主流轎車發動機技術解析

第1頁：思域：本田i-VTEC

在目前市售的主流家用車當中，發動機氣門正時技術已經日漸普及，包括一些採用自主技術的廠家。追溯起來，最早在氣門正時上做文章的汽車廠家是義大利的阿爾法羅密歐，他們率先採用了兩根凸輪軸來分別控制進氣和排氣的氣門，也就是我們今天說的DOHC雙頂置輪軸。近四十年的發展歷程中，可變配氣技術已經不再是什麼難題，各大廠商也都在這一技術領域取得了自己的成績。下面我們就來列數一下目前市面上比較主流的使用了幾種可變配氣技術的發動機。

如果簡單的歸類，目前的發動機配氣技術主要分為幾種，一種是可變氣門正時，即對進氣或排氣的正時可以根據發動機轉速、進氣壓力和車速等參數調節，是通過改變凸輪軸旋轉的角度來實現的。可變氣門正時可以進一步分為連續可變和分段可變。連續可變是指氣門疊加角可以在一定範圍內進行連續的變化，分段可變則是只能在兩到三個角度之間切換，而目前的技術基本上都可以實現連續可變了。另一種為可變氣門升程，即可通過技術手段改變氣門打開的升程，改變進氣量，從而增加氣缸內的壓力並使燃燒效率得到改善，提高動力輸出。除了這兩種主流的技術以外，還有一些其他配氣技術，如可變進氣歧管、可變渦流控制等。

●思域i-VTEC可變氣門正時和升程

其他車型：飛度、鋒范、雅閣、奧德賽

說到本田的i-VTEC，很多人都知道。應該說，本田是第一個研發出可變氣門升程技術的汽車廠商，過去的VTEC技術前面加了一個i，就表示在可變氣門升程的基礎上增加了可變氣門正時技術。而應該讚揚的是本田對旗下車型一視同仁的態度，所有車型的發動機均採用了這套系統，不分是小型還是中型。不過，作為率先在80年代即研發出雙凸輪軸的汽車廠家，目前依然在眾多車型上使用SOHC單頂置凸輪軸的發動機（如飛度、鋒范、思域乃至雅閣2.0），也挺令人費解。

思域

思域1.8升發動機使用SOHC單頂置凸輪軸，也就是由同一根凸輪軸來控制進氣門與排氣門的打開與關閉動作。從結構上看，同一根凸輪軸無法實現對進排氣的分別控制，所以對於正時相位重疊角的調節就無法做到連續調節。不過，雖然不如雙凸輪軸的發動機更理想，但基本能夠達到這套系統的要求。

首先，氣門升程的調節是靠增加了一組較高的中間凸輪和搖臂來實現的，三根搖臂內部裝有由液壓控制移動的小活塞。發動機低速時，小活塞不動，三根搖臂分離，正常進排氣，進氣量較少。當發動機轉速升高達到某個設定值時，ECU會指令電磁閥啟動液壓系統，推動搖臂內的小活塞，使三根搖臂鎖成一體，一起由中間凸輪驅動，由於中間凸輪更高，升程自然就增大了。

這套系統由發動機電子控制單元（ECU）控制，通過接收各感測器（包括轉速、進氣壓力、車速、水溫等）的參數並進行處理，輸出相應的控制信號，然後利用電磁閥調節搖臂活塞液壓系統，從而使發動機在不同的轉速工況下由不同的凸輪控制，影響進氣門的開度和時間。

此外，在發動機低負荷時，進氣門不像其他車型常規的半閉合狀態，而是全部打開。此時進氣順暢，並減少了進氣時的能量損失，而當活塞運行到下止點的時候，進氣門並不關閉，而是在活塞上行一段距離之後再關閉，此時有一部分新鮮的空氣被回推到進氣道，進氣門關閉，這部分空氣則可以留作下次進氣門打開時再使用，既節省了油耗，又減少了排放。而在發動機高負載時，則按照正常的方式進行凸輪驅動，可以保證大功率輸出。

跟大多數只能改進氣門正時的配氣技術相比，本田顯然要更勝一籌。因為，可變正時只能改變氣門打開的時機，卻並不能改變進氣量，因此對於動力方面的提升作用並不顯著。而可變氣門升程則因為可以通過控制氣門打開的升程而改變進氣量，從而使燃燒更充分且效率更高。不過，本田i-VTEC系統對氣門正時的調節僅限於進氣門，而且也不是連續可調的，如果未來要將這套系統擴展到既可以分段調節氣門升程，又能同時調節進排氣正時的話，單頂置凸輪軸的發動機顯然就不適用了。第2頁：戈藍：三菱MIVEC

●戈藍三菱MIVEC可變氣門正時與升程

三菱4G1系列的發動機在國內的普及程度非常高，但是並沒有使用MIVEC可變正時與可變升程技術。而新近推出的4A91系列1.5升發動機，已經使用了MIVEC的新型號，在一些小排量發動機上正在逐漸推廣使用，比如駿捷FSV。不過，在這些小排量發動機上使用的MIVEC系統只有可變氣門正時一項技術。

LancerEX

而在進口版的LancerEX的兩款4B11（2.0L）和4B12（2.4L）發動機上面，都使用了DOHC雙頂置凸輪軸結構，MIVEC應該也不是完整版本，借用三菱汽車官網的話是「採用獨有的MIVEC（三菱創新式氣門正時電子控制系統）技術，可在任何轉速範圍，調節氣門正時達到最佳表現」。不過，在我們就這個問題諮詢三菱廠方相關人員時，得到的答覆是LancerEX的兩款發動機上都有MIVEC可變氣門與升程技術。另外，國產戈藍上使用的2.4升發動機上也是可以同時調節氣門正時和升程的的MIVEC系統。

三菱傳統的MIVEC可氣配氣系統包括了氣門正時與升程，而升程可變跟本田的VTEC原理是一樣的，通過氣門搖臂分兩段變化，更偏重高轉速的動力輸出。在傳統的SOHC單頂置凸輪軸上，四氣門發動機的兩個進氣門上，MIVEC有一個輔助開關係統，分為低速和高速兩種模式的凸輪，用於調節氣門升程。在低轉速狀態下，進入氣門的空氣量由於氣門升程差而增大，同時設計成偏向於較低的燃油經濟性、低排放和高扭矩。轉速拉高後，由於進氣門開啟時間改變和升程增加，使得進氣量明顯增大，從而使輸出功率隨之提升。

氣門正時與其他可變氣門正時技術原理相同，都是由專門的油壓控制閥來做核心控制，ECU接收的各感測器信號來進行判斷，通過機油的壓力使活塞做橫向移動，帶動鏈輪相對閥殼體轉動，使凸輪轉角發生改變。第3頁：G37：日產VVEL

●英菲尼迪G37VVEL可變氣門正程+C-VTC可變氣門正時

VQ37發動機上，首次裝備了VVEL可變氣門升程，配合C-VTC可變氣門正時，雖然在年代上不如本田早，但日產也終於可以揚眉吐氣了。唯一讓人感到遺憾的是，這套系統還沒有普及到日產品牌下面的普通家用車型上。VQ37是日產VVEL技術的首次應用，這台3.7升發動機，最大馬力是330bhp，升功率達到了89.2bhp。

G37

那麼日產的VVEL是如何實現這一功能的？普通發動機的氣門驅動組，由氣門、凸輪軸、凸輪、搖臂等組成。而日產的VVEL系統將凸輪軸上的凸輪全都改為偏心輪設計，搖臂也是套在偏心輪上，並額外增加了搖臂控制機構。

日產的VVEL

搖臂通過偏心輪套在控制軸上，可以在直流馬達帶動下可以旋轉一定角度。當發動機在高轉速或者大負荷時，直流馬達帶動螺桿轉動，套在螺桿上的螺套向馬達橫向移動，與螺套聯動的機構使得控制軸逆時針旋轉一定角度。由於搖臂套在控制軸的偏心輪上，因此搖臂的旋轉中心下移，也就相當於搖臂位置距離氣門更近，所以，凸輪軸旋轉時氣門的開啟角度也就更大。

當發動機中、低轉速或者低負荷時，ECU會下達命令，令馬達驅使螺套做遠離的橫向移動，聯動機構使控制軸順時針方向旋轉，偏心輪圓心上移，搖臂旋轉中心跟著上移，於是搖臂距離氣門的距離變遠，凸輪軸旋轉時氣門的開啟角度也就隨之變小。

由於馬達的轉動是線性的，它可以控制氣門在最大升程和最小升程之間連續變化，因此，這種設計可以讓發動機動力輸出平滑，不會有突兀感。再配合C-VTC可變氣門正時，發動機在保證線性輸出的基礎上，可以令低轉更平順，高轉則能達到更大的功率輸出。第4頁：睿翼VIS+S-VT/卡羅拉雙VVT-i

●睿翼VIS慣性可變進氣系統+S-VT可變氣門正時

馬自達的技術是採用VIS慣性可變進氣，即通過改變進氣歧管的形狀和長度，低轉速用長進氣管，保證空氣密度，維持低轉的動力輸出效率；高轉用短進氣歧管，加速空氣進入氣缸的速度，增強進氣氣流的流動慣性，保證高轉速下的進氣量，以此來兼顧各段轉速發動機的表現。

馬自達6睿翼

簡單地說，發動機氣門在關閉時氣體會因為慣性而保持對氣門的撞擊，然後形成反彈，如此反覆，在節氣門和氣門之間形成振蕩，如果下一次氣門打開時，振蕩剛好衝到氣門就會使這一次的進氣出現一個微小的增壓效應，使得進氣效率變得更強。

而馬自達6的樹脂進氣歧管設有一個可以改變進氣管通路容積的氣門，該氣門可以改變慣性進氣的共振頻率，在轉速4500rpm時會發生不連續的轉換。每一種狀態都被調諧為將一股壓力在不同的轉速下回送到進氣門。兩條進氣通路在特定轉速下進行轉換，從而在進氣口產生類似增壓器的效果，獲得更寬的扭矩範圍。

目前，在福特和馬自達的車型上多數都在使用VIS慣性可變進氣系統，例如福克斯、馬自達3、馬自達6等等。同時，與VIS相配合的是S-VT可變氣門正時系統，S-VT跟其他的VVT之類的原理都是一樣的，將靜態凸輪軸安裝在一個齒輪嵌齒上，可以改變凸輪軸的轉動速度，由此提早或延遲打開氣門從而改變進氣正時。

●卡羅拉雙VVT-i進排氣均連續可變

豐田的雙VVT-i技術一向很不低調，在卡羅拉的車尾就明晃晃地貼著DVVT-i的標識。這個片語表示的是它擁有進排氣連續可變技術，也就是說可以根據發動機轉速的不同，使進氣門與排氣門重疊角可以實現連續可變。

卡羅拉

由於與不同轉速下的發動機匹配得更加平順，動力輸出方面也會更加線性，同時排放和燃油經濟性也能夠得到相應的改善。卡羅拉1.6升雙VVT-i發動機在參數上顯得很突出，最大功率可以達到90KW，在同排量的自然吸氣發動機中幾乎難覓對手。

這套系統能夠控制進氣門凸輪軸在50°範圍內調整凸輪轉角，使配氣正時滿足優化控制發動機工作狀態的要求，從而提高發動機在所有轉速範圍內的動力性、經濟性和降低尾氣的排放。VVT-i系統主要是由VVT-i控制器、凸輪軸正時機油控制閥和感測器三部分組成。其中感測器有曲軸位置感測器、凸輪軸位置感測器和VVT感測器。第5頁：悅動CVVT/邁騰可變氣門相位

●悅動CVVT連續可變氣門正時

實際上，可變氣門正時技術的應用，在各家廠商當中的叫法五花八門，比如現代汽車的CVVT就很容易被人誤看成CCTV。悅動搭載的α-1.6L發動機，使用了CVVT連續可變氣門正時技術，最大功率為112馬力/6000rpm，最大扭矩145N·m/4500rpm。

悅動

CVVT的原理跟豐田的VVT-i其實是一樣的，進氣凸輪軸驅動齒輪內裝有小渦輪，可以相對齒輪殼做相對旋轉，當發動機由低速向高速轉換，ECU通過液壓閥將機油壓向小渦輪，使其相對於齒輪殼旋轉一定角度，凸輪軸在60度的範圍內向前或向後旋轉，進氣門開啟的時刻隨之改變。保證了發動機按照不同的工況改變氣門開啟、關閉時間，既保證動力輸出又可提高燃油經濟性。

這套系統的核心是油壓控制閥，而電腦（ECU）會根據輸入信號（發動機轉速、進氣量、節氣門位置、發動機溫度等）來決定油壓控制閥的操作，並利用凸輪位置感應器及曲軸位置感應器，來決定實際的進氣凸輪的氣門正時。

當發動機啟動或關閉時，油壓控制閥位置受到改變，而使得進氣凸輪正時處於延後狀態。怠速或低速負荷時，正時處於延後的位置，以改善平順性。當中低速高負荷時則處於提前角位置增加扭矩輸出。而在高速負荷時則處於延遲位置以利於高轉速操作。當發動機溫度較低時凸輪位置則處於延遲位置，穩定怠速降低油耗。

●邁騰可變氣門相位

邁騰的發動機，不管是1.8TSI還是2.0TSI，都屬於比較新的EA888系列。而相對於老款奧迪A4上使用的EA827系列發動機，EA888有幾點改進之處，除了之前在另一篇文章中講到的增加了幾個噴油嘴之外，還有一項就是增加了可變進氣相位的技術。

邁騰

不同於老的EA113系列依靠兩個凸輪軸間的傳動鏈張緊器實現進氣正時可變，EA888在進氣凸輪軸的驅動齒輪端加裝vane-type凸輪軸相位調整裝置，跟前面講過的結構基本一樣，也是由機油壓力控制的，從而可以保證進氣門的正時可以連續調整。

相比日系廠商，大眾在發動機可變相位方面似乎一直比較低調，既不太著重宣傳，也沒有特別新鮮的技術亮點。單從發動機技術上看，這種可變相位的實現是最簡單的一種，相當於豐田的VVT-i，只是沒有在排氣端安裝同樣的控制系統。

結語：應該說，汽車技術僅僅先進還是遠遠不夠的，能夠普及到大眾層次消費的產品上才具有實際的意義。從這個角度來看，本田和三菱的綜合表現是比較好的，首先在可變氣門正時與升程的控制上先一步擁有了自己的技術，並且能夠針對大多數產品進行普及。而且，市面上對本田和三菱的發動機在燃油經濟性方面表現的評價也是不錯的。

除了本文提到的一些可變氣門正時和升程技術以外，還有很多其他大品牌廠商也有類似的或更高級的技術，例如寶馬的VANOS、奧迪的AVS、保時捷的VariocamPlus等等。同時，國內各自主品牌也已經在使用一些氣門正時技術，例如長城的VVT、吉利的CVVT等，均是基於相同的原理而研發的，以後我們會針對這些發動機配氣技術做陸續的解析。

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