TOYOTA 科技

cyk_89

現在市售汽車所使用的都是四行程引擎。這種引擎以其運轉時分為「進氣→壓縮→爆炸→排氣」四階段而得名。透過不斷的週而復始，應用自然界能量轉換的現象，將汽油內的化學能爆炸與機構產生動能，讓車輛得到行駛的動力。



而如何使用引擎所輸出的動力更有效率，是汽車工程師所想要追求的目標。傳統設計的引擎，往往無法兼顧低轉速與高轉速時動力的需求。而Toyota在1997年開始商品化的VVT-i技術，完美地解決引擎在高低轉速域內動力的問題，成為均衡、效率高、動力充沛的引擎解決方案。

從四行程引擎談起

將「進氣→壓縮→爆炸→排氣」四階段以一個週期進行研究。整個活動自活塞上升至頂點開始下降時起，正式進入「進氣」行程。此時，進氣汽門開始打開，活塞下降產生汽缸的負壓，因而將油氣吸入引擎；當活塞下降到底端時，進氣汽門關閉，活塞開始上升，此時為「壓縮」行程；當重回頂點之後，火星塞點火，引爆油氣，爆炸的威力將活塞向下推動，而所產生的能量亦透過連桿與曲軸傳出，形成車輛的動力，這是「爆炸」行程。最後當活塞又再度到達最低點之後，整個汽缸內充滿了燃燒之後的廢氣，此時排氣汽門打開，活塞再次上移，將所有的廢氣推出汽缸後，這是「排氣」行程。排氣行程結束的最終，排氣門關閉，形成氣密，以便再次進入吸氣行程，再開始另一次的循環。

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什麼是氣門？進氣門與排氣門

四行程引擎中，有幾個往覆運作的機構，用來關閉或開啟汽缸與外界的通道，稱為「氣門」。進氣門，就是當開啟時讓油氣進入；而排氣門，則是開啟時用來讓燃燒過後的廢氣排出之用。

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當對於引擎運作的研究更深時，四個行程壁壘分別的運轉方式並非最佳的方式。若分配給進氣行程與排氣行程同樣的時間，但因為氣體特性的關係，其產生的效果與預期的有相當的差距。

在排氣行程之中，因為爆炸高溫的關係，汽缸內的壓力遠大於汽缸外，因此當排氣門打開時，廢氣原本就會迫不及待地往外衝，加上活塞的推波助瀾，讓排氣的效果極佳，可以清除大部份的廢氣。

而在進氣行程之中，我們是利用氣密的活塞自進氣口從外面將油氣抽進來。在這種被動的過程中，因為壓力差相對較小，加上氣體本身的黏滯性與氣體與進氣管路間的摩擦力，油氣抽入的效果並不好。而在活塞抽到底時，汽門立刻關閉，並沒有預留時間讓汽缸內的油氣與壓力與汽缸外達成平衡，其所吸進的油氣量無法達到原先預期。

當引擎的轉速更行拉高時，汽門開啟的時間更短，所能吸得的油氣便會更少，讓引擎在高轉速時更無法取得充份的燃料，速度自然也無法提升。因此，如何能增加所吸入的油氣、增強引擎的動力，讓車輛的行駛更為迅捷，便成了工程師所要克服的問題。

效率提升解決之道：汽門開啟延長與重疊

能增加所吸入的油氣、增強引擎的動力，讓車輛的行駛更為迅捷，工程師所想出來的辦法就是將進氣汽門開啟的時間延長。由於採被動負壓抽氣的方式，因此將進氣汽門開啟時間加長，所能吸進的油氣便增加，所能產生的動力便會增加。因此，引擎設計成進氣汽門在排氣行程時便提早打開，以便在進氣行程時能以全開的進氣口，吸入更多的油氣。而進氣汽門亦會延後至壓縮行程中再關閉，以期能增取多一點點的時間，讓內外壓差更小，讓汽缸內的油氣濃度及壓力更接近所設定的最佳氣燃比。這樣的變動，有效地提升了引擎動力，讓引擎在高轉速之時能有更充沛的油氣供應，提供高速行駛更為完美的動力。

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然而，當工程師不斷將進氣汽門開啟的時間提前，並將關閉時間延後，形成同一時間進氣門及排氣門均同時開啟的現象，這就是所謂的「氣門重疊」。當氣門重疊較多時，高速的動力的確得到滿足，但當延長超過一定程度之後，會有有部份的油氣就直接從捷徑跑出了引擎，沒有留在汽缸內，這種現象在引擎低轉速運轉時特別明顯，造成低轉速時動力的流失。這就代表這具引擎只適合性能狂熱份子飆車用，而不適合一般人在都會中的日常生活及假日出外悠閒的兜風用。這可與主流消費者的需求差太遠了。難道沒有兩全齊美的方式嗎？

完美引擎效率提升解決之道：可變汽門正時VVT-i

從前面的文章之中我們了解，當在引擎轉速較低時，我們希望進氣汽門開啟的時間晚一點，關閉的時間早一點，以維持低轉速的動力輸出；而當轉速慢慢提高時，我們希望進氣門開啟的時機早一點，關閉的時間晚一點，讓油氣可以充份的提供，以產生連綿不絕的動力。讓汽門可以在不同的情況下於不同的時機開啟，便成了工程師努力的方向，可變汽門正時的概念於時形成，而Toyota的工程師亦在1990年代中期，發明了VVT-i系統。



VVT-i是Variable Valve Timing with Intelligent的縮寫，中文的譯名為「智慧型可變汽門正時系統」。在引擎運轉中，汽門開啟的時機，就稱為「汽門正時」。當引擎在不同的運轉速度時，我們需要有不同的汽門正時，以提供最佳的汽門開閉控制，讓動力及燃燒效率最佳。

為達成此目的，Toyota的工程師在控制進氣門的凸輪軸上加裝VVT-i機構，以調整汽門正時。這一組安裝在引擎的進氣端凸輪軸的機構，在凸輪軸與傳動鏈輪之間具有油壓離合裝置，讓進氣門凸輪軸與鏈輪之間轉動的相位差可以改變。而控制的油壓機構，則與引擎的機油系統連結，並以電磁閥門及控制迴路調整。

在引擎轉速不同之時，讓凸輪軸與鏈輪之間亦有著不同的角度，進而讓進氣門在不同的時機時開啟與閉合，達到可變汽門正時的目的，進可讓引擎在各轉速域時，均能有充沛而適當的油氣供應，以輸出充沛的動力。

「連續」可變汽門正時與「分段」可變汽門正時

全球各大車廠在邁入21世紀之前，均已掌握了汽門正時的技術。而在實作上還可分成連續可變汽門正時與分段可變汽門正時等二類。

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圖中的左右數字，分別表示為汽門重疊角的變化。隨著引擎轉速的升高降低，可變汽門正時控制系統會改變汽門重疊角。而左邊的「連續」可變汽門正時控制系統，讓汽門重疊角的變化，是連續性的改變。相較於右邊「分段」可變的設計，對於引擎效能的提升，則更有效率。

分段可變汽門正時的發展較早，在當時機構設計、油壓控制迴路等技術尚未成熟之時，大多是在凸輪軸與汽門搖臂的結構上做文章。以二段可變汽門正時結構為例，其在凸輪軸上有兩組開啟角度不同的凸輪組，推動著有兩段式結構的汽門搖臂。當低轉速時，透過電磁開關作動，讓大角度凸輪與對應的搖臂與汽門結構沒有直接連接，一直空轉，所有汽門的開啟都由小角度凸輪控制，以符合低轉速動力輸出的要求。而當轉速到達臨界值時，電磁閥做動，小角度凸輪則轉為空轉，改由大角度凸輪結構組對汽門開閉進行控制，以滿足高轉速時汽門開啟延長的需求。

這樣的概念，在當年的確讓人一新耳目。但引擎對於轉速提升所需的汽門控制變化是持續改變的，以效率與動力輸出而言，連續可變汽門不分段的連續變化技術，可以針對各種不同轉速下引擎的需求做出最適合的調整，在引擎技術上又比分段式可變汽門正時向前跨進了一大步。

Kyusuke_FD3S

如果将这粒引擎放在toyota camry...
就会有很好的效果...

BOTAK_WAI

原帖由 Kyusuke_FD3S 于 13-10-2005 05:43 PM 发表
如果将这粒引擎放在toyota camry...
就会有很好的效果...

zomok这个帖子酱像你+我的精华的？

Rossie

原帖由 Kyusuke_FD3S 于 13-10-2005 05:43 PM 发表
如果将这粒引擎放在toyota camry...
就会有很好的效果...

美国的 Camry 有 V6 的。。。
3000cc 和 3300cc。。。

wenjie85

原帖由 Rossie 于 13-10-2005 07:03 PM 发表

美国的 Camry 有 V6 的。。。
3000cc 和 3300cc。。。

JB 的 Camry 也是有 V6 3000 的啊

Rossie

对啊。。。
我的意思是有大量进口的。。。

你说的应该是 grey import 吧。。。

EvilSpirit

原帖由 BOTAK_WAI 于 13-10-2005 05:54 PM 发表

zomok这个帖子酱像你+我的精华的？

我觉得这篇还详细过你那篇,因为他有放动画,之前看了你的精华帖都不是很明白,看了这篇才比较明白.

我觉得这篇也应该被列入精华区.

原帖由 Rossie 于 13-10-2005 07:03 PM 发表
美国的 Camry 有 V6 的。。。
3000cc 和 3300cc。。。

3.3L比3.0L的新款...

原帖由 EvilSpirit 于 16-10-2005 01:01 PM 发表
我觉得这篇还详细过你那篇,因为他有放动画,之前看了你的精华帖都不是很明白,看了这篇才比较明白.

我觉得这篇也应该被列入精华区.

我觉得应该把它们合并... 减少精华区的乱水现象...

EvilSpirit

原帖由 MJz 于 16-10-2005 01:24 PM 发表

3.3L比3.0L的新款...

我觉得应该把它们合并... 减少精华区的乱水现象...

对咯,还有就是只选详细和容易明白的放入精华区.

cRazYee

对！
这个比较详细！
这个应该列为精华

BOTAK精华动摇鸟！

原帖由 cRazYee 于 16-10-2005 01:35 PM 发表
对！
这个比较详细！
这个应该列为精华

不是比较详细,而是详细很多......
精华精华精华

AE101

謝謝分享哦.。。。

aaronkoay

i like the toyota the most
thanks for sharing
谢谢！！！！

Thank for Sharing,
Buying & Trying now.

harrods10

很不錯的貼!謝謝!!

harrods10

很不錯的貼!謝謝!!