个方面。
1、最佳怠速/稀薄燃烧区域：
在此区域内，VTC系统停止作用，此时气门重叠角最小，由于VTEC的作用，产生强大的涡流，从而使发动机怠速工作稳定。

　　2、最佳油耗、排气控制区域
在此区域内，VTEC发挥作用，产生强大的涡流，从而使可燃混合气混合更加均匀，同时VTC的作用使气门重叠角加大，将部分废气重新吸入气缸，起到了EGR的作用，以此达到最佳油耗和排气控制。
3、最佳扭矩控制区域
在此区域内，通过VTC的控制，以最适当的气门重叠角，同时配合VTEC系统的作用，使得发动机的输出扭矩最大限度地提高。
另外，i-VTEC发动机采用进气歧管在前，排气歧管在后的布置。排气歧管缩短了长度，也就是缩短了与三元催化器之间的距离，使三元催化器更快进入适当的工作温度，能有效控制废气排放。由于发动机启动后i-VTEC系统就进入状态，不论低转速或者高转速VTC都在工作，也就消除了原来VTEC系统存在的缺陷。
综上所述，由于i-VTEC系统中VTC机构的导入，使得发动机的配气相位能够柔性地与发动机的负荷相匹配，在发动机的任何工况下，都能找到最佳的配气相位，以最佳的气门重叠角，实现中、低速时低油耗、低排放，高速时高功率、大扭矩，这就象按照人类大脑的要求那样进行控制，因此被形象地称之为“智能化”VTEC。
　　03款雅阁搭载的是本田公司全面面向二十一世纪而开发的i系列中的i-VTEC发动机，其目的是为了更好的提高发动机燃油效率、降低排放，同时又保证有足够的动力输出以满足驾驶乐趣的需要。
i-VTEC技术作为本田公司VTEC技术的升级技术，其不仅完全保留了VTEC技术的优点，而且加入了当今世界流行的智能化控制理念，在提高燃油效率，降低有害物排放方面堪称国际水平，这在环境日益恶化、能源日益枯竭的今天有着特殊的意义。
三、新一代i-VTEC发动机
i—VTEC，冲击市场的利器
东风本田推出的带i-VTEC系统可变进气歧管、线传油门以及电子节气门等科技的全新1.8L发动机，让我们一起来看一下吧。
一、新一代发动机的强化和轻量化
    相较于上一代的D17A，这次的1.8L i-VTEC在发动机的强化和轻量化上做了不少文章。
    在对发动机进行强化方面，本田采用了一系列的技术也达到预期目的，这其中包括：对汽缸壁进行精密搪缸研磨（plateau honing）；在活塞裙上采用了Molybdenum disulfide shot技术（也就是镀上二硫化钼来减少摩擦阻力）；在活塞油环上采用了Ion plating on piston ring技术，也就是用离子电镀的办法来减少摩擦阻力。这样，三管齐下的方法下，成功地减少了活塞及汽缸间的摩擦力达10%之多，提高了运转精度，油耗控制水平也较前代提升6%。同时，由于运用了piston oil jets技术，也就是利用油嘴从下往活塞底部喷射机油来润滑，有效地冷却活塞以避免气缸爆震。此外，较低的支架保证了更高的发动机框架刚度，铝制高强度曲轴、连杆、窄尺寸静音凸轮轴链、和其它创新共同时发动机变得更轻更紧凑。
     另外，在轻量化方面，由于采用了大量塑料制品，从而使得这颗引擎得以更轻量化。这其中包括像摇臂盖，进气歧管，正时链条导片等皆采用了强化塑料。同时，油底壳也改用铝合金打造。整体较上一代D17A轻5kg, 长度少了13mm。
     不过，单从动力表现来看，103kW/6300rpm，174Nm/4300rpm，以一颗1.8升的发动机来说，这样的最大功率输出和最大扭矩输出，其实也只能算是达到了“应有”的水平，所以，在油耗以及环保方面力争做得更好，这显然更是本田的追求。
二、i-VTEC技术的重点
    前面已经介绍，VTEC（Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System，可变汽门正时及升程电子控制系统）一直是本田引以为傲的发动机技术，也是目前最成功的可变气门机构代表之一。VTEC能够改变气门开关的扬程和开关时间的长短，对于发动机提高性能和获得更佳的油耗表现都有很大的帮助。不过，我们以前所熟知的i-VTEC一般采用的都是DOHC VTEC VTC的作动式，这其中，被称为“正时i”的智能控制就在于VTC（Variable Timing Control）系统，它能够不间断连续地控制凸轮轴差调节汽门开启的正时，再通过VTEC系统切换摇臂油压改变凸轮的相位角，造成高低转速汽门扬程的改变，以达到精确控制汽门正时与扬程的作用。但是，在我们今天所谈到的这款全新1.8L i-VTEC发动机却采用的是SOHC设计，只有一根凸轮轴，进排气凸轮如果全部安居在上面, 提前或延后是进排气一起，这显然对性能或油耗没有什么帮助，那么，它的这个“i”又体现在何处呢？
    这次这个“i”的关键之处就在于更好地解决“Pumping Losses”。
    先来说明什么是“Pumping Losses”吧。在以往的引擎设计中，当引擎处于低负荷状态时，节气门通常处于半关闭的状态以控制油汽进入引擎，但是节气门半关闭时，由于泵气的损失，会产生负压效应，这时，就要用更多的力气才能把活塞往下拉，从而导致引擎整体效率降低，油耗增加。这个阻碍就是所谓的“Pumping Losses”。当节气门开度越小，阻力越大, “Pumping Losses”也就越多。
    那么，这次的i-VTEC是如何减少“Pumping Losses”的呢？很显然，让引擎即使在油门半开，低负荷运转时也将节气门尽量全开, 也就是说使油门和节气门不同步，这也就是用到了VTEC在省油模式（也就是所谓油门半开节气门全开）的设计。在切换成省油模式的凸轮组时，由于这个省油模式专用的凸轮组其进气门开启时间以及扬程都比另一组凸轮来的大，那么在让进气门延时关闭后，同步活塞上行一段再推回一些新鲜的混和汽回歧管,，以此来达到降低输出，节约油耗的效果。
    不同于DOHC i-VTEC的VTC，SOHC的i-VTEC就是要单独控制一个进气门，并借助两段式的切换配合电子节气门来让发动机在低转速低负荷时，减少“Pumping Losses”，从而进一步达到节油的目的。
    三、达到欧IV标准的环保排放
       环保也是这颗引擎的一大卖点。看得出厂家在这方面下的功夫也是不小。从图中我们可以看出，在空滤总成上装置了一个空气流量测试仪（Airflow meter），排气头段处装置了一个线形空气流量传感器（linear airflow sensor），此外，还有一个氧气传感器（O2 sensor）以及原有的MAP sensor设计，这样的目的自然是为了是更全面地监控空燃比，以达到省油和环保的目的。同时，排气头段出来直接是一个两层的催化净化系统，这样可以更直接地让催化系统达到工作温度并开始工作。这颗引擎的排放已经达到了欧IV标准，而且要比曰本政府规定的2005年尾气排放标准降低了75%（Honda测试值）。
四、VVT—i与i—VTEC的比较
下面简单谈谈VVT—i和i—VTEC，这两个在中国最红最火的可变进气技术。
VVT—i，吸引买主的法宝
丰田引以为荣的VVT—i技术已经应用了10年，这10年中并没有什么大的技术提升和改变。VVT-i即英文VariableValve Timing with intelligence的英文缩写，其中文翻译是“智能.可变配气正时系统”。该系统的最大特点是可根据发动机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，从而在所有速度范围内提高扭矩，并能改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。
发动机都有“发动机控制模块”(ECU)，统管点火、燃油喷射、排放控制、故障检测等。丰田VVT—i发动机的ECU在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置。
VVT—i偏重的是低转速时的特性，但实际上丰田的VVT—i在低于2000rpm时扭力并不丰厚，低转速高挡行车更有扭力不足的感觉。这是因为VVT—i的运作并不能覆盖低转速的范围，只能靠挡位的配合。而丰田的排挡太注重行驶的平顺，也就导致了整合车的行驶并没有任何激情可言。但起步加速阶段的冲力不错，这也是特意调校用来满足城市驾驶的特点。
CIIVC装备的1.8升i—VTEC发动机，其最大功率为103kW／6300rpm，最高扭矩输出为174Nm／4300rpm，这是本田应用第三代VTEC技术的首款发动机。其最大特点在于根据实际使用状况，电脑自动调节凸轮轴升程，当发动机在较大负荷下需要更高动力输出时，可在2000rpm即改变凸轮轴升程，获得更充足的动力，而匀速驾驶时发动机会在4000rpm时提高凸轮轴升程，为的是获得良好的燃油经济性与动力表现的平衡。同时，通过ECU对节气门闭合时间和角度的控制，有效减少了发动机在驾驶中收油时的泵气损失，因此使油耗也有所降低。
五、美规本田应用VTEC的情况
1996-今 本田 市民 EX 轿车、轿跑车: 1.6L SOHC VTEC I4
1999-今 本田 市民Si 轿跑车: 1.6L DOHC VTEC I4
1996-今 本田 市民HX: 1.6L SOHC VTEC-E I4
1998-今 本田 雅阁 LX/EX I4 轿车、轿跑车: 2.3L SOHC VTEC I4
1998-今 本田 雅阁 LX/EX V6轿车、轿跑车: 3.0L SOHC VTEC V6
1997-今 本田Prelude Base/Type-SH: 2.2L DOHC VTEC I4
1993-今 阿库拉 Integra GS-R轿车、轿跑车: 1.8L DOHC VTEC I4
1999-今 阿库拉TL: 3.2L SOHC VTEC V6
2001-今 阿库拉CL: 3.2L SOHC VTEC V6
六、总结
可以看出：
（1）、先有本田的VTEC；
（2）、然后才有丰田的VVT-i；
（3）、再然后本田的：VTEC + 丰田的VVT-i = 本田的i-VTEC;
（4）、于是才有了丰田的：VVT-i + VTEC = 丰田的VVTL-i。
得出结论：i-VTEC = VVTL-i > VVT-i。
所以i-VTEC 的技术要高于VVT-i。
得出第七代雅阁在发动机技术上远远高于凯美瑞。
七、参考文献
1. 《HONDA维修手册CG1》
2．《HONDA维修手册CG5》
3．《HONDA维修手册CM5》
4．《HONDA维修手册CM6》
5．《汽车维修技师》

:handshake

最好图文并茂！！哈哈:lol

不错

楼主, 哪里能得到<HONDA维修手册>?

哇靠,内部资料哇

可变气门配气相位和气门升程电子控制系统  就是独特 :Y: :Y:

:titter: :titter: :titter: 就是独特