TOYOTA 科技 VVT-i

孔明

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。 Flash: http://i15.photobucket.com/albums/a388/cyk_89/VVT-I/02.swf          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。 Flash: http://i15.photobucket.com/albums/a388/cyk_89/VVT-I/03.swf    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。 Flash: http://i15.photobucket.com/albums/a388/cyk_89/VVT-I/04.swf       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。

西麗湖

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肥九

喂﹗得閒講多d啦喂﹗