浅谈本田IVTEC.docx

浅谈本田i-VTEC发动机技术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系统一、VTEC系统介绍本田汽车公司在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aVariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem",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）夕卜，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：10C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(Variabletimingcontrol),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。