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无法忘记的地上之星 本田VTEC技术(上)

发布时间:2012年04月30日 06:44 | 进入复兴论坛 | 来源:互联网 | 手机看视频


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[XCAR 原创 技术]

作为近代的本田车上最为常见的科技,VTEC技术可能是大家最多见的一种发动机配气科技――事实上今天绝大部分的本田车型都配备了这种技术。在国内人们对车的要求更多是为了家用,是否省油也是一项重要的挑选指标,所以在国内本田使用的VTEC衍生版本只关乎节油,以至于,那些使用VTEC技术的强力发动机所配备的车型也从未正式在我国内地市场销售过。而国内的车迷对于VTEC曾给本田带来的那些荣光,我们或者知之甚少,或者深觉遥不可及。

看着本文的题目点进来的读者可能会存在疑问,“无法忘记的地上之星”,这句话可能褒美之意溢于言表,这么一款几乎现在所有本田民用车都有的技术能值得如此褒奖?或许您花费一点时间读完本文之后会有不一样的感受。事实上,早些年本田在民间的辉煌,近乎完全始于这种技术。

VTEC是什么?

从字面意义上来讲,“VTEC”这个字是英文Variable valve Timing andlift Electronic Controlsystem的缩写,也就是可变气门正时和气门升程电子控制系统的意思。这是一种本田技研工业开发的用于四冲程内燃机的可变配气系统。也是世界上首个此类系统。后世出现的同类的系统包括三菱的MIVEC系统、斯巴鲁的AVCS系统、丰田的VVT-i和VVTL-i技术、宝马的VANOS系统和Valvetronic系统、保时捷的Variocam和VarioCamPlus系统、日产的NeoVVL和VVEL系统、奥迪的AVS系统等等。而这里需要特别说明的是,在VTEC技术发布后比较短时间所发布的技术,包括丰田的VVT-i、保时捷的Variocam和宝马的VANOS等,都仅仅具有可变气门正时功能,而不具有对于功率的提升效果更为明显的调整气门升程功能。

如果说近年来新锐的缸内直喷算是相当古老的技术的话(详见注1),那么以本田的VTEC为代表的一系列可变气门技术对于四冲程活塞式内燃机而言,则是之前从未出现过的科技。VTEC这项由本田的开发工程师,松泽健一先生所发明的科技,可以说给20世纪末的汽车业界带来了革命性的改变。不同于现时下很多资料所指出的,VTEC实际上最初的设计目标在于在有限的排量下榨取尽可能大的马力,提供达到甚至超过100ps/L的高额升功率,并在同时保持车辆的日常走行的便利性,高性能诉求显而易见。而在之后的岁月中所做出的一系列设计改变则才是纯粹为了提高车辆的燃油经济性。

采用VTEC技术的节气门构造与常规节气门构造的比较

可以说从这个角度讲,VTEC算是很特殊的一种科技――1970年代的石油危机爆发导致油价上涨到之前不可想象的水平,并再没回落到早年间的低水平之后,民用车辆上很少出现单纯为了提高单位功率输出的技术。VTEC技术的关键在于气门的升程“可变”,实现的方式是通过在凸轮轴上采用不同以往的设计,本田的工程师们在每个气门的凸轮轴上设置了两颗凸轮,这两颗高低和开启角度都不同的凸轮分别负责着不同转速下的气门开启角度。同时,也在凸轮和气门之间加入了两组摇臂,藉由发动机的机油压力的变化来控制哪一组摇臂进行工作,达到切换摇臂的转速的瞬间,两组在低转速下可以独立运转的摇臂被紧紧联结在一起,共同由高角度的那颗凸轮控制,借此提高气门的开启角度,让引擎释放全数的动力(也就是俗称的“开TEC”动作)。

VTEC的主要构造(本图摄自F20C型发动机)

这样的设计相当于让民用发动机拥有了一组更高角度的(类似赛车发动机角度)凸轮轴,可以在高转速域下达到更大的气门开启角度,吸入更多空气进入燃烧室达成更有力的燃烧,藉此让引擎在日常使用的较低转速下保持通常的燃油经济性和较容易控制的特性。同时(直接使用高角度凸轮轴会导致较高的怠速转速,在民用发动机供油系统不够强力的情况下,更可能导致怠速不稳现象),达成高转速域下的更高马力输出。

具备VTEC技术的节气门的工作示意图

注1:缸内直喷技术最早在1930年代初由戴姆勒-奔驰发明,并于1935年开始运用于开始试做和小批量先行生产的DB601A1型33.9L排量,倒V12缸四冲程自然吸气汽油发动机,但此型发动机并非用于当时的任何汽车,而是应用于各类军用飞机和封闭航道用竞速飞机。最初搭载于MesserschmittBf109A型试做战斗机。由DB601系列发动机发展出的同样具有缸内直喷系统的DB603和DB605系列发动机被广泛运用于在1930年代末至二次大战败战之前的各型德国空军军用飞机之上。稍后出现的容克斯Jumo210G型19.7L排量倒V12机械增压发动机亦装备了由Lichte博士所开发的缸内直喷系统。

世界首台缸内直喷发动机,戴姆勒-奔驰DB601A型发动机

缸内直喷技术在汽车上的首次运用则是战后的1955年的奔驰300SL,这款传奇车型的发动机使用了博世方面提供的直喷技术。而后除了美国的AMC和福特公司在1970年代的少量运用之外,缸内直喷技术很少出现在汽车领域。近年来缸内直喷技术在汽车上的大规模使用则始于三菱,1996年三菱的GDI直喷技术开始被应用于一部分4G93型发动机上。1997年,日产Leopard开始使用VQ30DD型直喷发动机。1998年,丰田发布了使用其D-4直喷系统的1AZ-FSE发动机,并用于当年的Avensis。1999年,雷诺发布了其直喷科技车型,同年,标致雪铁龙、现代、沃尔沃则向三菱购买了其GDI技术的使用权。而直到2000年,大家耳熟能详的大众FSI技术才诞生,运用在当时的lupo之上。

VTEC鼻祖之DOHCVTEC――B16A型发动机(1

技术的豪华是必须要有一个好的并且成功的产品来证明,而这一实用化的成品也就是1989年4月19日发布的IntegraRSI(DA6)和IntegraXSI(DA6/DA8),这两款不同配置的Integra首次搭载了使用VTEC技术的B16A型自然吸气发动机。自此开始,B16A发动机开始取代之前在1980年代末本田小排量发动机当中显赫一时的同为1.6L排量的ZC型成为新一世代的本田小排量发动机的性能标杆。

本田史上首台VTEC车,Integra RSI(DA6)

而在稍后的1989年9月22日发布的车体更轻的CR-X SiR(EF8)思域SiR/SiRII(EF9)更是把B16A发动机捧上了神坛。而从此之后,先前堪称千六排量标杆之作,几乎统治了1980年代的这一排量赛事的丰田4A-GE发动机(记得豆腐车AE86吗?AE86以及后继的AE92、AE101、AE101一直是用这发动机的)就一直生存在本田的阴影之下,退到了跟随者的位置。

同为1989年发布的CR-X SiR(EF8),首批搭载B16A发动机的车型中的最强

B16A发动机采用DOHC配气结构,搭配上VTEC机构,也就是所谓DOHCVTEC型发动机,坊间俗称“大TEC”(还有与之相对的“细TEC”,也就是SOHCVTEC发动机,我们后面的篇幅会介绍到)。缸内结构方面,B16A发动机一改之前的同排量的ZC发动机的小口径大冲程的竖长方形缸体形状,改为更利于高转速马力发挥的扁长方形缸体形状,缸径81.0mm,冲程77.4mm,实际排量1595cc,压缩比10.2:1,具备160ps/7600rpm的最大马力和152.0Nm/7000rpm的最大扭矩,红线转速高达8100rpm,升功率达到100ps/L水平(配备于自动挡车型的出力水平则稍低,最大马力为150ps/7100rpm,最大扭矩150Nm/6000rpm,升功率未达100ps/L水平),这一表现可以说是就算到了今天也值得称赞。更何况这是发生在距离今天足足22年之前的事情。

B16A型DOHC VTEC发动机

而同时代的丰田CorollaLevin(AE92)的4A-GE发动机才只有140ps最大马力,就算是其顶级GT-Z型号的带有机械增压装置的4A-GZE发动机也才达到165ps最大马力而已!而欧洲的产品则更为不堪,堪称欧洲钢炮不朽名作的标致205GTi的排量大出了400cc的XU9J型2.0L发动机才只有120ps而已。而我们还需要提到的一个事实是,就算是刚刚发布的丰田86/斯巴鲁BR-Z所搭载的具有全新世代的D-4S缸内直喷技术的FA20型引擎也才达到200ps最大马力而已,升功率也是100ps/L。所以对于22年前B16A靠着DOHCVTEC技术达到的水平,我们恐怕不得不报以极大的赞叹。

VTEC鼻祖之DOHCVTEC――B16A型发动机(2

但这还不是结束,本田对从1991年下半年开始生产的B16A型发动机进行了进一步的改良,活塞形状经过微调后,压缩比上升至10.4:1,配合更为优化的ECU控制程序,动力微幅上升,达到最大马力170ps/7800rpm,最大扭矩156.9Nm的水平,红线转速8200rpm,(自动挡版本则为155ps/7300rpm最大马力和153.0Nm/6500rpm最大扭矩,红线转速7700rpm),升功率在当时冠绝全球(在量产自然吸气发动机当中)。而后世极其出名的,被视作思域TYPE-R在1997年8月出现前最强思域的EG6(第五代思域中的SiR和SiRII型号的车架代号)正是使用的这款改良后的B16A发动机。

第二版B16A发动机,动力升至170ps

而除了标准的B16A之外,这台发动机还有着其他一些变种型号,包括早期出口欧洲市场的B16A1型,规格与早期第一版日规版本几乎毫无区别,但最大马力稍低,仅有150ps最大马力,1992-1993年换上了和第二版B16A相同的OBD1尾气自检系统;B16A2型则是1992年之后的北美和欧洲用出口版本,性能和规格第一版B16A毫无区别,只不过红线起始转速稍低,为8000rpm。B16A3是美规CivicdelSol(EG2)的专用发动机(不是日规EG2哦,日规EG2也是使用第二版B16A的),性能与第一版B16A相同。B16A4则是用于东南亚和澳洲、新西兰等地区的CivicSiR(EK4)上的变种,性能与第二版B16A完全相同。B16A6是用于南非和中东地区的变种,规格与第一版B16A型号相同。

什么叫点背?这款CorollaLevin(AE92,也就是著名的AE86的后继车),充分演绎了这个词,遇到各类HONDA,她算是结结实实的撞上了一堵石墙

而除了享有首台VTEC发动机的殊荣之外,B16A也可能是本田的高性能VTEC发动机当中产品寿命周期最长的两台之一(另一款则是末代的红头K20A),从1989年下半年发布,到1999年年末随着第六代思域的SiR型号(EK4)的停产而终止量产,这台发动机足足陪伴着本田和诸多车迷走过了十年的光景。虽然B16A发动机相比之后出现的那些红头发动机们,在用料和制造装配的精度上有所不如,只能说是高性能化的一款动力装置,而不是准赛车级别。

思域SiRII(EG6),被视作TYPE-R版本车型出现前最强思域的家伙

但可以说,B16A发动机是本田早年间所有荣耀的开端,凭借着这款发动机带来的强大动力,再加上当时的思域以及Integra和CR-X等一系列其底盘基础上的衍生车型轻盈的车身重量以及贴地性极佳的前后双摇臂悬挂,本田走上了其对各类小排量赛事的称霸之路。年龄大一点的车迷可能会记得,曾经一度,在这个级别,本田是根本没有对手的,本田的对手就只有本田自己。这是一个会被车迷们永远记得的高性能神话的开端。也许B16A还不够强大,不够成熟,但我想,B16A的意义就在于此――她是一切的开端。

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红袍加身之红头发动机首作――B18C-R型发动机(1

到底是哪家车厂最早把红色的发动机凸轮轴盖作为高性能发动机的象征,现在已经不可考(似乎是意大利人?阿尔法-罗密欧?反正这个不是一向总有点后知后觉的日本人发明的),不过对于任何一个本田车迷或者说日系车车迷来讲,所谓“RedTop”,红头发动机,一定是最高性能的象征。而本田史上的首台红头发动机正是我们这一章节要说到的B18C-R发动机(另有番号同为B18C的黑色凸轮轴盖发动机,红头版本的番号相同,我们这里按传统称为B18C-R以作区分)。

首台搭载红头发动机的本田,史上第二部TYPE-R,Integra TYPE-R(DC2)

作为B系列发动机当中最高性能的一个子系列(B18并非最大排量的子系列,另有排量更大的B20和B21),B18C中第一个型号,B18C1型发动机最早出现在1994年的美国市场的IntegraGS-R(DC2/DB8)之上,当时这款发动机并不算什么很显山露水的型号,因应美国市场更喜欢较大排量的传统,本田方面简单的将B16系列发动机的冲程提高到87.2mm,缸径保持81.0mm,将排量提高到1797cc,并加入之前曾运用于NSX(NA1)所采用的C30A发动机VCIS可变进气歧管技术得来了这台发动机。从动力输出方面来讲,B18C1并不算是十分强横的一个,在10.0:1的压缩比下,最大马力为比同时代的后期型B16A发动机稍大的173ps/7600rpm,最大扭矩则提升较大,达到174.0Nm,断油转速8100rpm,因排量扩大,升功率反而不及更早诞生的B16A后期型版本。

作为本田车迷,还应该知道这家伙,Sedan版的IntegraTYPE-R(DB8)

而后出现的用于本田史上第二款TYPE-R车型,IntegraTYPE-R(DC2/DB8,DC2为liftback三门构型,DB8则是sedan四门四座构型)――第一款是1992年11月发布的NSXTYPE-R(NA1)――的B18-R型红头发动机则真正把B18C们捧上了高性能的神坛。这款发动机是基于经常被车迷们忽略的B18C1型发动机为基础开发的,也因此被视为本田第一台市贩准赛车级发动机。具体来讲,这一系列改良包括换用更高强度的铬合金碳钢连杆,改用镀钼铝合金材质活塞,从6度普通火花塞改用7度铂金火花塞(一般可没什么车原厂就用这种火花塞),将节气门口径从60mm提高至62mm,并从双口式进气歧管改为单口式进气歧管,也就是说取消了可变式进气歧管设计。

B18C-R型红头发动机,截止1990年代末的最强红头发动机

同时B18C-R更换了新的凸轮轴,进气侧凸轮的进气提前角从10度改为18度(一说15度),关闭延迟角从40度改为45度,气门升程从10.6mm改为11.5mm;排气侧凸轮的开启延迟角从40度改为45度,关闭提前角从7度改为了10度。进气口直径从65mm升至70mm,排气管中段直径从48.6mm-50.8mm升至57.2mm,尾段从50.8mm升至76mm,另外排气管的设计为降低排气阻力,也使用了锐角化的形状。而通过换用了不同形状活塞的方式,B18C-R拥有高于一般B18C发动机的11.0:1的压缩比。而在制造和装配的精度上,B18C-R采用了和其他B系发动机不同的标准。

红袍加身之红头发动机首作――B18C-R型发动机(2

一言以概之,B18C-R发动机对原有的B18C1发动机进行了相当彻底的赛车化改良。一般发动机在进行赛车化改造的时候进行的细部调整大致也就是这些,如果您想拿装配了这颗发动机的车辆直接参赛的话,至少在动力系统设计上是毫无问题的。这也就是本田发动机的红色凸轮轴盖背后的那些东西。实际的动力方面,B18C-R发动机拥有足足200ps/8000rpm的最大马力,以及181.4Nm/7500rpm的最大扭矩。而这还不算完,1998年之后生产的版本则进一步提升至210ps/8000rpm最大马力(一说维持200ps/8000rpm最大马力)以及186.3Nm/6200rpm的最大扭矩,不仅马力更大,而且最大扭矩的爆发转速也大大提前。

甚至不仅在发动机内部,在排气系统方面,为了更高功率,B18C-R都做出了相当改良

在后来的B16B、F20C等发动机诞生之前,B18C-R型发动机一直享有民用量产发动机当中最高升功率的称号,高达111.1ps/L(早期1996年版本)的高额升功率可谓是前无古人,就算是在技术已经更为发达的今日,也是值得赞叹的水准。而后诞生的后期1998年版本所具有的116.7ps/L的升功率,更是至今在民用自然吸气发动机领域只有F20C以及法拉利458的发动机才可以超越。在十余年前的1990年代中后期,这样的水平完全可以说是独孤求败。

除了身披红袍的B18C-R外,本田当时还提供性能稍低的其他黑顶B18C发动机

当然,就像B16A发动机的例子一样,B18C系列当中也并非只有身披红袍,光芒耀眼的B18C-R这一个,除了前面我们已经提到过的B18C1之外,还有着很多的产品。比如用于日规IntegraSiR和SiR-G的B18C,规格和用料基本同于用于美规车型上的B18C,但动力稍高,最大马力为180ps/7200rpm,最大扭矩174Nm/6200rpm。B18C3和B18C4则有和B18C1几乎完全相同的机械规格和动力输出,被用于1990年代末的欧洲市场规格的思域(亦有资料指出北美规格的IntegraGSR使用过此种发动机)。B18C5用于讴歌Integra TYPE-R(DC2),B18C6用于欧洲规格的IntegraTYPE-R(DC2),B18C7用于澳洲新西兰规格的IntegraTYPE-R(DC2),这三款发动机具备完全相同的机械规格,基本等同于日规B18C,但使用和B18C-R类似的一些改良,并具有一样的红色凸轮轴盖涂装,具备190ps/8200rpm的最大马力和178Nm/7300rpm的最大扭矩,是所有B18C当中除B18C-R之外性能最高的一个。

一部车的快慢并不完全取决于动力系统,但B18C-R正是当年的DC2和DB8的最大资本

如果说B16A发动机让世人初次认识了DOHCVTEC发动机的能力的话,B18C-R就进一步加深了这种印象,无论在街头巷尾还是赛道,红头发动机提供的强大动力开始成为那些身披白色涂装的本田快车的最大资本。这些高性能化的DOHCVTEC们纵使有高低两组凸轮,几乎完全倾向于高转速的设定也让在低转速下其输出乏力犹如哮喘病人――如果你以2000rpm转速开着装置这类发动机的车型,被一台最基础型号的丰田花冠或者大众高尔夫超掉也很正常――以欧洲人的标准来看,B18C-R绝对是属于缺乏日常使用便利性的一类,但没有任何人能否认这些发动机在竞速领域的强大。自此开始,爆发着尖锐轰鸣的红头发动机几乎开始成为了本田的精神的一部分。

B系列发动机最终进化――B16B型发动机

B18C-R发动机的性能相当之好,作为其搭载车的IntegraTYPE-R(DC2/DB8)也绝对堪称快车,甚至可以说是2000年前人类所造出来的最快的市贩FF车型,但这一切显然还不够。为什么?因为1800cc级别排量实在是个很尴尬的排量,大多数的赛事在2000cc以下级别当中取的都是1600cc的标准,这也就限制了IntegraTYPE-R(DC2/DB8)在赛场上的发挥――除非她准备越级去挑战一些动力的大得多的家伙。

就是这个蓝色的家伙,日产的SR16VE挑战了本田B16A的最强千六发动机的地位

当时的本田显然不希望自己的车仅仅局限于街头巷尾的公道暴走当中,对于快车们而言,赛道才能验证一切,赛事成绩才是评判的唯一标准。而在1995年,日产发布的搭载类似于VTEC技术的Neo-VVL可变技术的SR16VE发动机更是对B16A提出了最大的挑战――这台日产发动机的动力高达175ps,超越了后期型B16A的170ps,成为当时的最强量产千六排量发动机。对于此种挑战本田在此一领域霸主地位的情况,那个时代的本田自然无法容忍。于是,在1997年的盛夏八月,史上第三款TYPE-R车型,思域TYPE-R(EK9)诞生,随之诞生的则是迄今为止最强的量产千六排量发动机,B16B型。(当然,亦有资料指出,日产在1997-1998年提供的拥有200ps动力的SR16VEN1型发动机才是最强千六排量,但那款发动机所搭载的车型仅制造了200部,实在离真正量产有点远)

本田的回击很简单:推出更强的B16B发动机,而搭载车正是这部思域TYPE-R(EK9)

就机械构造角度来讲,B16B并没有什么新鲜的改动,事实上,可以将B16B型发动机直接视作改用了B16A的81.0mm缸径与77.4mm冲程的缸体尺寸的,将排量从1.8L降低为1.6L的一台B18C-R型发动机。除缸内内部尺寸、压缩比(B18C-R为11.1:1,B16B则为稍低的10.8:1)这两方面存在不同之外,B16B发动机与B18C-R发动机毫无区别,使用的金属材料和制造精度标准也完全相同,甚至这两款发动机的中缸高度都为相同的270mm,而两者采用的凸轮轴盖也都是一模一样的。

本田B16B型发动机,第二台红头B系列发动机

B16B的出现,给了使用本田车型参加各类N组或者类似N组的规格的赛事的车手和车队更大的优势――这里要稍微解释下为什么是N组合类似N组的规格,因为N组规格规定不能改动发动机内部的机械构造和尺寸等,在这种情况下,原厂发动机的强大与否就成了非常重要的问题,如果是更高组别的赛事当中,对更为民用化的B16A发动机进行超过B16B的改动,在赛例上也是毫无问题的,所以对于高组别的赛事,B16B事实上意义不大。

B16B发动机的缸头内部结构

而对于一般用户而言,大多数情况下,因坊间的技术条件,以及民用车辆要更多考虑改装和使用的成本问题,难以对发动机进行从B16A到B16B这样巨细靡遗的大幅改动,B16B原厂既拥有准赛车级的能力就成了非常重要的事情,B系发动机本身的耐用特性在用料最为奢华,制造和装配精度最高的B16B上更成了一个近乎于神话的传说,直到今天,B16B推出多年之后,在日本之类的地方,那些奔跑了远超过十万公里的B16B都依旧历久弥新,在为用家们良好的服务。而经过妥善维护保养的B16B,经过如此之长的岁月,更没有什么通常会在一般发动机上出现的大幅出力下降的问题。也许,这正是这些旧日的红头发动机最大的魅力所在。

本期的前篇内容为大家介绍了VTEC技术的简单原理和三款早期的高性能B系列发动机,而在接下来的中篇当中,我们将为大家带来三段式VTEC的原理介绍,VTEC中的冷门产品,D15B、H22A/H22A7以及C30A/C32A的介绍。

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