VTEC可变气门正时和升程电子控制系统样本.doc

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VTEC全写为Variable valve Timing and lift Electronic Control .

VTEC系统全称是可变气门正时和升程电子控制系统, 是本田的专有技术, 它能随发动机转速、 负荷、 水温等运行参数的变化, 而适当地调整配气正时和气门升程, 使发动机在高、 低速下均能达到最高效率。+在VTEC系统中, 其进气凸轮轴上分别有三个凸轮面, 分别顶动摇臂轴上的三个摇臂, 当发动机处于低转速或者低负荷时, 三个摇臂之间无任何连接, 左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门, 使两者具有不同的正时及升程, 以形成挤气作用效果。此时中间的高速摇臂不顶动气门, 只是在摇臂轴上做无效的运动。当转速在不断提高时, 发动机的各传感器将监测到的负荷、 转速、 车速以及水温等参数送到电脑中, 电脑对这些信息进行分析处理。当达到需要变换为高速模式时, 电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀, 使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞, 使三只摇臂连接成一体, 使两只气门都按高速模式工作。当发动机转速降低达到气门正时需要再次变换时, 电脑再次发出信号, 打开VTEC电磁阀压力开头, 使压力机油泄出, 气门再次回到低速工作模式。

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。可能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, 你能够加大杯子的尺寸, 也能够压紧杯中之物以加大每次的运送量, 或者也能够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, 她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。

　　本田VTEC技术的应用也引起了某些争论, 主要集中在以下三种人之间: 其一, 认为VTEC只是一种骗局, 其二, 熟知VTEC的优缺点, 其三, 坚信VTEC是一个好东西。从争论的内容看, 对VTEC还存在一定程度上的误解, 主要方面有: 双顶置凸轮轴VTEC发动机比同功率的非VTEC发动机扭矩低, 而扭矩是考察汽车加速性的重要指标, 因此VTEC发动机的功率值”虚高”。

　　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一般会导致扭矩的增加。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它两种方法, 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经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。

　　VTEC只在高速时发挥作用, 因此低速时有没有VTEC都一样, 换句话说, 如果你经常在低速情况下行驶, VTEC可能就是资源和金钱的浪费。

HONDA VTEC和i-VTEC系统
HONDA车系列中最为人津津乐道的应该是那套名为”VTEC”系统及后来的i－VTEC系统。
　　VTEC系统的全名是”Variable Valve Timing and Lift Electronic Control”, 中文翻译过来就是”可变气门相位及升程控制系统”, VTEC机构最早出现在1989年, 创造者叫松泽健一, 车型是”型格”INTEGRA( DA6) XSi和　RSi:

车型: INTEGRA RSi( DA6)
引擎代号: B16A
引擎形式: L-4, DOHC
口径×冲程: 81.0mm×77.4mm
排气量: 1595 c.c
最大马力: 160 ps/ 7600 rpm
压缩比: 10.0: 1
最大扭力: 15.5 kg-m/ 7000 rpm
波箱: 5 MT
驱动形式, 尾牙: FF, 4.400

　　其实个人觉得VTEC系统的工作原黎有点象一级方程式所运用的气动摇臂气门控制机构。讲得简单些, VTEC系统其实就是ECU经过曲轴位置传感器同凸轮轴位置传感器释知引擎转速, 到达俗称既”开TEC”转数后向引擎顶部、 分火线圈后的油泵电磁阀发出信号, 电磁阀向凸轮轴( 摇臂机构) 内注入一定压力的机油, 机油推动位于气门摇臂内的柱塞完成LOW-CAM转HI-CAM既动作。

低转时, 矮凸轮顶开一个气门。

　　 随着B16A的知名度和实际应用效果( 民用引擎的升功率首次达到100匹/升) , VTEC机构开始装备低端引擎, 例如只使用SOHC VTEC的D系列( 常见的CIVIC) 、 F系列、 J系列( 常见的ACCORD) 等等。不过因为其具备的高转速、 高输出的特性, 自B16A上的DOHC VTEC诞生以来就一直是各类型房车赛的常客, 而且还发展出不同排气量的系列高性能引擎, 也就有了车迷们用凸轮轴盖颜色区分性能的标竿, 例如黑顶的B18C引擎, 170匹马力( INTEGRA DC2) ; 而红顶的B18C-R就有200匹的输出( INTEGRA

TYPR-R DC2) ; 搭载于PRELUDE( BB6) 上的蓝顶盖H22A, 能够于7200转是提供220匹的马力; 至于最后一款也是性能最高的一款DOHC VTEC红顶引擎F20C, 能够为其搭载车辆S ( AP1) 提供高达250匹的马力, 一台排气量只有1997c.c的引擎, 升功率达到了125匹/升的历史记录, 对于自己号称高性能的欧洲系列引擎而言, 不能不说是一个巨大的打击! 不过　VTEC系统亦有不足, 系统只能够对气门升程作出两段或者三段既调整,

HONDA新一代的技术指标, K系列引擎。

但并吾能够好似TOYOTA既VVT-i、 BMW既VANOS、 等对例如点火正时进行调整高转时, 高凸轮接管, 气门升程发生变化。
　　VTEC创造 后的 , HONDA再次向世界车坛推出了新一代的　　VTEC技术, 名为i－VTEC, 首先搭载她的竟然是一台城市SUV车型: CR-V。各汽车媒体对于她的到来似乎提不起什么兴趣, 普遍认为这只是一台普通的技术升级版VTEC系统, 好象知名的汽车媒体”TOP GEAR”也只是轻描淡写地评价道此乃VTEC+VTC的混合体, 原因就是她的动力没有1989年发表的B16A来的震撼, 1998c.c只有158匹而已。其实i－VTEC系统就是在原来的VTEC基础上加入了VTC控制系统: VariableTiming 　Control, 也就是类似

于TOYOTA的VVT-i系统。可是, 到了当年年末推出的INTEGRA 　　TYPE-R( DC5) 、 CIVIC TYPE-R( EP3) 、 ACURA RSX TYPE-S等几部性能车推出时, 才让全世界知道原来K20A2能够是如此的疯癫, 顶级既DC5竟然有110匹既升功率。其实i－VTEC中的”i”是intelligent: ”智能”的意思, 说白了就是在那台名为F20C的引擎上加了VTC系统, 一套使用油压控制的花键控制机构, 最大能够

将点火提前角提早50度, 有的引擎型号甚至加入了可变进气道系统, 以改进低转扭力反应, 例如国内已经有售的美版RSX TYPE-S( DC5) 上搭载的K20A2。
　　不过, 不得不提出一点个人的建议, 现在好多使用例如ACCORD、 CIVIC等HONDA VTEC引擎车辆的车主, 在选用机油的问题上, 都会听信一些汽车保养店的意见, 选择一些标号较高的润滑油产品, 例如10W-50等, 其实刚好相反地, VTEC或者I－VTEC引擎最好还是使用稀一点的机油为好, 例如5W-30或是原装的VTEC专用油, 因为VTEC引擎油道细密, 稀一点的机油流动性更好, 更有利于到达”开TEC”转数时的反应和高转下的引擎冷却, 条件许可的, 能够因应不同的排气量加装合适的机油冷却器( OILCOOLER) , 以保持机油的性能。

什么是i-VTEC ”i”即intelligent, 指发动机智能化。i-VTEC是在Honda独创的VTEC的基础上, 配合能够连续控制进气门正时相位的VTC( Variable Timing Contro) 功能, 成为高智能的可变气门正时和升程的构造。 例如, 在需要流畅加速的高速公路或是重复停止、 起步的街道, 又或需要强劲马力的坡道, 人们总是希望车辆在行驶中具备高性能的同时油耗越低越好。对于发动机, 则要求其性能能够应对各种行驶状况。可是在开发过程中常会出现下列情况: 若要满足各个方面, 则什么都不能达到最优; 若以其中一个方面为重点的话, 其它方面又容易出现不足。另外, 低尾气排放也是一个急需解决的问题。控制所有这些性能的关键就在于气门控制系统, 即将混合气体吸入燃烧室, 燃烧后再将尾气排放出去。理想状态下气门张开的时间长度、 升程量、 乃至进气侧、 排气侧的开闭时机等在高速和低速状态都不一样。于是, Honda及时着手对气门可变控制系统的研究工作, 独自开发出了VTEC技术, 并作为高性能发动机技术的核心, Honda逐步将其广泛应用于多种车型。为了进一步进化VTEC技术, 新开发出了组合VTC (连续可变气门正时控制系统)的新一代智能化发动机DOHC i-VTEC, 实现了”高马力”、 ”低油耗”、 ”低排放”, 在各方面均达到了极高的水平。

现代汽车可变气门技术——本田的i-VTEC
 本田看到丰田的VVTL-i发表后感到十分无奈, 丰田用了本田最得意的VTEC原理,还用Celica来跟本田最引以为傲的前驱车中性能与操控都数一数二的Inetgra来比个高下,两个都是1.8升的引擎,两者都是双方最得意的可变气门代表作,当Celica一推出,当时最热门的话题就是Celica vs. Integra,结果呢?姜还是老的辣!实际数据胜于一切纸上谈兵,Integra还是赢了Celica,无论是在加速,还是引擎高转速时的性能表现,Integra还是老当益壮。究竟是怎样的技术让本田拥有不可动摇的优势地位呢?

Integra with i-VTEC

    本田的VTEC引擎一直是享有”可变气门的代名词”之称,它不只是输出马力超强,还强调低转速排气环保又低油耗的特点,而这些完全不同的特点在同一台引擎上面实现,就因为它在一支凸轮轴上有2种,甚至于3种不同角度的凸轮,中、 低转速用小角度凸轮,高转速时,就再切换成高角度的,因此才有两种完全不同的动力输出曲线在同一台引擎上发生,可是就因为这样的特性,留下VTEC被批评成分级式的可变气门引擎。本田的工程师把它VTEC分成”平时驾驶”与”激烈驾驶”,在引擎转速范围的两侧,都有被消费者们喜欢或抱怨的两极看法存在,这也是VTEC引擎常期倍受争议的原因之一。而丰田的VVTL-i发表之后,VTEC的技术已经受到严厉的挑战,几个月后,本田发表的i-VTEC终于加入”连续可变”的气门正时与重叠角的设计,配合原本的VTEC机构,使i-VTEC也跟VVTL-i一样达到近似”完美”的可变气门引擎。

    相比VTEC技术, i-VTEC多的就是在VTEC引擎上加入VTC( valve overlap control) ,达到了所谓”气门重叠角的控制”,这就是进、 排气门的正时与开启的重叠时间的可变; 如下图:由油压控制的VTC,使凸轮轴转动些角度(向右或向左),进而提早或延迟驱动气门的开或关的时间。

VTC于不同转速时,提早(上)或延迟(下)气门的开关

进.排气门于不同正时、 重叠角与升程的搭配与组合下有不同的性能表现根据这个原理,i-VTEC组合出”连续可变”的气门正时与重叠角度,两级可变升程的可变气门机构于引擎的进气端与排气端; i-VTEC身上用金属正时链条,为了进一步改进低转速扭力,与高转速时更有效率与直接的换气,i-VTEC也加上可变进气歧管为标准装置。

i-VTEC已全面加入『可变进气歧管』为标准装置

    厂家编号:K20C的引擎将在下一代的integra上使用,排气量2.0升的它有220ps的马力(日规),海外版也有200hp的性能输出。而大家熟知的时韵( STREAM) 上用的K20A,虽然也是”DOHC”的iVTEC,可是它只有进气门有可变气门装置,也有2.0升154匹马力的性能表现。更难能可贵的是,这台i-VTEC引擎,2.0升达到了7L/100km的低油耗,提前符合 才要施行的油耗效率(fuel efficiency),而排放的废气标准也远远低于日本LEV( 低空排污标准) 。IVTEC能够将以上的动力、 经济、 油耗性能集于一身, 这不就是工程师们想努力克服的梦想吗?

新一代Integra(代号RS-X)的2.0升i-VTEC引擎将有220匹马力的实力

本田发动机的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。
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低速　高速
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　　以雅阁F22B1发动机进气凸轮轴为例, 除了原有控制两个气门的一对凸轮( 主凸轮a和次凸轮b) 和一对摇臂( 主摇臂A和次摇臂B) 外, 还增加了一个较高的中间凸轮c和相应的摇臂( 中间摇臂C) , 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a和次凸轮b分别推动主摇臂A和次摇臂B, 控制两个进气门的开闭, 气门升量较少, 情形仿佛普通的发动机。虽然中间凸轮c也推动中间摇臂C, 但由于摇臂之间已分离, 其它两根摇臂不受它的控制, 因此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( 3500转/分) 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ABC摇臂锁成一体, 一起由中间凸轮c驱动, 由于中间凸轮比其它凸轮都高, 升程大, 因此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系统由发动机主电脑( 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, 经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。

　　VTEC系统已经有十余年的历史, 面对目益严格的排放及动力性能要求, 已有一点”力不从心”的感觉。例如VTEC系统的气门升程和正时的变换动作明显将发动机的状态划分为两个阶段, 它们之间的转换不够平滑, 在VTEC系统启动前后发动机的表现截然不同, 连发出的声音也不一样。为了改进VTEC系统的性能, 近年本田推出了i-VTEC系统。

　　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, 经过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%。同时, i-VTEC系统发动机采用进气歧管放在前, 排气歧管放在后( 靠车厢一端) 的布置。在进气歧管上增设了可变长度装置, 低转速时增长进气行程提高气流速度, 有利于提升扭矩; 而排气歧管则缩短了长度, 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。由于发动机一启动后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

概述本田”心脏”ＶＴＥＣ

　　本田VTEC技术, 在80年代就成功应用了, 当时的设计为6750转才起作用, ”VTEC”为英文”Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System”的缩写, 中文意思为”可变气门正时及升程电子控制系统”。 前面加i(intelligent)为智能型。

　　VTEC技术90年就在CIVIC和PRELUDE的发动机上应用。本田是在气门摇臂上下的功夫。(气门摇臂---俗称”疙鸡”, 装在凸轮轴和气门之间,是利用杠杆原理压开气门的)。就是在摇臂的中间, 加多了一个可伸缩的接触凸轮轴用的凸轮,当高转速时(3500转)电脑(ECU)给信号打开电磁阀, 利用机油压力顶起摇臂的这个中间凸轮工作, 因为这个中凸轮行程较大(好听就叫升程),故进气量也增多, 功率也变大了。

　　有兴趣者可放大来研究。不过我们略知一二就行了。

　　发动机有以下常见几种:

BA6A 1.6L 1595cc CIVIC用;

D18C 1.8L 1834cc INTEGRA,ACCORD 用;

F20A 2.0L 1997cc ACCORD 用;

H22A 2.0L 2156cc PRELUDE, ACCORD用;

F23A 2.3L 2283cc ACCORD用;

C30A 3.0L 2997cc NSX用;

C32A 3.2L 3206cc LEGEND用

　　本田漂亮的发动机:

　　i-VTEC