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解读高性能自然吸气发动机的发展－转自汽车之家武迪

1 10 发布于 2011-12-17 10:54:17 只看楼主修改帖子

阅读提示：

尊敬的网友您好，本系列连载***的主要内容是介绍自然吸气发动机的发展史，是按编年体按顺序下来的，共分为四篇。请不要误解为日系自然吸气高性能发动机的发展史，请各位在仔细阅读后慎重发表评论，谢谢。

如今涡轮增压已经成为标榜发动机高性能的重要指标，坚持多年自然吸气发动机技术不变的宝马汽车，也加入了涡轮增压欧系车的行列。

即便是在超跑领域，保留纯自然吸气发动机传统的品牌，恐怕也只剩法拉利、兰博基尼等少数几个处于金字塔尖位置“豪车”。

不过环顾目前的汽车市场，真正称得上高性能涡轮增压发动机的车型其实并不多。其中的原因并不难理解，高性能涡轮增压发动机就需要规格更大的增压器，即便采用双涡流、滚珠轴承等减低涡轮迟滞的技术，高增压带来的涡轮迟滞现象仍是无法完全避免的。

进气流量的大幅度提高，需要同样大幅度提升的供油量，当然结果也是很小的排气量就可以获得很强的动力。

所以不要说GT-R、911 Turbo、911 GT2这样的涡轮增压超跑，就是斯巴鲁翼豹WRX STI、三菱Lancer Evolution这样的高性能涡轮增压四驱运动车型，市区行车的百公里油耗也很难低于16升。即便是常规性能的涡轮增压机型，实际油耗也并不一定比动力输出相同、排气量更大自然吸气发动机更低。

因为目前汽车发动机大都采用进气压力传感器为行车电脑提供供油信号，实际的喷油量并不一定由节气门的开度决定，特别是电子节气门的广泛应用，油耗完全由驾驶习惯、行车电脑的运算能力决定。

早期的电子燃油喷射系统，行车电脑提供喷油量信号的主要依据，就是进气流量计所提供的进气流量信号，所以排气量、节气门开度（踩油门踏板的深浅）成为决定实际油耗的主要因素。

举个例子，如果排除变速箱、车辆设计的因素，160马力的1.8TSI发动机的平均油耗，并没有比180马力的2.4升K24Z5明显降低。或者可以这么说，自然吸气发动机通过先进的设计，同样可以有效提高发动机的燃油效率。

而用于量产车型（非超跑车型）的高性能自然吸气发动机其实一直都存在着，在动力性能上并不比涡轮增压发动机差，同时保持着较低的成本和紧凑的结构。日系汽车品牌中包括丰田、本田、日产、三菱、马自达，德系汽车品牌包括宝马，法系汽车品牌雷诺、标致、雪铁龙，英国汽车品牌罗孚都曾是其中的佼佼者。

早在1970年丰田汽车就在Corolla(AE86)的前身Corolla(TE71)上配备了1.6升顶置双凸轮轴8气门2T-G发动机，这款发动机采用了正时链条驱动的配气机构、全铝缸体、85毫米缸径70毫米行程的“短行程”等看似很高性能的设计。但是为了达到尾气排放标准，末期电喷版的压缩比降至8.4，仅8气门的配气机构并不能本质提高进排气效率，所以动力输出仅能在6000转时达到115马力。1972年2.0升的18R-G动力最强的版本，也不过在6400转输出145马力。

1983年由雅马哈协助开发的4A-GE诞生，成为第一代MR2和Corolla GT-APEX\GTV\GTS的动力系统，而雅马哈的高性能方法就是进、排气门夹角达到50度的顶置双凸轮轴16气门缸盖，进排气道截面积也大幅度提高，缸径81毫米、冲程77毫米也更趋向平衡，实际排气量为1587cc，压缩比提高到9.4，并采用了更先进的进气压力传感器和运算能力更强行车电脑。结果就是在6600转时可输出130马力，148牛/米峰值扭矩在4800转时达到。

1987年末期版4A-GE因其气门室盖上“TWIN CAM 16 VALVE”字样采用了红色涂装，所以又被称为“红头4A-GE”。缸体和曲轴轴承座均经过特别强化，为了改善进气效率减少了一定的进排气道截面积，进气歧管也进行了相应的改进，压缩比提升至10.3：1。

并采用了赛车常用的“全浮式”活塞销（活塞销可在活塞和连杆之间自由转动），可以适应更高的工作转速，在每个活塞下方还增加了用于冷却活塞底部的机油喷嘴，结果是动力输出在7200转时达到140马力，最高转速达7600转，升功率达到65千瓦（88马力）。

为了改善低转速扭矩输出，4A-GE 16V系列发动机均采用了T-VIS可变进气系统，通过简单的真空控制阀，可在低转速时临时关闭其中的四个进气门。

1986年第一代宝马M3诞生，开始只配备了一台排气量2302cc（2.3升）顶置双凸轮轴16气门直列四缸自然吸气发动机。这台编号为S14B23的宝马首款高性能四缸发动机，缸体改进自用于第一代3、5系的1.8升M10机型，缸盖则来自用在第一代M5和M635CSi车型上的M88/3，主要区别是改为四缸使用的规格。

同样使用了减少至四个的独立节气门（四喉直喷），没有三元催化器的版本最大动力输出在6750转时达到200马力，后期的EVO 2版本可达到220马力。1990年排气量提升至2467cc（2.5升）的S14B25机型推出，84毫米的冲程不变，缸径则由93.4毫米加大至95毫米，最大动力输出达到238马力，峰值扭矩达到255牛/米。

这一版本的M3 0-100公里/小时加速用时仅6.1秒，极速可达248公里/小时。升功率达71千瓦（96马力），不过S14B23\25系列发动机并没有任何改善低扭的技术，独立节气门虽然高转速进气效率极高，但低扭并不算理想。

1989年本田在第三代Integra XSi/RSi，第二代CRX SiR和第四代Civic SiR车型上，配备了实际排气量1595cc(1.6升)的B16A发动机。B16A采用了和4A-GE很接近的81毫米缸径、77.4毫米冲程，压缩比为10.2：1，同时采用了强化气门弹簧、高压缩比低公差活塞、全浮式活塞销、强化连杆和高度平衡处理的曲轴，使B16A的最高转速可达8100转。

不过，本田开发的VTEC(Variable Valve Timing and Electronic Lift Control)可变气门正时及电子升程控制系统，才是让B16A能在7600转时达到160马力、升功率达到74千瓦（100马力）的关键。VTEC系统的工作原理和仅靠改变正时齿盘与凸轮轴相对位置的常见可变气门正时系统截然不同，用于B16A发动机的又称为DOHC VTEC。