豐田的驕傲 一代名機3S-GE引擎拆解

這是一台豐田與雅馬哈合作開發的高轉性能引擎，曾經服役於門下小悍將MR2、Celica和RS200等車型之上。從出生的1984到1998年14年的時間裡，3S-GE經歷了五代技術更新，後浪推前浪，最終竟然進化出210匹的馬力輸出，也算成全了萬人傳頌的美名。不過想想3S-GE的對手F20B跟H22A這些同級別自然吸氣界統治級別的機器們，你也會不禁為他捏一把汗，感嘆這210匹是只能多不能少的，否則就談不上競爭關係了。早前就說過這部IS200《靜待 不喧囂 IS200（GXE10）靜態賞析》瞄著師哥RS200蠢蠢欲動，核心的3S-GE其實早已落實在那裡。最近借著拆散檢查引擎內部成色的機會，我零零散散地拍了一些圖，這篇文章就帶大家簡單看下這台3S-GE的內里。

這麼牛逼的一台的引擎，我覺得有必要了解一下他的進化史。初代3S-GE誕生於1984年，分成低功率的美規版本和高功率的日規版本。搭載在Celica GT-S (ST162)身上138匹馬力的3S-GE是北美市場上唯一可選的3S-GE，而日本國內的版本則有160匹的馬力輸出，也僅僅可以在Camry身上找到他。第一代3S-GE服役了六年，從1990年開始，第二代引擎開始服役。豐田新型T-VIS可變進氣技術取代了原來的ACIS系統，讓引擎變得更可靠和更高效，動力輸出也變成165匹（日規）和156匹（歐規）。第三代3S-GE的壓縮比提高至10.3：1，日規的最大功率提升至180匹。

從1997年開始生產的第四代開始，3S-GE迎來了「BEAMS」系統的武裝。Breakthrough Engine with Advanced Mechanism System，用先進的機械系統來讓引擎實現突破。翻譯成大白話就是豐田給3S-GE安上了自家的VVT-i智能可變氣門正時系統。擁有各種名字的可變氣門正時系統一直是各種性能NA引擎出名的法寶，這不，效果是立竿見影的，這一代紅頂3S-GE的輸出一下子竄到200匹（日規，手動變速箱匹配），跟本田叫板的底氣也越來越足了。1998年，最強3S-GE發布，黑頂BEAMS只搭載在日本國內的Altezza RS200上，裝備了可同時調整進氣和排氣凸輪軸的雙VVT-i系統，在裝備J160六速手動變速箱的手動車型上，有鈦制的加大進排氣氣門和11.5：1的高壓縮比的幫助，能夠有210匹的馬力輸出和22公斤米的扭矩輸出。

圖：鑄鐵製造的缸體有足夠的強度。同樣封閉式水道設計保證了缸體強度，但冷卻效果不如開放式水道好。

圖：凸起的活塞表面是NA機器提高壓縮比慣用的手段。另外，YAMAHA在活塞的配重方面一直要求嚴格，總是盡量保證四顆活塞的重量相當。當然了，作為一輛民用車，這個凸起相對於改裝公司們提供的產品，幅度並不算大。

圖：引擎冷卻水水泵及外部管路，同時兼顧了暖氣系統的熱水供應。

圖：可以看到引擎本體的製造商為日本知名汽車零件OEM商AISIN。

圖：在那個年代，無可否認地，日系高性能引擎的內部加工精細度比歐系要好得多。

圖：經過配重的曲軸能夠使曲軸的質量中心落在旋轉軸心上，保證引擎運行的平穩性。

看完3S-GE的光輝進化歷程，我們再來細看眼前這台最強版本引擎本身。這是一台四缸引擎，由於RS200的FR布局，引擎採用了縱置的形式。像絕大多數性能引擎那樣，3S-GE為鑄鐵中缸搭配鋁製缸蓋設計，沒有像對手H22A那樣採用全鋁製造，想必是出於3S-GTE對缸體強度的需求考慮。這裡普及一個小知識點，這是一幅「non-interference」引擎，這種形式的引擎內部活塞運行的上止點與氣門下探的下止點之間依然存在空間，即使帶動凸輪軸運動的正式皮帶或鏈條斷開，氣門落在最下方，此時上升的活塞也不會觸碰到氣門，避免了氣門或活塞損傷的慘劇發生。相反的，「interference」則存在這樣的風險，但優勢是這種引擎的活塞有更多地上升空間，可以做到更高的壓縮比。現在絕大多數的引擎為「non-interference」引擎設計。

NA引擎想要表現出色，手段無非是高轉速化和高壓縮化。前者可通過凸輪軸的角度設計、氣門、氣門彈簧等部件的配合優化來實現。後者先天高壓縮比的實現則主要依靠活塞和燃燒室的形狀設計。像3S-GE這樣典型的高轉性能機器內部必然存在高壓縮比的特徵點。諸如他的活塞，採用了表面凸起的設計，又諸如他的燃燒室，工程師把他設計成進排氣和點火效率都很優良的屋頂形狀。

圖：3S-GE缸蓋部分。

圖：燃油噴射到了第五代依舊是DENSO在負責。

圖：原廠燃油調壓閥。後續想要供油穩定並增大油軌中燃油壓力，副廠產品是必須要更換的。

圖：這幅圖讓人很快聯想到生死氣打磨，原廠的進氣管道內壁粗糙，打磨光滑可以減少進氣阻力，但又不宜太光滑，通常做法是在表面留一些細小的起伏，好讓空氣產生小的氣旋，方便後面與燃油的充分混合。

圖：「死氣道」的打磨就是越光滑越好了。不過氣道打磨屬於追求極致的高級改裝手法，代價大，效果也沒有想像中如服偉哥般明顯，因此很少普通車友會去做。

圖：3S-FE身上注重燃油經濟性考慮的窄進排氣門夾角設計不再出現在3S-GE身上，畢竟這是一台豐田想要打出名堂來的性能引擎。圖上可以看到，3S-GE的進排氣門夾角是比較寬的。

圖：第五代3S-GE在進排氣門的尺寸上也都有改變。上方直徑較大的為進氣氣門，直徑為35mm，下面為直徑為29.5mm的排氣氣門，均為鈦合金材質（僅限MT車型）。火花塞位於正中間。這個角度可以略微看出燃燒室「屋頂」狀的結構，這種結構可提高進排氣和點火的效率。

圖：水道入口，長時間的使用讓裡面布滿了水垢，所以，對於愛車的人，在選擇冷卻液的時候都會很考究，不會貪圖便宜和方便而選擇用普通的水，而且高品質的、甚至專為改裝引擎而出品的冷卻液更是他們的最愛。

圖：跟同時代流行的本田高性能引擎有很大的分別，因為沒有可變氣門升程系統，所以3S-GE採用了更為直接的凸輪直頂氣門的形式，簡單粗暴但效果直接。

圖：位於缸蓋兩端的凸輪軸位置感測器，負責向ECU傳遞凸輪軸位置信號，為點火控制的主信號。

3S-GE身上另外一個重頭戲就是上面說的BEAMS，雙VVT-i可變氣門正時系統了。VVT-i系統通過調節凸輪軸角度來實現氣門開啟的時機的改變，提高進氣衝量係數，提高引擎的功率和扭矩。3S-GE中的雙VVT系統可同時對進氣和排氣側的凸輪軸角度進行控制，在氣門重疊和氣門開閉時刻的設定上比單VVT系統的自由度和精準度都高很多。豐田的VVT-i系統只是單純的改變氣門正時，氣門升程那是後來的VVTL-i才做到的，不過相比之前僅有兩級變換的VVT，VVT-i對凸輪軸的提前或延後實現了無極控制。其結構跟VVT沒有太大區別，OCV油壓控制閥推動油壓活塞使得VVT驅動輪內連接凸輪軸的內螺旋齒輪轉動，帶動了凸輪軸的轉動，從而實現氣門開啟的提前或遲後，最終進氣側凸輪軸的可調角度為25度，排氣側為15度。行車電腦按照車輛起步、小負荷、中負荷、高負荷中低轉速和高負荷高轉速五中不同的引擎工況制定了五中不同的氣門正時模式，他們分別有不同的氣門提前角、延遲角和進排氣門重疊角。

圖：全鋁合金的進氣歧管，成本高昂，所以到了今天，很多新車均已採用了工程塑料材質，美其名減重，但成本便宜何止一個數量級？

圖：鋁製進氣歧管不存在塑料歧管因為氣體壓力過大而產生的膨脹現象。短而粗的設計一看便是為了匹配引擎的高轉特性，不過對低扭就是不利因素了。

圖：九十年代末的引擎，在可選的情況下，絕大部分高性能引擎都會毫不猶豫地選擇拉索式，寧願犧牲一點所謂的精準控制燃油噴注量也在所不惜，為什麼？拉索式的油門反應，即使到了今天的科技水平，論響應性，也只能達到它的八九成功力。

圖：進氣歧管內壁打磨也能幫助提高進氣效率，但歧管打磨相對於缸蓋上的打磨工序而言，難度更高，所以這個事情一般只有MUGEN、TRD或者NISMO那樣的公司會幹。

店裡的師傅說這台3S-GE腹內的工況很好，跟IS200一樣難得好成色。面對這一對髒兮兮冰冷冷的零件兒你或許無法感受他作為豐田家族性能代表所散發出來的魅力，210匹也不是你對著打散的這堆東西能夠空想出來的。倘若他出生在本田家族，或許沒有這麼強的光芒，因為那個年代的本田盡出這些高性能NA小怪獸，台台都是經典。也不是說豐田造不出這樣的引擎，豐田就應該背負平庸的形象，3S-GE之所以經典，用一位前輩的話講就是，因為他是豐田引擎標準化大全下難得的高性能產物。他的意義要遠遠勝於當今86身上的4U-GSE，好吧，我不應該拿他來跟斯巴魯的FA20比的。

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