(VTEC全名就是Variable valve Timing & lift Electronic Control system, 翻成"电子控制可变气门正时"系统.)
目前全世界的自然吸气引擎中,每公升能发出最大马力的,非DOHC VTEC莫属。以日本上市的第六代Civic来说,其DOHC VTEC引擎每公升能发出106.25匹马力。Acura Integra type R更高达每升108.33匹的马力输出,让人不禁对HONDA的引擎科技佩服不已。接下来我们 就来介绍一下这HONDA的独门绝活VTEC可变气门正时引擎!
二、VTEC引擎的发展
气门:气门就是于汽缸内控制着进、排气的阀门。早期的引擎大多是每缸二气门的(四个汽缸就有八个汽门,所以称为8V)。汽门的开启时间:既然汽门控制着进、排气,那汽门开启的程度(扬程)和时间,就决定了进、排气量的多寡。理论上,进、排气效率愈好的引擎,其输出功率愈大;就好象一个人其肺活量愈大,其邉颖憩F也较好一般。
当引擎高转速时,汽门的作动愈快,开启的时间也愈短,因此二气门的引擎高转速时就发生了进气量不足的情况,所以车厂就往汽门的数目动脑筋,发展出了每缸3汽门(2进1出,4缸共12V)和每缸4气门(2进2出,4缸共16V),甚至是每缸5汽门(3进2出)的引擎,以提高引擎于高转速域的效率。随着材料科学的发展,近来的引擎能承受的转速限制也愈来愈高,也发觉了增加汽门的数目并不能彻底解决问题,根本之道在于控制汽门开启的扬程与时间,使之在高转速也有较多的进气。由于汽门的开启是由凸轮轴所控制的,于是HONDA想到,干脆于引擎高转速时就换一颗高转速用的凸轮轴不就得了!所以,拥有两组可切换凸轮轴的引擎VTEC诞生了!三、VTEC引擎的原理(以三段式VTEC "Three Stage VTEC"为例)
VTEC引擎的构造:一般的引擎设计,凸轮轴是直接控制汽门的;而在VTEC引擎中,凸轮轴有多组(Dual Stage VTEC有两组凸轮轴;Three Stage VTEC则有三组凸轮轴),凸轮轴本身并不直接控制汽门,而是透过一多段式摇臂来驱动汽门,此摇臂内有二个受油压控制的插销(上面的插销分为二段;下面的则分成三段),经由此二个插销的移动可控制此摇臂是分成多段移动还是整个移动。(请参考下图)。以此原理来控制某转速下适合的凸轮轴作用。
VTEC引擎的作动流程:(1).第一段时,油压室内上下两段都没有油,摇臂的三段都可自由作动,但是摇臂的中间部份因摇臂的三段都是独立的,所以虽然中间高转速用凸轮轴也在转动,却没有办法控制汽门。此时,两个进气门开启的扬程与时间不一(左边的进气门受左边的凸轮控制;右边的气门受右边的凸轮控制),是为了在汽缸内产生涡流效果,促使燃烧完全。
(2).第二段时,油压室上半部以油压控制上层的插销移动,使摇臂的最左部份和最右部份相连(中间部份仍是独立的!所以位于中间的凸轮仍没有作用)。此时,位于最右边的中转速用凸轮轴开始作动,两进气门同时受最右边的凸轮控制,开启的扬程和时间相同。
(3).第三段时,油压室上、下部各以油压控制上、下两层的插销移动。如此,摇臂的中间部份便和最右边的部份相连,最右边的部份又和最左边的部份相连,摇臂的三个部份如此便结合成一体。由于中间的凸轮较大,使其它两个凸轮碰不到摇臂,故此时两个汽门都受中间的高转速域凸轮轴控制。汽门开启的扬程和时间都比第二段时为大。
四、VTEC引擎和其它可变气门系统的比较
BMW的VANOS系统:BMW M系列所采用的VANOS渐进式可变气门正时系统,其原理为将油压导入凸轮轴头端内一个可滑动的内齿机构,借着凸轮轴往复位移关系,来"无段"控制汽门提前开启。其优点是结构简单,但因为凸轮的形状是固定的,所以汽门开启的扬程和时间并不会改变,只能使气门提前开启而已。(NISSAN的NVCS也为此类似的设计)
ROVER的VVC系统:利用偏心轴原理,在凸轮轴的顶端装置了被动轮与较小的驱动轮,而以齿棒连接驱动轮旋转外衬的齿牙,并以油压驱动齿棒,以改变驱动轮与被动轮的圆心偏移植,造成两凸轮轴间的转动角度差,达到提早开启进气门以及延迟关闭进气门的双重效果及高转速时增加进气量的目的。但牵涉到每缸点火时间不同的问题,目前只能用在四缸引擎中的进气门上。(说出来会吓你一跳,VVC引擎的进气系统有五根凸轮轴。
综合上述,VTEC引擎能调整汽门的扬程与开启时间,却无法"无段"以达成最顺畅的调整值;VANOS可无段调整,却只能让汽门提前开启;VVC引擎能无段地调整汽门开启的扬程与时间,却结构复杂。或许,就像古人所说"有一好没两好"。但就目前来说,仍应属VTEC最有效率。
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