汽車引擎揭密：可變氣門技術大比拼（摘）

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　　短短一年內，在引擎可變技術方面有相當資深實力的BMW與Honda車廠又有驚人之舉，但是，更令人眼睛一亮的是在這兩家發(fā)表新引擎之前呢， Toyota車廠于去年全新改款的'01 Celica身上搭載一顆新設計的VVTL-i引擎，這顆引擎可不同于之前的VVT-i引擎喔!.....VVTL-i比VVT-i多了個"L"，到底有何先進？有何突破呢？還是天下引擎一大抄呢？!而Honda去年底推出的STREAM車上，用的就是新一代i-VTEC引擎，它可跟S2000上的VTEC不同，那有何差異呢？再者是最近剛在日內瓦車展中，BMW則發(fā)表一顆全新的Valvetronic引擎，它更被比喻成最完美的可變氣門引擎，它到底有何能耐？它跟之前的VANOS引擎又有什么不同呢？現在我們就來具體介紹介紹。

　　一.前言:

　　還記得工程師們?yōu)槭裁葱枰�設計一顆具有"可變氣門正時"的引擎嗎？簡單的回答就是，我們希望引擎能隨著不同時候的需求，而能表現出最符合我們期望的狀態(tài)，而這需求可以是從"動力"的觀點，也可以是從"油耗經濟"的觀點，也可以是"排氣環(huán)保"的觀點，但是，你要在同一時刻一樣的引擎轉速，車速，工作溫度，而要求既要大Power，又要省油，還要環(huán)保。這豈不是改寫熱力學第二定律而顛覆Carnot Cycle的極限？那是不可能的! 但是，工程師要作的就是努力地去接近這樣的極限，那也就是效率的觀點。

　　"效率”這字對學理工的朋友應該不陌生，它也是應用科學的研究者數十年如一日的努力目標，做光電元件的人在設計時，要用到這個字!做家電產品的工程師也要用這個字!連是否應該蓋一座電廠，也需要用這個字來度量我們的能源政策!所以才有買冷氣機或冰箱應該要選用高EF值(high efficiency value高效率值)的建議；而一具引擎的熱效率，直接的表現就是功率與油耗之間的取舍!就為了改善引擎的效率，又要滿足不同引擎轉速時的動力渴望，所以才需要發(fā)展"可變氣門"引擎!

                                             圖一

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　　二.90年代可變氣門引擎的遺憾:

　　工程師為了克服同一具引擎要高轉速大馬力，也要低轉速高扭力，對不同需求的進排氣相位角差異，VANOS與VVT-i直接改變進排氣時的timing(正時)與duration()來解決這個問題，此機構簡單，又一針見血，是BMW與Toyota的驕傲之作；而最早在可變氣門引擎上獲得表現的Honda，于80年代中期推出VTEC引擎，它則藝高人膽大地把兩顆引擎擺在同一顆引擎當中，因為它們在同一支凸輪軸上同時塞下了兩種不同角度的凸輪(lobe)，利用搖臂內的切換以決定是否頂到大或小凸輪，而成功地改變引擎的進排氣的正時，重疊角外，還多個life(升程)，但是它在凸輪軸未切換前，正時，重疊時間與升程是不變的，所以VTEC是階段性的可變氣門，而VANOS與VVT-i雖連續(xù)性的變化正時與重疊時間，但是升程卻無法改變，就因為這樣的差異，VTEC一直拿下每公升排氣量的最大馬力輸出(125hp/Liter，S2000，量產化DOHC_VTEC)紀錄!所以VANOS、VVT-i治標不治本，而VTEC治本但有時卻不治標!

　　三.2000年Toyota的力作─VVTL-i介紹:
　　豐田的VVTL-i引擎全名就是-Variable Valve 正時 & 升程 - Intelligent，它跟VVT-i是不同的引擎，VVT-i目前已漸漸必被Toyota或Lexus旗下車款所使用，從最高級的LS430，GS300，IS200到最平民的Corolla身上都已經廣泛地運用到這項科技，而2000年中發(fā)表的全新一代Celica(可惜臺灣還沒引進)則進一步地發(fā)展VVTL-i引擎，這引擎也用類似Honda VTEC的原理，在原來的VVT-i引擎上的凸輪軸，多了可以切換大小不同角度的凸輪(凸輪)，也利用"搖臂"的機置來決定是否頂到高角或小角度的凸輪，而作到"可連續(xù)式"地改變引擎的正時(正時)，重疊時間(重疊相位角)與"兩階段式"的升程(升程)!
　　還記得VVT-i引擎是如何作到變化進氣時的氣門正時嗎？它就是在圖一中，有一個VVT-I control圓盤，以轉動此控制盤，而來提早或延遲氣閥的開與關的時間，所以，VVT-I BMW Vanos一樣的原里，VVT-i用類似的機置來作到"連續(xù)式"的可變氣門正時，只是VVT-i是用電動方式來驅動這controller，而Vanos則是用油壓的方式，兩者皆能跟著不同引擎轉速來達到氣門正時的連續(xù)性變化!而VVTL-i則在VVT-i引擎上再多了于"搖臂"與"凸輪軸"內下功夫，它這回就運用到跟VTEC一樣的方法來根本解決引擎在高轉速時所需要更多的氣門重疊時間與氣門的開關升程深度，小小不同的地方在搖臂內VVTL-i藉由油壓來使一小小個銷的移動來決定頂到那種尺寸的凸輪!
　　VVTL-i在引擎轉速變高時，雖然凸輪軸一樣地在轉動，但是，由於搖臂內的pin已移動， 所以是換成高角度的凸輪部份有效地頂到搖臂，進而驅動到valve的開關，此時，小角度的突輪一樣在轉動(因為在同一根凸輪軸上嘛)，但是卻是無效地空轉!這現象跟Honda VTEC是一模一樣的道理!
　　就是這樣的方式，VVTL-i結合了VVT-i的連續(xù)式可變正時與重疊角，與VTEC式的凸輪軸切換，而首先達到第一具可以說是"近似"完美式的引擎，VVT-i加入可以變化valve揚程(升程)後的新引擎VVTL-i，果然在性能版的Celica身上有超過每公升100hp以上的實力，1.8升的它能有180hp/7800rpm(美規(guī))的的超強實力(日規(guī)的Celica更高達192ps)!而且它還保有扭力曲線高而平原式的表現，0-96km/hr，美規(guī)Celica就有7.5秒的路測實力，VVTL-i真是Toyota劃時代的力作!

　　四.世紀末的禮物─Honda的i-VTEC介紹:
　　Honda一看到Toyota VVTL-i發(fā)表後，大概就氣的半死吧？!豐田用了本田最得意的VTEC原理，還用Celica來跟Honda最引以為傲的前驅車中性能與操控都數一數二的Inetgra來比個高下，兩個都是1.8升的引擎，兩者都是雙方最得意的可變氣門代表作，所以，去年Celica一推出，當時最熱門的話題，就是Celica vs. Integra，結果呢？姜還是老的辣!實際數據勝於一切雄辯或紙上談兵，Integra還是贏Celica，無論是在加速，還是引擎於高轉速時的性能表現，Integra還是老當益壯，不過，Toyota只是可變氣門引擎上的新兵，對于視VTEC如命的本田而言，真是個重大打擊.
　　本田的VTEC引擎一直是享有"可變氣門引擎的代名詞"之稱，它不只是輸出馬力超強，它還強調低轉速能有排氣標準環(huán)保又低油耗的特點，而這樣完全不同的特點在同一具引擎上面發(fā)生，就因為它在一支凸輪軸上有2種，甚至於3種不同角度的凸輪(凸輪)，中.低轉速用小角度凸輪，高轉速時，就再切換成高角度的凸輪，所以才有兩種完全不同性能表現的輸出曲線而同一顆引擎上發(fā)生，但是就因為這樣的特性，它也種下VTEC被批評成"stage"式的可變氣門引擎!本田的工程師把它VTEC分成"平時駕駛"與"戰(zhàn)時的激烈駕駛"，所以在引擎轉速的最兩側，都有被消費者們喜歡或抱怨的兩極看法存在，這也是VTEC引擎長期在網上倍受爭議的原因之一!

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　　而Toyota的VVTL-i發(fā)表之后，VTEC的技術已經受到嚴厲的挑戰(zhàn)，幾個月後，本田發(fā)表的i-VTEC于加入"可連續(xù)性"變化的正時與重疊角的設計，配合原本的VTEC機置，使i-VTEC也跟VVTL-i一樣達到"近似"完美的可變氣門引擎!
　　VTEC如何切換凸輪(凸輪)的機置，在此voliron已不必多說，i-VTEC多的就是在VTEC引擎上加入VTC=valve overlap control，從名字就可以看出來，它也利用到跟VANOS與VVT-i類似的方式來"連續(xù)式"地轉動凸輪軸的開與關，所以就達到了所謂的"氣門重疊角的控制"，這就是進.排氣閥門的正時與開啟的重疊時間的可變是由油壓控制的VTC，使凸輪軸轉動些角度(向右，向左)，進而提早或延遲去驅動到valve的開或關的時間，這跟VVT-i中的controller有一樣的功能!

                                                  圖二

 

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VTC于不同轉速時，提早(上)或延遲(下)valve的開關

　　就這樣的原理，i-VTEC也跟VVTL-i一樣的組合出"可連續(xù)性"變化的氣門正時與氣門重疊時間，"2-stage" 改變升程的可變氣門機構於引擎的進氣端與排氣端；而i-VTEC身上也用上S2000一樣的金屬正時鏈條，而為了進一步改善低轉速扭力，與高轉速時更有效率與直接的換氣，i-VTEC也加上可變進氣歧管為標準裝置，其中編號:K20C的引擎將在下一代的integra上使用，排氣量2.0升的它有220ps的馬力(日規(guī))，海外版也有200hp的性能輸出!而STREAM上用的K20A，雖然也是"DOHC"的iVTEC，但是它只使用"進氣端"有可變氣門裝置，也有2.0升154匹馬力的性能(BMW的320i是150hp)更難能可貴的是，這顆i-VTEC引擎，2.0升居然有14.2km/L的低油耗實力，提前符合2010年才要施行的油耗效率(fuel efficiency)，而排放的廢氣標準也遠遠低過LEV的低空污標準!唉呀!這不就是工程師們想努力克服的夢想嗎？

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　　五.21世紀的初衷─BMW的VALVETRONIC介紹:

　　講到車壇上的引擎科技，自然不會把這藍天白云mark的BMW車廠給遺忘，那簡易的機置即作到連續(xù)性的可變氣門引擎，原理理是簡單卻原創(chuàng)性十足，那就是它的得力作Variable Camshaft Control，叫作"可變凸輪軸控制系統"-VANOS，而Toyota的VVT-i，就是采用BMW這類似的裝置；以前，VANOS只被M3等超性能跑車使用，但是，日益嚴格的環(huán)保標準，加上科技的平民化，如今VANOS系統，那怕是雙-VANOS也都被廣泛地使用在BMW的全車系，這代表可變氣門的科技已經慢慢地平民化，而大量使用!BMW的VANOS是連續(xù)性的可變氣門正時與重疊時間，但是由於沒有變化進.排氣閥門的"升程"，使得它總是有那麼點點的缺憾，特別Toyota與Honda都已經克服這樣的問題，那麼以引擎科技傲視全球的BMW車廠怎會就此罷休呢？

　　Valvetronic就是BMW的實現這理想的作品，它比VVTL-i或i-VTEC有更進一步的地方，所以，才被比喻成更"完美的"可變氣門引擎!那到底厲害在何處呢？請繼續(xù)看下去。
　　首先，Valvetronic少了節(jié)流閥(throttle)的設計，如同我們鼻子或肺在作呼吸動作時一樣地跟空氣直接接觸，而省略掉throttle後，引擎在進新鮮空氣時，將更順暢，少掉因為空氣流動的一些黏著力與磨擦力，而使引擎在運轉時省去不必的的loss!一般的車子，當我們用腳踏加油門時，是驅動著鋼索而通到throttle這開關的，而踏油門的深淺正控制著throttle的開或關的程度，而引進的就是將進入引擎燃燒室燃燒的新鮮空氣，所以，throttle正控制著燃燒室的空氣量與流動速率；然而，取代這"機械式"的進氣節(jié)流閥(throttle)機置后，取代的是"電子式"的可變電阻，依我們踏油門的深淺，經過這可變電阻而來決定"進氣量"。
　　而Valvetronic比起VVTL-i與i-VTEC更進一步的地方是它除了可連續(xù)性變化valve的開管正時與phase外，Valvetronic連揚程(升程)也是連續(xù)性微調!!!這比VVTL-i與跟i-VTEC在升程上是"階段式"地更進一步了!要作到valve的升程變化幾乎都要透過搖臂的設計來完成這動作，而BMW更進一步的地方就是在此處比Honda或Toyota多下點功夫，Valvetronic的搖臂是"偏心軸"的轉動，所以當搖臂作動時，非固定在圓心轉動，而是稍微偏離中心點，雖然量不大，但是一經過搖臂的長度施力(如杠桿原理一樣)，閥門開與關的"深度"就可以被改變了!(如圖十，是正常的搖臂，它作動時即固定在圓心，而Valvetronic的"偏心軸"搖臂則巧妙地使它在作動時，會有不等量的伸長來驅動到valve的開關深度，所以升程就被微量的變化了!)請看圖九的綠色與紅色部份，Valvetronic透過電動馬達來驅動偏心軸搖臂!

圖三

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凸輪軸藉由搖臂去驅動氣門的開與關!(此搖臂是正常地在圓心處來回轉動)

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　　就這樣，Valvetronic配合著雙VANOS原本就有的連續(xù)性可變氣門正時機構，而作到了"正時與 重疊時間，還有升程"都可以『連續(xù)性』的變化，這就是它厲害的地方ㄛ!!!而搭載這新引擎的316ti是顆1.8升的引擎，它馬力只有115hp/5500rpm，但是扭力有18kgm/3500rpm的高原式曲線，性能上算是還可以的水準，但它比以前的1.8升引擎更省油，每公升可以跑14.5km，且這顆新引擎可以說是個不挑食的，即使是低辛烷值的汽油，到高品質的油品，它都可以正常的work...，而Valvetronic的排污標準更提前通過歐盟EU-4的標準呢!

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　　六.總結:

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　　看過了這三款最新的引擎設計，大伙多少會有上面這句話的感受吧；可變氣門引擎，說穿了就是這樣的道理，希望各位能從中了解各家的巧妙之處；現在呢，我們再回頭想想，這樣的設計是否有完成工程師的理想與設計初衷呢？

　　其實以目前的以上三家的可變氣門引擎來講，大家已經都作的越來越像了，原本大家各車廠都保有各自在VVT-i，VTEC，VANOS上的優(yōu)點，之後各家或多或少地解決自己不足的地方，套句政治語言:大伙都往"中間"靠攏哩@_@試著去想想人類這麼辛苦地設計并改良這些引擎的目的又是為了什麼？除了商業(yè)上的競爭外，不就是對我們生存的空間-地球，許下科技與環(huán)保共存的允諾，所以，我們才需要一具既符合我們的動力期待，又能低油耗與低排污的引擎，而今天介紹的這三具自然進氣引擎VVTL-i，i-VTEC，Valvetronic正是我們剛進入21世紀時，獻給大自然與全人類的代表作!

 

fwl8118

Very Good!!!

無線風箏

有關可變氣門技術，置頂鏈接中已經有了
希望樓主以后發(fā)貼時注意查閱
% [- w1 H1 C) L$ u) O謝謝，暫時將該篇資料保留

zoudengji

我這里有個寶馬的 ，給大家看看。