丰田的骄傲 一代名机3S-GE引擎拆解
发布时间：2021-07-05 21:32:13来源：无敌汽车网
这是一台丰田与雅马哈合作开发的高转性能引擎，曾经服役于门下小悍将MR2、Celica和RS200等车型之上。从出生的1984到1998年14年的时间里，3S-GE经历了五代技术更新，后浪推前浪，最终竟然进化出210匹的马力输出，也算成全了万人传颂的美名。不过想想3S-GE的对手F20B跟H22A这些同级别自然吸气界统治级别的机器们，你也会不禁为他捏一把汗，感叹这210匹是只能多不能少的，否则就谈不上竞争关系了。早前就说过这部IS200《静待不喧嚣IS200（GXE10）静态赏析》瞄着师哥RS200蠢蠢欲动，核心的3S-GE其实早已落实在那里。最近借着拆散检查引擎内部成色的机会，我零零散散地拍了一些图，这篇文章就带大家简单看下这台3S-GE的内里。
这么牛逼的一台的引擎，我觉得有必要了解一下他的进化史。初代3S-GE诞生于1984年，分成低功率的美规版本和高功率的日规版本。搭载在CelicaGT-S(ST162)身上138匹马力的3S-GE是北美市场上唯一可选的3S-GE，而日本国内的版本则有160匹的马力输出，也仅仅可以在Camry身上找到他。第一代3S-GE服役了六年，从1990年开始，第二代引擎开始服役。丰田新型T-VIS可变进气技术取代了原来的ACIS系统，让引擎变得更可靠和更高效，动力输出也变成165匹（日规）和156匹（欧规）。第三代3S-GE的压缩比提高至10.3：1，日规的最大功率提升至180匹。
从1997年开始生产的第四代开始，3S-GE迎来了“BEAMS”系统的武装。BreakthroughEnginewithAdvancedMechanismSystem，用先进的机械系统来让引擎实现突破。翻译成大白话就是丰田给3S-GE安上了自家的VVT-i智能可变气门正时系统。拥有各种名字的可变气门正时系统一直是各种性能NA引擎出名的法宝，这不，效果是立竿见影的，这一代红顶3S-GE的输出一下子窜到200匹（日规，手动变速箱匹配），跟本田叫板的底气也越来越足了。1998年，最强3S-GE发布，黑顶BEAMS只搭载在日本国内的AltezzaRS200上，装备了可同时调整进气和排气凸轮轴的双VVT-i系统，在装备J160六速手动变速箱的手动车型上，有钛制的加大进排气气门和11.5：1的高压缩比的帮助，能够有210匹的马力输出和22公斤米的扭矩输出。
图：铸铁制造的缸体有足够的强度。同样封闭式水道设计保证了缸体强度，但冷却效果不如开放式水道好。
图：凸起的活塞表面是NA机器提高压缩比惯用的手段。另外，YAMAHA在活塞的配重方面一直要求严格，总是尽量保证四颗活塞的重量相当。当然了，作为一辆民用车，这个凸起相对于改装公司们提供的产品，幅度并不算大。
图：引擎冷却水水泵及外部管路，同时兼顾了暖气系统的热水供应。
图：可以看到引擎本体的制造商为日本知名汽车零件OEM商AISIN。
图：在那个年代，无可否认地，日系高性能引擎的内部加工精细度比欧系要好得多。
图：经过配重的曲轴能够使曲轴的质量中心落在旋转轴心上，保证引擎运行的平稳性。
看完3S-GE的光辉进化历程，我们再来细看眼前这台最强版本引擎本身。这是一台四缸引擎，由于RS200的FR布局，引擎采用了纵置的形式。像绝大多数性能引擎那样，3S-GE为铸铁中缸搭配铝制缸盖设计，没有像对手H22A那样采用全铝制造，想必是出于3S-GTE对缸体强度的需求考虑。这里普及一个小知识点，这是一幅“non-interference”引擎，这种形式的引擎内部活塞运行的上止点与气门下探的下止点之间依然存在空间，即使带动凸轮轴运动的正式皮带或链条断开，气门落在最下方，此时上升的活塞也不会触碰到气门，避免了气门或活塞损伤的惨剧发生。相反的，“interference”则存在这样的风险，但优势是这种引擎的活塞有更多地上升空间，可以做到更高的压缩比。现在绝大多数的引擎为“non-interference”引擎设计。
NA引擎想要表现出色，手段无非是高转速化和高压缩化。前者可通过凸轮轴的角度设计、气门、气门弹簧等部件的配合优化来实现。后者先天高压缩比的实现则主要依靠活塞和燃烧室的形状设计。像3S-GE这样典型的高转性能机器内部必然存在高压缩比的特征点。诸如他的活塞，采用了表面凸起的设计，又诸如他的燃烧室，工程师把他设计成进排气和点火效率都很优良的屋顶形状。
图：3S-GE缸盖部分。
图：燃油喷射到了第五代依旧是DENSO在负责。
图：原厂燃油调压阀。后续想要供油稳定并增大油轨中燃油压力，副厂产品是必须要更换的。
图：这幅图让人很快联想到生死气打磨，原厂的进气管道内壁粗糙，打磨光滑可以减少进气阻力，但又不宜太光滑，通常做法是在表面留一些细小的起伏，好让空气产生小的气旋，方便后面与燃油的充分混合。
图：“死气道”的打磨就是越光滑越好了。不过气道打磨属于追求极致的高级改装手法，代价大，效果也没有想象中如服伟哥般明显，因此很少普通车友会去做。
图：3S-FE身上注重燃油经济性考虑的窄进排气门夹角设计不再出现在3S-GE身上，毕竟这是一台丰田想要打出名堂来的性能引擎。图上可以看到，3S-GE的进排气门夹角是比较宽的。
图：第五代3S-GE在进排气门的尺寸上也都有改变。上方直径较大的为进气气门，直径为35mm，下面为直径为29.5mm的排气气门，均为钛合金材质（仅限MT车型）。火花塞位于正中间。这个角度可以略微看出燃烧室“屋顶”状的结构，这种结构可提高进排气和点火的效率。
图：水道入口，长时间的使用让里面布满了水垢，所以，对于爱车的人，在选择冷却液的时候都会很考究，不会贪图便宜和方便而选择用普通的水，而且高品质的、甚至专为改装引擎而出品的冷却液更是他们的最爱。
图：跟同时代流行的本田高性能引擎有很大的分别，因为没有可变气门升程系统，所以3S-GE采用了更为直接的凸轮直顶气门的形式，简单粗暴但效果直接。
图：位于缸盖两端的凸轮轴位置传感器，负责向ECU传递凸轮轴位置信号，为点火控制的主信号。
3S-GE身上另外一个重头戏就是上面说的BEAMS，双VVT-i可变气门正时系统了。VVT-i系统通过调节凸轮轴角度来实现气门开启的时机的改变，提高进气冲量系数，提高引擎的功率和扭矩。3S-GE中的双VVT系统可同时对进气和排气侧的凸轮轴角度进行控制，在气门重叠和气门开闭时刻的设定上比单VVT系统的自由度和精准度都高很多。丰田的VVT-i系统只是单纯的改变气门正时，气门升程那是后来的VVTL-i才做到的，不过相比之前仅有两级变换的VVT，VVT-i对凸轮轴的提前或延后实现了无极控制。其结构跟VVT没有太大区别，OCV油压控制阀推动油压活塞使得VVT驱动轮内连接凸轮轴的内螺旋齿轮转动，带动了凸轮轴的转动，从而实现气门开启的提前或迟后，最终进气侧凸轮轴的可调角度为25度，排气侧为15度。行车电脑按照车辆起步、小负荷、中负荷、高负荷中低转速和高负荷高转速五中不同的引擎工况制定了五中不同的气门正时模式，他们分别有不同的气门提前角、延迟角和进排气门重叠角。
图：全铝合金的进气歧管，成本高昂，所以到了今天，很多新车均已采用了工程塑料材质，美其名减重，但成本便宜何止一个数量级？
图：铝制进气歧管不存在塑料歧管因为气体压力过大而产生的膨胀现象。短而粗的设计一看便是为了匹配引擎的高转特性，不过对低扭就是不利因素了。
图：九十年代末的引擎，在可选的情况下，绝大部分高性能引擎都会毫不犹豫地选择拉索式，宁愿牺牲一点所谓的精准控制燃油喷注量也在所不惜，为什么？拉索式的油门反应，即使到了今天的科技水平，论响应性，也只能达到它的八九成功力。
图：进气歧管内壁打磨也能帮助提高进气效率，但歧管打磨相对于缸盖上的打磨工序而言，难度更高，所以这个事情一般只有MUGEN、TRD或者NISMO那样的公司会干。
店里的师傅说这台3S-GE腹内的工况很好，跟IS200一样难得好成色。面对这一对脏兮兮冰冷冷的零件儿你或许无法感受他作为丰田家族性能代表所散发出来的魅力，210匹也不是你对着打散的这堆东西能够空想出来的。倘若他出生在本田家族，或许没有这么强的光芒，因为那个年代的本田尽出这些高性能NA小怪兽，台台都是经典。也不是说丰田造不出这样的引擎，丰田就应该背负平庸的形象，3S-GE之所以经典，用一位前辈的话讲就是，因为他是丰田引擎标准化大全下难得的高性能产物。他的意义要远远胜于当今86身上的4U-GSE，好吧，我不应该拿他来跟斯巴鲁的FA20比的。
