可变气门正时系统

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1、什么是连续可变气门正时系统短短一年内，在引擎可变方面有相当资深实力的BMW与Honda车厂又有惊人 之举，但是，更令人眼睛一亮的是在这两家发表新引擎之前呢，Toyota车厂于 去年全新改款的01 Celica身上搭载一颗新设计的VVTL-i引擎,这颗引擎可不 同于之前的VVT-i引擎喔! VVTL-i比VVT-i多了个L，到底有何先进？ 有何突破呢？还是天下引擎一大抄呢？ ！而Honda去年底推出的STREAM车上， 用的就是新一代i-VTEC引擎，它可跟S2000上的VTEC不同，那有何差异呢？ 再者是最近刚在日内瓦车展中，BMW则发表一颗全新的Valvetronic引擎，它 更被比喻成最完

2、美的可变气门引擎，它到底有何能耐？它跟之前的VANOS引擎 又有什么不同呢？现在我们就来具体介绍介绍。一.前言:还记得工程师们为什么需要设计一颗具有可变气门正时的引擎吗？简单 的回答就是，我们希望引擎能随着不同时候的需求，而能表现出最符合我们期 望的状态，而这需求可以是从动力的观点，也可以是从油耗经济的观点， 也可以是排气环保的观点，但是，你要在同一时刻一样的引擎转速，车速， 工作温度，而要求既要大Power,又要省油，还要环保。这岂不是改写热力学第 二定律而颠覆Carnot Cycle的极限？那是不可能的！但是，工程师要作的就是 努力地去接近这样的极限,那也就是效率的观点。效率”这字对学理工

3、的朋友应该不陌生，它也是应用科学的研究者数十年 如一日的努力目标，做光电元件的人在设计时，要用到这个字!做家电产品的工 程师也要用这个字!连是否应该盖一座电厂，也需要用这个字来度量我们的能源 政策!所以才有买冷气机或冰箱应该要选用高EF值（high efficiency value高 效率值）的建议；而一具引擎的热效率，直接的表现就是功率与油耗之间的取舍! 就为了改善引擎的效率，又要满足不同引擎转速时的动力渴望，所以才需要发 展可变气门引擎!工程师为了克服同一具引擎要高转速大马力，也要低转速高扭力，对不同 需求的进排气相位角差异，VANOS与VVT-i直接改变进排气时的timing（正时） 与

4、duration（）来解决这个问题，此机构简单，又一针见血，是BMW与Toyota 的骄傲之作；而最早在可变气门引擎上获得表现的Honda，于80年代中期推出VTEC引擎，它则艺高人胆大地把两颗引擎摆在同一颗引擎当中，因为它们在同 一支凸轮轴上同时塞下了两种不同角度的凸轮（lobe），利用摇臂内的切换以决定是否顶到大或小凸轮，而成功地改变引擎的进排气的正时，重叠角外，还多 个l ife（升程），但是它在凸轮轴未切换前，正时，重叠时间与升程是不变的， 所以VTEC是阶段性的可变气门，而VANOS与VVT-i虽连续性的变化正时与重叠 时间，但是升程却无法改变，就因为这样的差异，VTEC直拿下每公升

5、排气量 的最大马力输出（125hp/Liter, S2000,量产化DOHC_VTEC）纪录!所以VANOS、V VT-i治标不治本，而VTEC治本但有时却不治标！VVTL-i vs. i-VTEC vs. ValvetronicNextPage三.2000年Toyota的力作一VVTL-i介绍:01 Celica with VVTL-I丰田的VVTL-i引擎全名就是-Variable Valve正时&升程- Intellige nt,它跟VVT-i是不同的引擎，VVT-i目前已渐渐必被Toyota或Lexus旗下车 款所使用，从最高级的LS430, GS300,IS200到最平民的Corol

6、la身上都已经 广泛地运用到这项科技，而2000年中发表的全新一代Celica（可惜台湾还没引 进）则进一步地发展VVTL-i引擎，这引擎也用类似Honda VTEC的原理，在原来 的VVT-i引擎上的凸轮轴，多了可以切换大小不同角度的凸轮（凸轮），也利用 摇臂的机置来决定是否顶到高角或小角度的凸轮,而作到可连续式地改变引 擎的正时（正时）,重叠时间（重叠相位角）与两阶段式的升程（升程）!口關d M霁和n旳北d爲门Hi恤 Spdfidj-Tiirj硝 Rqic-fTrab)x3priclc：HXhausi CajmshiafL屮尸 Low sod MdlLlLLWjh Sp4 CtoiVVT-

7、i controller来转动凸轮轴，而达到气门的正时改变（此为VVTL-i的凸轮轴）4L-OWRPMHIH RPMhwrpin lobe, low rpm lobesliding pfnroller followerVVTL-i上以摇臂中的pin来巧妙地决定是否顶到那种角度的凸轮还记得VVT-i引擎是如何作到变化进气时的气门正时吗？它就是在图一中, 有一个VVT-I control圆盘，以转动此控制盘，而来提早或延迟气阀的开与关 的时间，所以，VVT-I BMW Vanos 样的原里，VVT-i用类似的机置来作到连 续式的可变气门正时，只是VVT-i是用电动方式来驱动这controller，

8、而Van os则是用油压的方式，两者皆能跟著不同引擎转速来达到气门正时的连续性变 化!而VVTL-i则在VVT-i引擎上再多了于摇臂与凸轮轴内下功夫，它这回 就运用到跟VTEC 一样的方法来根本解决引擎在高转速时所需要更多的气门重叠 时间与气门的开关升程深度，小小不同的地方在摇臂内VVTL-i藉由油压来使一 小小个销的移动来决定顶到那种尺寸的凸轮!WA FJnLaw udMcdiur CcriS?d Clrft l ew and3-p*dHi_gh Speed CarrMiOW商龍HVItw of A/ Kockec ”人常PldRolktSmd 1 McdLjp Spetd Carr低、中转

9、速时，凸轮轴上只有小角度的凸轮有顶到摇臂VVTL-i在引擎转速低时，虽然凸轮轴一样地在转动，但是，由於摇臂内的 pin未移动，所以是小角度的凸轮部份有效地顶到摇臂，进而驱动到valve的 开关，此时，大角度的突轮一样在转动， （因为在同一根凸轮轴上嘛）但是却是 无效地空转。NextPagek Hi(h Spved-4ArTl Pm吐MydraulK Pn：wureBtk3 血忡Vlewof A高转速时，凸轮轴上只有大角度的凸轮有顶到摇臂VVTL-i在引擎转速变高时，虽然凸轮轴一样地在转动，但是，由於摇臂内 的pin已移动，所以是换成高角度的凸轮部份有效地顶到摇臂，进而驱动到v alve的开关，

10、此时，小角度的突轮一样在转动（因为在同一根凸轮轴上嘛），但是却是无效地空转!这现象跟Honda VTEC是一模一样的道理!VVTL-i不仅提高了马力，还保有平顺的扭力输出就是这样的方式，VVTL-i结合了 VVT-i的连续式可变正时与重叠角，与VTEC式的凸轮轴切换，而首先达到第一具可以说是近似完美式的引擎，VVT-i 加入可以变化valve扬程（升程）後的新引擎VVTL-i，果然在性能版的Celica 身上有超过每公升lOOhp以上的实力，升的它能有180hp/7800rpm（美规）的的 超强实力（日规的Celica更高达192ps）!而且它还保有扭力曲线高而平原式的 表现，0-96km/h

11、r,美规Celica就有秒的路测实力，VVTL-i真是Toyota划时 代的力作!四.世紀末的礼物一Honda的i-VTEC介紹:2002 Honda RSX Type-S with 200hp i-VTECHonda 一看到Toyota VVTL-i发表後，大概就气的半死吧？ ！丰田用了本田 最得意的VTEC原理，还用Celica来跟Honda最引以为傲的前驱车中性能与操 控都数一数二的Inetgra来比个高下，两个都是升的引擎，两者都是双方最得 意的可变气门代表作，所以，去年Celica 推出，当时最热门的话题，就是C elica vs. Integra,结果呢？姜还是老的辣!实际数据胜於

12、一切雄辩或纸上谈兵，Integra还是赢Celica，无论是在加速，还是引擎於高转速时的性能表现，Integra还是老当益壮，不过，Toyota只是可变气门引擎上的新兵，对于视VTEC如命的本田而言，真是个重大打击.02 Integra with i-VTEC本田的VTEC引擎一直是享有可变气门引擎的代名词之称，它不只是输出 马力超强，它还强调低转速能有排气标准环保又低油耗的特点，而这样完全不 同的特点在同一具引擎上面发生，就因为它在一支凸轮轴上有2种，甚至於3 种不同角度的凸轮（凸轮），中.低转速用小角度凸轮，高转速时，就再切换成高 角度的凸轮，所以才有两种完全不同性能表现的输出曲线而同一颗

13、引擎上发生， 但是就因为这样的特性，它也种下VTEC被批评成stage式的可变气门引擎!本 田的工程师把它VTEC分成平时驾驶与战时的激烈驾驶，所以在引擎转速的 最两侧，都有被消费者们喜欢或抱怨的两极看法存在，这也是VTEC引擎长期在 网上倍受争议的原因之一!NextPage而Toyota的VVTL-i发表之后，VTEC的已经受到严厉的挑战，几个月後， 本田发表的i-VTEC于加入可连续性变化的正时与重叠角的设计，配合原本的 VTEC机置，使i-VTEC也跟VVTL-i 一样达到近似完美的可变气门引擎！i-VTEC System Layout“ E VTECCurriporierits 匚“冲

14、力门屯1也th aftExhaust Rocker firrriVTCOil Fresjure veExhaust CamshaftCarn Chai nvrc AjduatorVTU Cam Sensorr)Intake CamiIntake Value (s )VTECF：oker Armi-VTEC=VTEC+VTC+intelligentVTEC如何切换凸轮（凸轮）的机置，在此voliron已不必多说，i-VTEC多的 就是在VTEC引擎上加入VTC二valve overlap control，从名字就可以看出来， 它也利用到跟VANOS与VVT-i类似的方式来连续式地转动凸轮轴的开与

15、关， 所以就达到了所谓的气门重叠角的控制，这就是进.排气阀门的正时与开启的 重叠时间的可变是由油压控制的VTC,使凸轮轴转动些角度（向右，向左），进而 提早或延迟去驱动到valve的开或关的时间，这跟VVT-i中的controller有一 样的功能！VTC ActuatorDufJngTiihTltg Adtfaki右aUTCe- poiriDn wfull 刚 jmk 酣Didn Vatve Timing Relrcl Camsh4ff TuFnin W1 住ccionyiCt anQle- psrliEMi fH full retardVTC于不同转速时，提早（上）或延迟（下）valve的

16、开关进.排气阀于不同正时、重叠时间与升程搭配与组合下有不同的性能表现就这样的原理,i-VTEC也跟VVTL-i 样的组合出可连续性变化的气门正 时与气门重叠时间，2-stage改变升程的可变气门机构於引擎的进气端与排 气端；而i-VTEC身上也用上S2000 样的金属正时链条，而为了进一步改善低 转速扭力，与高转速时更有效率与直接的换气，i-VTEC也加上可变进气歧管为 标准装置，其中编号:K20C的引擎将在下一代的integra 上使用，排气量升的它 有220ps的马力（日规），海外版也有200hp的性能输出!而STREAM上用的K20A， 虽然也是DOHC的iVTEC,但是它只使用进气端有

17、可变气门装置，也有升154 匹马力的性能（BMW的320i是150hp）更难能可贵的是，这颗i-VTEC引擎，升居 然有L的低油耗实力，提前符合 2010年才要施行的油耗效率（fuel efficienc y），而排放的废气标准也远远低过LEV的低空污标准!唉呀!这不就是工程师们 想努力克服的梦想吗？Amary Clewedtoidry Qperrdi-VTEC已全面加入可变进气歧管为标准装置新一代Integra（代号RS-X）的i-VTEC引擎将有220匹马力的剽悍实力NextPage五.21世紀的初衷一BMW的VALVETRONIC介紹:讲到车坛上的引擎科技，自然不会把这蓝天白云mark的

18、BMW车厂给遗忘， 那简易的机置即作到连续性的可变气门引擎，原理理是简单却原创性十足，那 就是它的得力作Variable Camshaft Control,叫作可变凸轮轴控制系统-VA NOS,而Toyota的VVT-i,就是采用BMW这类似的装置；以前，VANOS只被M3 等超性能跑车使用，但是，日益严格的环保标准，加上科技的平民化，如今VANOS系统，那怕是双-VANOS也都被广泛地使用在BMW的全车系，这代表可变气 门的科技已经慢慢地平民化，而大量使用!BMW的VANOS是连续性的可变气门正 时与重叠时间，但是由於没有变化进.排气阀门的升程，使得它总是有那麽点 点的缺憾，特别Toyo t

19、a与Honda都已经克服这样的问题，那麽以引擎科技傲视全球的BMW车厂怎会就此罢休呢？Valvetronic就是BMW的实现这理想的作品，它比VVTL-i或i-VTEC有更进一步的地方，所以，才被比喻成更完美的可变气门引擎!那到底厉害在何处呢？请继续看下去。BMW 316ti升)正搭载最新的Valvetronic引擎首先，Valvetronic少了节流阀(throttle)的设计，如同我们鼻子或肺在 作呼吸动作时一样地跟空气直接接触，而省略掉throttle後，引擎在进新鲜空 气时，将更顺畅，少掉因为空气流动的一些黏著力与磨擦力，而使引擎在运转时省去不必的的loss!般的车子，当我们用脚踏加油

20、门时，是驱动著钢索而通 到throttle这开关的，而踏油门的深浅正控制著throttle的开或关的程度, 而引进的就是将进入引擎燃烧室燃烧的新鲜空气，所以，throttle正控制著燃 烧室的空气量与流动速率；然而，取代这机械式的进气节流阀(throttle)机 置后，取代的是电子式的可变电阻，依我们踏油门的深浅，经过这可变电阻 而来决定进气量。Valvetronic 引擎可微调valve而Valvetronic比起VVTL-i与i-VTEC更进一步的地方是它除了可连续性 变化valve的开管正时与phase外，Valvetronic连扬程(升程)也是连续性微 调！这比VVTL-i与跟i-VT

21、EC在升程上是阶段式地更进一步了!要作到valv e的升程变化几乎都要透过摇臂的设计来完成这动作，而BMW更进一步的地方就 是在此处比Honda或Toyota多下点功夫，Valvetronic的摇臂是偏心轴的转 动，所以当摇臂作动时，非固定在圆心转动，而是稍微偏离中心点，虽然量不百度文库-让每个人平等地提升自我大，但是一经过摇臂的长度施力（如杠杆原理一样）阀门开与关的深度就可 以被改变了!（如图十，是正常的摇臂，它作动时即固定在圆心，而 Valvetroni c 的偏心轴摇臂则巧妙地使它在作动时，会有不等量的伸长来驱动到 valve的开关深度，所以升程就被微量的变化了!）请看图九的绿色与红色部

22、份，Valve tronic 透过电动马达来驱动偏心轴摇臂!i 4.-凸轮轴藉由摇臂去驱动气门的开与关!（此摇臂是正常地在圆心处来回转动）就这样，Valvetronic配合著双VANOS原本就有的连续性可变气门正时机构，而作到了正时与 重叠时间，还有升程都可以连续性的变化，这就是 它厉害的地方!而搭载这新引擎的 316ti 是颗升的引擎，它马力只有 115hp /5500rpm，但是扭力有18kgm/3500rpm的高原式曲线，性能上算是还可以的水 准，但它比以前的升引擎更省油，每公升可以跑，且这颗新引擎可以说是个不 挑食的，即使是低辛烷值的汽油，到高品质的油品，它都可以正常的 work.，

23、而 Valvetronic 的排污标准更提前通过欧盟 EU-4 的标准呢!02 BMW 316ti with Valvetronic六.总結:看过了这三款最新的引擎设计，大伙多少会有上面这句话的感受吧；可变 气门引擎，说穿了就是这样的道理，希望各位能从中了解各家的巧妙之处；现 在呢，我们再回头想想，这样的设计是否有完成工程师的理想与设计初衷呢？其实以目前的以上三家的可变气门引擎来讲，大家已经都作的越来越像了， 原本大家各车厂都保有各自在VVT-i, VTEC, VANOS上的优点，之後各家或多或 少地解决自己不足的地方，套句政治语言:大伙都往中间靠拢哩_试著去想 想人类这麽辛苦地设计并改良这些引擎的目的又是为了什麽？除了商业上的竞 争外，不就是对我们生存的空间-地球，许下科技与环保共存的允诺，所以，我 们才需要一具既符合我们的动力期待，又能低油耗与低排污的引擎，而今天介绍的这三具自然进气引擎 VVTL-i，i-VTEC，Valvetronic 正是我们刚进入 21世 纪时，献给大自然与全人类的代表作!注-I:Honda将在2005年前，把旗下车产都给intelligent化；注-II:而BMW 也将在旗下车款全面推广 Valvetronic 引擎!