本田丰田等车用发动机技术

2024年1月23日发(作者：大众帕萨特2011款)

一、TDI技术

TDI采用了最新的高压燃油喷射技术——泵喷射系统。此系统使柴油与空气混合更充分，燃烧更彻底；同时采用氧化型催化反应器，大大降低了CO、HC、颗粒的排放，其中CO2排放与同排量汽油车比可降低30%。另外，采用EGR系统，大大降低了NOx产生，其排放指标满足EU3标准。

泵喷射系统在技术上的突破带来了柴油轿车理念上的革命，就是柴油轿车的扭矩、车速和以往相比，有如天壤。TDI的最大扭矩可达240N.m/1900转，1500转～3000转宽转速范围内的扭矩输出在200Nm以上。所以起动、加速性能特别优异，最高速度与宝来汽油车相差无几。TDI与1.8T，同样是“T”魅力的上品之作，同样是在各自领域内无与争锋的统治者。

该系统的喷射压力高达1920bar，是针对燃烧质量直接取决于燃油喷射进入气缸时的绝对压力这一因素研发的。TDI发动机每缸一个泵喷嘴，每个气缸作功冲程所需的柴油量被分成预喷射和主喷射两部分，主喷射在预喷射开始之后曲轴转过几度之后才进行，它们之间的间隔由一个液压机构控制。喷射时刻、喷油量以及停喷时刻都是由一个电磁阀控制的。采用该技术使柴油发动机达到了平稳、高效燃烧的理想状态，并降低了燃烧噪声、降低了尾气中的氮氧化合物的含量。

二、FSI技术

传统的汽油发动机是通过ECU采集曲轴信号盘和凸轮轴位置以及发动机各相关数据从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。汽油在歧管内开始混合，然后再进入到汽缸中燃烧。空气跟汽油的最佳混合比是14.7比1（也叫理论空燃比），传统发动机由于汽油跟空气是在进气歧管内混合，所以必须达到理论空燃比才能获得较好的动力性和经济性。但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，这就的理论空燃比很难达到，这是传统发动机很难解决的一个技术问题。

FSI发动机示意图

把燃油直接喷射到汽缸中就可以解决这一难题。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个高压油泵泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁燃油喷嘴。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，通过对燃烧室内部形状的设计，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气，保证了在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。

如右图所示，高压喷油嘴是直接向气缸内喷射燃油的。而传统发动机的喷油嘴则安排在了进气道中。这就是缸内直喷的最明显特征。

三、VTEC系统

在谈i-VTEC前我们必须先了解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\"

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）外，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。

四、VVT-i技术

丰田引以为荣的VVT—i技术已经应用了10年，这10年中并没有什么大的技术提升和改变。VVT-i即英文VariableValve Timing with intelligence的英文缩写，其中文翻译是“智能.可变配气正时系统”。该系统的最大特点是可根据发动机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，从而在所有速度范围内提高扭矩，并能改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。

发动机都有“发动机控制模块”(ECU)，统管点火、燃油喷射、排放控制、故障检测等。丰田VVT—i发动机的ECU在各种行驶工况下自动搜寻一个对应发动机转速、进气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置。

VVT—i偏重的是低转速时的特性，但实际上丰田的VVT—i在低于2000rpm时扭力并不丰厚，低转速高挡行车更有扭力不足的感觉。这是因为VVT—i的运作并不能覆盖低转速的范围，只能靠挡位的配合。而丰田的排挡太注重行驶的平顺，也就导致了整合车的行驶并没有任何激情可言。但起步加速阶段的冲力不错，这也是特意调校用来满足城市驾驶的特点。

五、MDS技术

所谓的MDS，实质上与其它的可变排量技术一样，都是依靠关闭相应的汽缸来达到节省能耗的目的。由于Hemi发动机采用的是OHV的结构，凸轮轴山布满了凸轮，无法像本田的VCM发动机那样设计比较复杂的副摇臂和液压控制的连接机构，所以只能在原先的结构上想办法。

Hemi发动机的气门是由凸轮轴-挺柱-推杆-气门摇臂这些机构的串联动作来驱动的，任何一个环节如果能够中断便能够实现关闭气门的设想，但是由于发动机的工况需求，要求气门的开启和关闭控制都足够迅速，这样才能够保证平顺性和较快的响应速度，保证V8发动机原本应有的乐趣。

Hemi发动机的挺柱设计了独特的滑块结构，滑块与气门推杆相连，滑块下方有一个可以定位的卡销，卡销可以使滑块与挺柱成为一体，推动气门推杆，或者使滑块活动，是挺柱无法推动气门推杆。工程师们为卡销在发动机中设计了独特的油道，依靠润滑系统中的润滑油提供液压推动卡销（电磁阀控制），卡销本身带有回位弹簧，当液压消失时便能够自动回位。在发动机正常运转时，卡销将卡住滑块使之不能上下自由移动，挺柱直接推动推杆驱动气门摇臂，而当发动机需要关闭气缸时，卡销松开，滑块便能够上下滑动，挺柱上下移动时滑块与挺柱发生相对运动，不再推动推杆，这样一来气门就被关闭，同时ECU停止向该气缸喷油，便达到了“关闭气缸”的效果，实现了“排量可变”。

八、参考文献

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