（机械常识）机车可变气门系统 – ShiftCam, DAT, VVA, VVCS

lorance · 发表于 2020-3-31 12:45:17

四行程引擎中，汽门机构是在汽缸缸径与活塞行程之外，另一个影响整个动力曲线的重要部件。为了让引擎更能兼顾不同转速的需求，在汽车引擎上早已发展出相当成熟且多元的可变汽门机构。然而体积更小、对重量更计较的机车引擎，直到这几年各大车厂面临了日渐严苛的环保法规，作为一项不仅能提升动力性能，并且也能改善油耗的可变汽门系统，才在各种级距的量产车上慢慢多了起来。

早期由于汽门的作动时机与行程是固定的，但引擎在不同转速下，最佳的进气量与气门正时也都会不同，使得引擎设计只能针对某区域转速优化。随后发展出来的可变汽门技术，便是追求更加完美的性能输出，不妥协下的成果。

此为KYMCO官方提供的G6 VVCS动力曲线图，可以更直接了解可变汽门对马力曲线优化的帮助。

概要

在介绍现在市售量产化的机车可变汽门系统前，我们先简单说明汽门的几个概念，分别是汽门扬程、汽门正时与汽门数。

汽门是一个上下作动的伞状阀门，进气汽门往下推开时能让油气进入燃烧室、排气汽门往下推开时能让废气排出，而这上下移动的距离就称为汽门扬程。而汽门开启的时间点，需要配合活塞压缩时间与点火，时间差太多就可能正好与往上压缩的活塞撞在一起，这个时间就称为汽门正时。简单的说，汽门扬程决定汽门开启范围、汽门正时决定汽门何时开启。

左右两侧长形的结构分别为进气汽门与排气汽门

以引擎进气来说，高转速与低转速的进气量是不同的，因此理想情况下，我们希望低转速时的汽门扬程较低，高转速时的汽门扬程较高，提供适当的混合油气。另一方面，由于混合油气并不是在汽门开启的瞬间就立刻冲入燃烧室，而是在活塞负压下被吸进去，因此引擎设计上都会将汽门正时略微提早，先打开汽门，让混合油气能够先行加速，达到最大化的效果。因此当进气汽门与排气汽门都需先行提早开启时，就会出现进、排气汽门同时开启的时间点，这个时间点称为重迭角或重迭正时。

四行程引擎一定有的汽门，根据进气与排气可能会有不同尺寸。

然而随着引擎转速的增加，活塞速度的加快，汽门能开启的时间变短，使得汽门正时比起低转速需要提早更多，并藉由增加重迭角，靠着排气产生的缸内负压，加快进气的速度，来达到充足的混合油气进气量。

引擎除了透过汽门扬程与汽门正时来改善进气量之外，还有一个更直接的方式，就是增加汽门数。原本进气汽门只有一个不够，那我就增加到两个，提高整体进气量。这在最求高转速输出的机车引擎中，就有包括YAMAHA FZR 与2006年之前R1上所使用的五汽门引擎（每缸进气汽门增加至三汽门），以及HONDA为了每缸八汽门（四进四排）而设计椭圆形活塞的NR500及市售的NR750。

98年R1的引擎分解图，在圆形活塞下，挤进了三进二出的五汽门

NR500与之后的NR750，为了增加汽门数，而采用椭圆形活塞设计

BMW 可变汽门扬程系统：ShiftCam

BMW当家仿赛S1000RR，搭载了ShiftCam并结合了其他引擎革新，相较前代多出了8匹马力。

BMW将这套名为「ShiftCam」的汽门可变扬程系统，首次登场便是应用在BMW自豪的1254c.c.双缸水平对卧引擎上，使用二组不同角度的凸轮改变汽门扬程，BMW采用独特且简单的设计来控制凸轮轴。

ShiftCam最早出现在俗称「大鸟」的R1250 GS上。

其中的ShiftCam的机械原理我们以双缸水平对卧引擎来解说。这套汽门可变扬程系统以电子服务器伸出顶针推动所谓的「shift gate」来平移凸轮轴，替换不同角度的汽门凸轮，进而改变汽门扬程，已达到原厂所宣称的「ONE ENGINE TWO FACES」。

一具引擎，两种风貌

顶针推出使凸轮轴平移。

油门开度较小时，节气门开度也较小，计算机判定引擎需要提供较温和的动力，电子服务器便将顶针伸出，使用低角度凸轮来推动进气汽门并给予较小的汽门扬程，更以不对称的凸轮设计，给予进气汽门不同的启闭时间，使燃烧室内形成涡流，以达到最佳的燃烧效果并可减少燃油消耗。

较小的汽门扬程与不同的进气汽门启闭时间，给予最佳的燃烧效果。

随着路况许可，油门大开欲恣意狂奔时，节气门全开，电子服务器将另一根顶针伸出使凸轮轴平移，同时将高角度凸轮接手推动进气汽门的工作，并且增加其扬程以引进大量的空气进入燃烧室，在排气量1254c.c.的双缸引擎中完整发挥最大马力136匹、最大扭力143牛顿米的动力潜能。

高角度凸轮轴给予最大的汽门扬程，完全发挥出136匹的最大马力

KYMCO 可变汽门扬程系统： VVCS

KYMCO G6 150 VVCS。

KYMCO在2015年中推出了搭载可变汽门扬程的G6车款，整个系统的运作方式是透过增加一个进气凸轮的方式，来改变进气汽门的扬程。原本凸轮轴上有一个进气凸轮与排气凸轮，分别透过汽门摇臂去控制汽门。而G6 VVCS将增加一组进气凸轮与一个可活动、对应高角度凸轮的汽门摇臂。

A、B 分别是低角度与高角度汽门摇臂

凸轮轴上增加一组同样角度但更高的进气凸轮

控制油路的阀门机构。

在6500rpm以前，这组活动式的汽门摇臂是独立运作，当转速到6,500rpm，电磁阀会开启OCV油路，将活动式的汽门摇臂与主要的进气汽门摇臂固定。由于高角度凸轮产生的行程较长，因此低角度凸轮在此时就失去功用，汽门扬程也跟着改变，提供更多的进气量，达到可变汽门扬程的目的。

可变汽门扬程作动简图

低转速时，高角度凸轮对应的汽门摇臂是独立活动，汽门主要还是由低角度凸轮所带动的汽门摇臂控制

高转速时，高角度汽门摇臂会与低角度汽门摇臂锁定，因此汽门摇臂会以高角度凸轮为主，汽门扬程也就增加

YAMAHA 可变汽门扬程： VVA

YAMAHA YZF-R15 V3。

说到了YAMAHA的可变汽门扬程系统，就不能不提到众人所津津乐道的性能轻跑YZF-R15 V3，在VVA的加持之下，不仅在最大马力上达到了20ps的傲人成绩，14.7Nm的最大扭力也早在8,500rpm就全数爆发。不过其实YAMAHA早在2015年就以全球战略车款NMAX作为平台，将可变气门扬程VVA强殖于NMAX的Blue Core引擎。

YAMAHA NMAX。

这具引擎采用SOHC的设计，在机构上，与刚刚提到的KYMCO VVCS相当类似，但锁定机构不同。同样是利用一组对应高角度可活动或上锁的进气汽门摇臂，当转速大于6,000rpm时，会将对应高角度凸轮的汽门摇臂与低角度凸轮的汽门要臂锁定，改变汽门扬程。

DUCATI 连控轨道可变正时： DVT

Testastretta DVT引擎。

与上面所提到针对车款的可变汽门扬程不同，DUCATI的DVT运用在非Superbike车系上，目前有Multistrada 1260与Daivel使用。同时，DVT也是机车界第一款连控轨道可变正时的机构。

DUCATI Multistrada 1260 Enduro。

DVT的运作方式是在进气正时齿轮中，加入一个可透过油压控制改变的机构，一般正时齿轮是一个单独的零件，链接到凸轮轴，而DVT将正时齿轮变成内、外两个零件。可以想成外环与内环，外环就是连接正时炼条有齿的部份，而内环就是与凸轮轴连接的部份。内环与外环可以做小角度的滑移，因此当外环跟着正时炼条规律的转动时，内环的角度偏移就可以让凸轮与正时炼条的相对位置改变，达到汽门正时的改变。

DUCATI使用的连控轨道汽门系统和OHC系统不同，汽门本身的开启与关闭都由凸轮控制。

而这个机构采用无段设计，因此在做动上感受不到分别，但却能提供引擎更全面的动力输出，同时DUCATI使用独立的油压阀与传感器来控制，因此凸轮正时透过设计可以提早或延后。

汽门正时改变机构作动方式，随着中心零件的转动，凸轮角度也跟着改变，因而改变正时

可变机构就在正时齿轮之中。

由于在下一篇将介绍取经自MotoGP的可变汽门技术，并且讨论众家技术之间的差异，以及更要带读者了解到这些技术异中求同的最高理想。