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無法忘記的地上之星 本田VTEC技術(上)

發佈時間:2012年04月30日 06:44 | 進入復興論壇 | 來源:互聯網 | 手機看視頻


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[XCAR 原創 技術]

作為近代的本田車上最為常見的科技,VTEC技術可能是大家最多見的一種發動機配氣科技──事實上今天絕大部分的本田車型都配備了這種技術。在國內人們對車的要求更多是為了家用,是否省油也是一項重要的挑選指標,所以在國內本田使用的VTEC衍生版本只關乎節油,以至於,那些使用VTEC技術的強力發動機所配備的車型也從未正式在我國內地市場銷售過。而國內的車迷對於VTEC曾給本田帶來的那些榮光,我們或者知之甚少,或者深覺遙不可及。

看著本文的題目點進來的讀者可能會存在疑問,“無法忘記的地上之星”,這句話可能褒美之意溢於言表,這麼一款幾乎現在所有本田民用車都有的技術能值得如此褒獎?或許您花費一點時間讀完本文之後會有不一樣的感受。事實上,早些年本田在民間的輝煌,近乎完全始於這種技術。

VTEC是什麼?

從字面意義上來講,“VTEC”這個字是英文Variable valve Timing andlift Electronic Controlsystem的縮寫,也就是可變氣門正時和氣門升程電子控制系統的意思。這是一種本田技研工業開發的用於四衝程內燃機的可變配氣系統。也是世界上首個此類系統。後世出現的同類的系統包括三菱的MIVEC系統、斯巴魯的AVCS系統、豐田的VVT-i和VVTL-i技術、寶馬的VANOS系統和Valvetronic系統、保時捷的Variocam和VarioCamPlus系統、日産的NeoVVL和VVEL系統、奧迪的AVS系統等等。而這裡需要特別説明的是,在VTEC技術發佈後比較短時間所發佈的技術,包括豐田的VVT-i、保時捷的Variocam和寶馬的VANOS等,都僅僅具有可變氣門正時功能,而不具有對於功率的提升效果更為明顯的調整氣門升程功能。

如果説近年來新銳的缸內直噴算是相當古老的技術的話(詳見注1),那麼以本田的VTEC為代表的一系列可變氣門技術對於四衝程活塞式內燃機而言,則是之前從未出現過的科技。VTEC這項由本田的開發工程師,松澤健一先生所發明的科技,可以説給20世紀末的汽車業界帶來了革命性的改變。不同於現時下很多資料所指出的,VTEC實際上最初的設計目標在於在有限的排量下榨取盡可能大的馬力,提供達到甚至超過100ps/L的高額升功率,並在同時保持車輛的日常走行的便利性,高性能訴求顯而易見。而在之後的歲月中所做出的一系列設計改變則才是純粹為了提高車輛的燃油經濟性。

採用VTEC技術的節氣門構造與常規節氣門構造的比較

可以説從這個角度講,VTEC算是很特殊的一種科技──1970年代的石油危機爆發導致油價上漲到之前不可想象的水平,並再沒回落到早年間的低水平之後,民用車輛上很少出現單純為了提高單位功率輸出的技術。VTEC技術的關鍵在於氣門的升程“可變”,實現的方式是通過在凸輪軸上採用不同以往的設計,本田的工程師們在每個氣門的凸輪軸上設置了兩顆凸輪,這兩顆高低和開啟角度都不同的凸輪分別負責著不同轉速下的氣門開啟角度。同時,也在凸輪和氣門之間加入了兩組搖臂,藉由發動機的機油壓力的變化來控制哪一組搖臂進行工作,達到切換搖臂的轉速的瞬間,兩組在低轉速下可以獨立運轉的搖臂被緊緊聯結在一起,共同由高角度的那顆凸輪控制,借此提高氣門的開啟角度,讓引擎釋放全數的動力(也就是俗稱的“開TEC”動作)。

VTEC的主要構造(本圖攝自F20C型發動機)

這樣的設計相當於讓民用發動機擁有了一組更高角度的(類似賽車發動機角度)凸輪軸,可以在高轉速域下達到更大的氣門開啟角度,吸入更多空氣進入燃燒室達成更有力的燃燒,藉此讓引擎在日常使用的較低轉速下保持通常的燃油經濟性和較容易控制的特性。同時(直接使用高角度凸輪軸會導致較高的怠速轉速,在民用發動機供油系統不夠強力的情況下,更可能導致怠速不穩現象),達成高轉速域下的更高馬力輸出。

具備VTEC技術的節氣門的工作示意圖

注1:缸內直噴技術最早在1930年代初由戴姆勒-奔馳發明,並於1935年開始運用於開始試做和小批量先行生産的DB601A1型33.9L排量,倒V12缸四衝程自然吸氣汽油發動機,但此型發動機並非用於當時的任何汽車,而是應用於各類軍用飛機和封閉航道用競速飛機。最初搭載于MesserschmittBf109A型試做戰鬥機。由DB601系列發動機發展出的同樣具有缸內直噴系統的DB603和DB605系列發動機被廣泛運用於在1930年代末至二次大戰敗戰之前的各型德國空軍軍用飛機之上。稍後出現的容克斯Jumo210G型19.7L排量倒V12機械增壓發動機亦裝備了由Lichte博士所開發的缸內直噴系統。

世界首臺缸內直噴發動機,戴姆勒-奔馳DB601A型發動機

缸內直噴技術在汽車上的首次運用則是戰後的1955年的奔馳300SL,這款傳奇車型的發動機使用了博世方面提供的直噴技術。而後除了美國的AMC和福特公司在1970年代的少量運用之外,缸內直噴技術很少出現在汽車領域。近年來缸內直噴技術在汽車上的大規模使用則始於三菱,1996年三菱的GDI直噴技術開始被應用於一部分4G93型發動機上。1997年,日産Leopard開始使用VQ30DD型直噴發動機。1998年,豐田發佈了使用其D-4直噴系統的1AZ-FSE發動機,並用於當年的Avensis。1999年,雷諾發佈了其直噴科技車型,同年,標致雪鐵龍、現代、沃爾沃則向三菱購買了其GDI技術的使用權。而直到2000年,大家耳熟能詳的大眾FSI技術才誕生,運用在當時的lupo之上。

VTEC鼻祖之DOHCVTEC──B16A型發動機(1

技術的豪華是必須要有一個好的並且成功的産品來證明,而這一實用化的成品也就是1989年4月19日發佈的IntegraRSI(DA6)和IntegraXSI(DA6/DA8),這兩款不同配置的Integra首次搭載了使用VTEC技術的B16A型自然吸氣發動機。自此開始,B16A發動機開始取代之前在1980年代末本田小排量發動機當中顯赫一時的同為1.6L排量的ZC型成為新一世代的本田小排量發動機的性能標桿。

本田史上首臺VTEC車,Integra RSI(DA6)

而在稍後的1989年9月22日發佈的車體更輕的CR-X SiR(EF8)思域SiR/SiRII(EF9)更是把B16A發動機捧上了神壇。而從此之後,先前堪稱千六排量標桿之作,幾乎統治了1980年代的這一排量賽事的豐田4A-GE發動機(記得豆腐車AE86嗎?AE86以及後繼的AE92、AE101、AE101一直是用這發動機的)就一直生存在本田的陰影之下,退到了跟隨者的位置。

同為1989年發佈的CR-X SiR(EF8),首批搭載B16A發動機的車型中的最強

B16A發動機採用DOHC配氣結構,搭配上VTEC機構,也就是所謂DOHCVTEC型發動機,坊間俗稱“大TEC”(還有與之相對的“細TEC”,也就是SOHCVTEC發動機,我們後面的篇幅會介紹到)。缸內結構方面,B16A發動機一改之前的同排量的ZC發動機的小口徑大衝程的豎長方形缸體形狀,改為更利於高轉速馬力發揮的扁長方形缸體形狀,缸徑81.0mm,衝程77.4mm,實際排量1595cc,壓縮比10.2:1,具備160ps/7600rpm的最大馬力和152.0Nm/7000rpm的最大扭矩,紅線轉速高達8100rpm,升功率達到100ps/L水平(配備于自動擋車型的出力水平則稍低,最大馬力為150ps/7100rpm,最大扭矩150Nm/6000rpm,升功率未達100ps/L水平),這一表現可以説是就算到了今天也值得稱讚。更何況這是發生在距離今天足足22年之前的事情。

B16A型DOHC VTEC發動機

而同時代的豐田CorollaLevin(AE92)的4A-GE發動機才只有140ps最大馬力,就算是其頂級GT-Z型號的帶有機械增壓裝置的4A-GZE發動機也才達到165ps最大馬力而已!而歐洲的産品則更為不堪,堪稱歐洲鋼炮不朽名作的標致205GTi的排量大出了400cc的XU9J型2.0L發動機才只有120ps而已。而我們還需要提到的一個事實是,就算是剛剛發佈的豐田86/斯巴魯BR-Z所搭載的具有全新世代的D-4S缸內直噴技術的FA20型引擎也才達到200ps最大馬力而已,升功率也是100ps/L。所以對於22年前B16A靠著DOHCVTEC技術達到的水平,我們恐怕不得不報以極大的讚嘆。

VTEC鼻祖之DOHCVTEC──B16A型發動機(2

但這還不是結束,本田對從1991年下半年開始生産的B16A型發動機進行了進一步的改良,活塞形狀經過微調後,壓縮比上升至10.4:1,配合更為優化的ECU控製程序,動力微幅上升,達到最大馬力170ps/7800rpm,最大扭矩156.9Nm的水平,紅線轉速8200rpm,(自動擋版本則為155ps/7300rpm最大馬力和153.0Nm/6500rpm最大扭矩,紅線轉速7700rpm),升功率在當時冠絕全球(在量産自然吸氣發動機當中)。而後世極其出名的,被視作思域TYPE-R在1997年8月出現前最強思域的EG6(第五代思域中的SiR和SiRII型號的車架代號)正是使用的這款改良後的B16A發動機。

第二版B16A發動機,動力升至170ps

而除了標準的B16A之外,這臺發動機還有著其他一些變種型號,包括早期出口歐洲市場的B16A1型,規格與早期第一版日規版本幾乎毫無區別,但最大馬力稍低,僅有150ps最大馬力,1992-1993年換上了和第二版B16A相同的OBD1尾氣自檢系統;B16A2型則是1992年之後的北美和歐洲用出口版本,性能和規格第一版B16A毫無區別,只不過紅線起始轉速稍低,為8000rpm。B16A3是美規CivicdelSol(EG2)的專用發動機(不是日規EG2哦,日規EG2也是使用第二版B16A的),性能與第一版B16A相同。B16A4則是用於東南亞和澳洲、新西蘭等地區的CivicSiR(EK4)上的變種,性能與第二版B16A完全相同。B16A6是用於南非和中東地區的變種,規格與第一版B16A型號相同。

什麼叫點背?這款CorollaLevin(AE92,也就是著名的AE86的後繼車),充分演繹了這個詞,遇到各類HONDA,她算是結結實實的撞上了一堵石墻

而除了享有首臺VTEC發動機的殊榮之外,B16A也可能是本田的高性能VTEC發動機當中産品壽命週期最長的兩台之一(另一款則是末代的紅頭K20A),從1989年下半年發佈,到1999年年末隨著第六代思域的SiR型號(EK4)的停産而終止量産,這臺發動機足足陪伴著本田和諸多車迷走過了十年的光景。雖然B16A發動機相比之後出現的那些紅頭髮動機們,在用料和製造裝配的精度上有所不如,只能説是高性能化的一款動力裝置,而不是準賽車級別。

思域SiRII(EG6),被視作TYPE-R版本車型出現前最強思域的傢伙

但可以説,B16A發動機是本田早年間所有榮耀的開端,憑藉著這款發動機帶來的強大動力,再加上當時的思域以及Integra和CR-X等一系列其底盤基礎上的衍生車型輕盈的車身重量以及貼地性極佳的前後雙搖臂懸挂,本田走上了其對各類小排量賽事的稱霸之路。年齡大一點的車迷可能會記得,曾經一度,在這個級別,本田是根本沒有對手的,本田的對手就只有本田自己。這是一個會被車迷們永遠記得的高性能神話的開端。也許B16A還不夠強大,不夠成熟,但我想,B16A的意義就在於此──她是一切的開端。

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紅袍加身之紅頭髮動機首作──B18C-R型發動機(1

到底是哪家車廠最早把紅色的發動機凸輪軸蓋作為高性能發動機的象徵,現在已經不可考(似乎是意大利人?阿爾法-羅密歐?反正這個不是一向總有點後知後覺的日本人發明的),不過對於任何一個本田車迷或者説日係車車迷來講,所謂“RedTop”,紅頭髮動機,一定是最高性能的象徵。而本田史上的首臺紅頭髮動機正是我們這一章節要説到的B18C-R發動機(另有番號同為B18C的黑色凸輪軸蓋發動機,紅頭版本的番號相同,我們這裡按傳統稱為B18C-R以作區分)。

首臺搭載紅頭髮動機的本田,史上第二部TYPE-R,Integra TYPE-R(DC2)

作為B系列發動機當中最高性能的一個子系列(B18並非最大排量的子系列,另有排量更大的B20和B21),B18C中第一個型號,B18C1型發動機最早出現在1994年的美國市場的IntegraGS-R(DC2/DB8)之上,當時這款發動機並不算什麼很顯山露水的型號,因應美國市場更喜歡較大排量的傳統,本田方面簡單的將B16系列發動機的衝程提高到87.2mm,缸徑保持81.0mm,將排量提高到1797cc,並加入之前曾運用於NSX(NA1)所採用的C30A發動機VCIS可變進氣歧管技術得來了這臺發動機。從動力輸出方面來講,B18C1並不算是十分強橫的一個,在10.0:1的壓縮比下,最大馬力為比同時代的後期型B16A發動機稍大的173ps/7600rpm,最大扭矩則提升較大,達到174.0Nm,斷油轉速8100rpm,因排量擴大,升功率反而不及更早誕生的B16A後期型版本。

作為本田車迷,還應該知道這傢伙,Sedan版的IntegraTYPE-R(DB8)

而後出現的用於本田史上第二款TYPE-R車型,IntegraTYPE-R(DC2/DB8,DC2為liftback三門構型,DB8則是sedan四門四座構型)──第一款是1992年11月發佈的NSXTYPE-R(NA1)──的B18-R型紅頭髮動機則真正把B18C們捧上了高性能的神壇。這款發動機是基於經常被車迷們忽略的B18C1型發動機為基礎開發的,也因此被視為本田第一台市販準賽車級發動機。具體來講,這一系列改良包括換用更高強度的鉻合金碳鋼連桿,改用鍍鉬鋁合金材質活塞,從6度普通火花塞改用7度鉑金火花塞(一般可沒什麼車原廠就用這種火花塞),將節氣門口徑從60mm提高至62mm,並從雙口式進氣歧管改為單口式進氣歧管,也就是説取消了可變式進氣歧管設計。

B18C-R型紅頭髮動機,截止1990年代末的最強紅頭髮動機

同時B18C-R更換了新的凸輪軸,進氣側凸輪的進氣提前角從10度改為18度(一説15度),關閉延遲角從40度改為45度,氣門升程從10.6mm改為11.5mm;排氣側凸輪的開啟延遲角從40度改為45度,關閉提前角從7度改為了10度。進氣口直徑從65mm升至70mm,排氣管中段直徑從48.6mm-50.8mm升至57.2mm,尾段從50.8mm升至76mm,另外排氣管的設計為降低排氣阻力,也使用了銳角化的形狀。而通過換用了不同形狀活塞的方式,B18C-R擁有高於一般B18C發動機的11.0:1的壓縮比。而在製造和裝配的精度上,B18C-R採用了和其他B係發動機不同的標準。

紅袍加身之紅頭髮動機首作──B18C-R型發動機(2

一言以概之,B18C-R發動機對原有的B18C1發動機進行了相當徹底的賽車化改良。一般發動機在進行賽車化改造的時候進行的細部調整大致也就是這些,如果您想拿裝配了這顆發動機的車輛直接參賽的話,至少在動力系統設計上是毫無問題的。這也就是本田發動機的紅色凸輪軸蓋背後的那些東西。實際的動力方面,B18C-R發動機擁有足足200ps/8000rpm的最大馬力,以及181.4Nm/7500rpm的最大扭矩。而這還不算完,1998年之後生産的版本則進一步提升至210ps/8000rpm最大馬力(一説維持200ps/8000rpm最大馬力)以及186.3Nm/6200rpm的最大扭矩,不僅馬力更大,而且最大扭矩的爆發轉速也大大提前。

甚至不僅在發動機內部,在排氣系統方面,為了更高功率,B18C-R都做出了相當改良

在後來的B16B、F20C等發動機誕生之前,B18C-R型發動機一直享有民用量産發動機當中最高升功率的稱號,高達111.1ps/L(早期1996年版本)的高額升功率可謂是前無古人,就算是在技術已經更為發達的今日,也是值得讚嘆的水準。而後誕生的後期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氣發動機領域只有F20C以及法拉利458的發動機才可以超越。在十餘年前的1990年代中後期,這樣的水平完全可以説是獨孤求敗。

除了身披紅袍的B18C-R外,本田當時還提供性能稍低的其他黑頂B18C發動機

當然,就像B16A發動機的例子一樣,B18C系列當中也並非只有身披紅袍,光芒耀眼的B18C-R這一個,除了前面我們已經提到過的B18C1之外,還有著很多的産品。比如用於日規IntegraSiR和SiR-G的B18C,規格和用料基本同於用於美規車型上的B18C,但動力稍高,最大馬力為180ps/7200rpm,最大扭矩174Nm/6200rpm。B18C3和B18C4則有和B18C1幾乎完全相同的機械規格和動力輸出,被用於1990年代末的歐洲市場規格的思域(亦有資料指出北美規格的IntegraGSR使用過此種發動機)。B18C5用於謳歌Integra TYPE-R(DC2),B18C6用於歐洲規格的IntegraTYPE-R(DC2),B18C7用於澳洲新西蘭規格的IntegraTYPE-R(DC2),這三款發動機具備完全相同的機械規格,基本等同於日規B18C,但使用和B18C-R類似的一些改良,並具有一樣的紅色凸輪軸蓋涂裝,具備190ps/8200rpm的最大馬力和178Nm/7300rpm的最大扭矩,是所有B18C當中除B18C-R之外性能最高的一個。

一部車的快慢並不完全取決於動力系統,但B18C-R正是當年的DC2和DB8的最大資本

如果説B16A發動機讓世人初次認識了DOHCVTEC發動機的能力的話,B18C-R就進一步加深了這種印象,無論在街頭巷尾還是賽道,紅頭髮動機提供的強大動力開始成為那些身披白色涂裝的本田快車的最大資本。這些高性能化的DOHCVTEC們縱使有高低兩組凸輪,幾乎完全傾向於高轉速的設定也讓在低轉速下其輸出乏力猶如哮喘病人──如果你以2000rpm轉速開著裝置這類發動機的車型,被一台最基礎型號的豐田花冠或者大眾高爾夫超掉也很正常──以歐洲人的標準來看,B18C-R絕對是屬於缺乏日常使用便利性的一類,但沒有任何人能否認這些發動機在競速領域的強大。自此開始,爆發著尖銳轟鳴的紅頭髮動機幾乎開始成為了本田的精神的一部分。

B系列發動機最終進化──B16B型發動機

B18C-R發動機的性能相當之好,作為其搭載車的IntegraTYPE-R(DC2/DB8)也絕對堪稱快車,甚至可以説是2000年前人類所造出來的最快的市販FF車型,但這一切顯然還不夠。為什麼?因為1800cc級別排量實在是個很尷尬的排量,大多數的賽事在2000cc以下級別當中取的都是1600cc的標準,這也就限制了IntegraTYPE-R(DC2/DB8)在賽場上的發揮──除非她準備越級去挑戰一些動力的大得多的傢伙。

就是這個藍色的傢伙,日産的SR16VE挑戰了本田B16A的最強千六發動機的地位

當時的本田顯然不希望自己的車僅僅局限于街頭巷尾的公道暴走當中,對於快車們而言,賽道才能驗證一切,賽事成績才是評判的唯一標準。而在1995年,日産發佈的搭載類似于VTEC技術的Neo-VVL可變技術的SR16VE發動機更是對B16A提出了最大的挑戰──這臺日産發動機的動力高達175ps,超越了後期型B16A的170ps,成為當時的最強量産千六排量發動機。對於此種挑戰本田在此一領域霸主地位的情況,那個時代的本田自然無法容忍。於是,在1997年的盛夏八月,史上第三款TYPE-R車型,思域TYPE-R(EK9)誕生,隨之誕生的則是迄今為止最強的量産千六排量發動機,B16B型。(當然,亦有資料指出,日産在1997-1998年提供的擁有200ps動力的SR16VEN1型發動機才是最強千六排量,但那款發動機所搭載的車型僅製造了200部,實在離真正量産有點遠)

本田的回擊很簡單:推出更強的B16B發動機,而搭載車正是這部思域TYPE-R(EK9)

就機械構造角度來講,B16B並沒有什麼新鮮的改動,事實上,可以將B16B型發動機直接視作改用了B16A的81.0mm缸徑與77.4mm衝程的缸體尺寸的,將排量從1.8L降低為1.6L的一台B18C-R型發動機。除缸內內部尺寸、壓縮比(B18C-R為11.1:1,B16B則為稍低的10.8:1)這兩方面存在不同之外,B16B發動機與B18C-R發動機毫無區別,使用的金屬材料和製造精度標準也完全相同,甚至這兩款發動機的中缸高度都為相同的270mm,而兩者採用的凸輪軸蓋也都是一模一樣的。

本田B16B型發動機,第二台紅頭B系列發動機

B16B的出現,給了使用本田車型參加各類N組或者類似N組的規格的賽事的車手和車隊更大的優勢──這裡要稍微解釋下為什麼是N組合類似N組的規格,因為N組規格規定不能改動發動機內部的機械構造和尺寸等,在這種情況下,原廠發動機的強大與否就成了非常重要的問題,如果是更高組別的賽事當中,對更為民用化的B16A發動機進行超過B16B的改動,在賽例上也是毫無問題的,所以對於高組別的賽事,B16B事實上意義不大。

B16B發動機的缸頭內部結構

而對於一般用戶而言,大多數情況下,因坊間的技術條件,以及民用車輛要更多考慮改裝和使用的成本問題,難以對發動機進行從B16A到B16B這樣巨細靡遺的大幅改動,B16B原廠既擁有準賽車級的能力就成了非常重要的事情,B係發動機本身的耐用特性在用料最為奢華,製造和裝配精度最高的B16B上更成了一個近乎于神話的傳説,直到今天,B16B推出多年之後,在日本之類的地方,那些奔跑了遠超過十萬公里的B16B都依舊曆久彌新,在為用家們良好的服務。而經過妥善維護保養的B16B,經過如此之長的歲月,更沒有什麼通常會在一般發動機上出現的大幅出力下降的問題。也許,這正是這些舊日的紅頭髮動機最大的魅力所在。

本期的前篇內容為大家介紹了VTEC技術的簡單原理和三款早期的高性能B系列發動機,而在接下來的中篇當中,我們將為大家帶來三段式VTEC的原理介紹,VTEC中的冷門産品,D15B、H22A/H22A7以及C30A/C32A的介紹。

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