Bài giảng cơ cấu phân phối khí điều khiển điện tử nguyễn quang trung 952751

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN QUANG TRUNG

BÀI GIẢNG
CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

Đà Nẵng - 2013

1


Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Cụng dụng và phân loại
1.1.1. Cơng dụng
Cơ cấu phân phối khí trên động cơ đốt trong có nhiệm vụ đưa hịa
khí (đối với động cơ xăng) hay khơng khí (đối với động cơ dầu) vào xylanh
động cơ và thải khí cháy ra ngồi đúng lúc, đúng thì và đúng th ứ t ự n ổ c ủa
động cơ.
1.1.2. Phân loại:
Trên động cơ đốt trong dùng các loại cơ cấu phân phối khí sau:
1. Cơ cấu phân phối khí dùng xupap: Dùng xupap đóng mở cửa nạp
và xả. Có 2 loại:
+ Cơ cấu dùng xupap đặt

+ Cơ cấu dùng xupap treo

2

1: bánh răng cam; 2: mấu cam; 3: bạc lót; 4:xupap;5: ống dẫn hướng ; 6: đũa
đẩy; 7: cò mổ; 8: đĩa chặn lị xo
2. Cơ cấu phối khí kiểu van trượt: Đa số sử dụng trên động cơ 2 kỳ,
piston đóng vai trị như một van trượt điều khiển đóng mở cửa nạp và cửa
thải

3


3. Cơ cấu phân phối khí kiểu phối hợp: Kết hợp 2 kiểu trên, vừa có
xupap, vừa có van trượt thường được sử dụng trên động cơ Diesel 2 kỳ,
động cơ 2 kỳ quét thẳng.

1.2. Yêu cầu
- Đóng mở xupap đúng thời gian quy định và đảm bảo độ kín khít
- Độ mở đủ lớn để dịng khí lưu thơng
- Làm việc êm dịu, tuồi thọ và độ tin cậy cao
- Thuận tiện trong việc bảo dưỡng, sửa chữa động cơ và giá thành
chế tạo hợp lý
1.3. Các phương án bố trí xupap và dẫn động cơ cấu phối khí
Các động cơ đốt trong dùng cơ cấu phối khí kiểu xupap hiện nay đều
bố trí xupap theo hai cách: Bố trí xupap đặt và bố trí xupap treo.
1. Bố trí xupap đặt:
Cơ cấu phân phối khí loại xupap đặt có xupap đặt bên hông động c ơ,
cơ cấu gồm các bộ phận sau: trục cam, con đội, đế tựa, l ị xo, b ạc d ẫn
hướng, xupap, vít điều chỉnh và cơ cấu truyền động.

4

Cơ cấu phối khí dùng xupap đặt thường dùng trên động cơ xăng có
tỷ số nén thấp và số vịng quay không lớn
* Ưu điểm:
- Giảm được chiều cao động cơ
- Kết cấu nắp xylanh đơn giản và dẫn động xupap cũng dễ dàng.
* Nhược điểm:
- Buồng đốt lớn
- Diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế của động cơ kém (
tiêu hao nhiên liệu, giảm hệ số nạp,…)
2. Bố trí xupap treo:
Có hai phương pháp dẫn động xupap:
- Kiểu OHV: Trục cam bố trí trên thân my.
- Kiểu OHC: Trục cam bố trí trên nắp my.
* Kiểu OHV (overhead valve)

1: Bánh răng cam; 2: mấu cam; 3: bạc lót; 4:xupap; 5: ống dẫn hướng;
6: đũa đẩy; 7: cị mổ; 8: đĩa chặn lò xo; 9: lò xo; 10: cổ trục cam.
* Kiểu OHC (overhead camshaft)
5


.

nhiệt

* Ưu điểm:
- Buồng cháy gọn
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt nhỏ nên làm giảm tổn thất

- Đối với động cơ xăng khi dùng cơ cấu này có thể tăng tỷ số

nén từ 0.5 – 2 so với xupap đặt
- Đường nạp và đường thải thoáng, tăng được hệ số nạp.
* Nhược điểm:
- Dẫn động xupap phức tạp, làm tăng chiều cao động cơ
- Làm cho kết cấu nắp máy phức tạp, gây khó khăn cho việc
gia cơng chế tạo
- Diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế của động cơ kém
(tiêu hao nhiên liệu, giảm hệ số nạp,…)
6


3. Dẫn động xupap
Trục cam có thể bố trí trên nắp máy hoặc ở hộp trục khuỷu để dẫn
động trực tiếp hay gián tiếp xupap. Số trục cam trên nắp máy có th ể là
một hoặc hai trục cam.
4. Phương án dẫn động trục cam
a. Dẫn động trục cam bằng bánh
răng
* Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản
- Truyền động êm và bền do
sử dụng bánh răng nghiêng
* Nhược điểm: Khi khoảng cách
giữa trục cam và trục khuỷu lớn phải
dùng thêm các bánh răng trung gian, điều
này làm cồng kềnh và phức tạp.
b. Dẫn động bằng xích: Khi trục khuỷu v trục cam đặt xa nhau.

* Ưu điểm: Dùng cho các trục có khoảng cách lớn
* Nhược điểm:

- Giá thành xích cao hơn so với bánh răng
- Gây tiếng ồn khi làm việc
- Dễ bị sai lệch pha phối khí
- Để cho xích ln được căng phải dùng cơ cấu căng xích.
c. Dẫn động trục cam bằng trục: Khi trục cam và trục khuỷu đặt xa
nhau thì có thể dùng trục trung gian để dẫn động
d. Dẫn động trục cam bằng đai răng:

7


Đa số các động cơ hiện nay sử dụng cách này. Ưu điểm lớn nhất của
cơ cấu này là truyền động êm dịu, đai có tuổi thọ lớn khơng cần bảo
dưỡng, giá thành thấp hơn xích.
1.4. Kết cấu các chi tiết chính của cấu phân phối khí

1.4.1. Xupap
a. Cơng dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo
* Công dụng: Xupap có nhiệm vụ đóng và mở các lổ nạp và
thải theo đúng thời điểm làm việc của động cơ
* Điều kiện làm việc: Chịu nén, kéo do tác dụng của áp suất
môi chất trong buồng cháy, lực kéo của lò xo và lực mở của đòn mở hoặc
cam; đồng thời chịu ăn mịn của khí cháy và mài mịn.
* Vật liệu chế tạo: Thép hợp kim
Mỗi xylanh động cơ có ít nhất hai xupap, một xupap nạp dùng mở
cửa nạp và một xupap thải dùng mở cửa thải.
8


b. Cấu tạo:

Xupap được chia làm 3 phần: nấm, thân và đi xupap. Nấm xupap
dạng hình nón cụt, bề mặt xupap dùng để làm kín. Góc nghiêng xupap là
450, đơi khi 300 hoặc 600. khi góc nghiên càng bé thì tiết diện mở càng lớn
nhưng độ cứng vững của xupap càng giảm. Đường kính nấm xupap nạp
thường lớn hơn xupap thải.

Thân xupap chuyển động trong ống dẫn hướng, thân xupap có dạng
hình trụ, khe hở lắp ghép giữ xupap và ống dẫn hướng phải lớn. Để đảm
bảo sự chuyển động chính xác của xupap và ngăn ngừa nh ớt vào buồng
đốt, cũng như khí cháy vào buồng đốt làm hỏng dầu bôi trơn.

9


Đi xupap nhận lực tác động từ cị mổ hoặc con đội, ngồi ra nó cịn
dùng để giữ lị xo xupap.

1.4.2. Đế xupáp:
Đế xupap được ép chặt vào nắp máy, khi xupap đóng bề mặt của
nấm xupap ép chặt vào bề mặt của đế để làm kín. Đế xupap cịn có tác
dụng truyền nhiệt từ đầu xupap ra nắp máy.
Góc lệch của đế xupap được chế tạo lệch so với bề mặt xupap từ ½
o
đến 1 . Vết tiếp xúc giữa bệ và bề mặt xupap từ 1,2 đến 1,3 mm.
Có loại đế xupap là một chi tiết rời được lắp chặt vào nắp máy (loại
này được sử dụng phổ biến hiện nay) và có loại được đúc liền với nắp
máy.

10

1.4.3. Lò xo:
Lò xo đảm bảo cho xupap chuyển động theo đúng quy lu ật khi đ ộng
cơ hoạt động. Móng hãm được đặt vào đế trên và lồng vào rãnh đi xupap
để đảm bảo đi xupap đóng kín với một lực ép ban đầu của lò xo.
Đa số xupap dùng một lò xo, một số động cơ người ta dùng hai lò xo
cho một xupap. Để tránh lò xo bị gãy do cộng hưởng ở số vòng quay cao,
người ta chế tạo lị xo xupap có bước thay đổi. Lực đàn hồi của lò xo
xupap phải đủ lớn để giữ cho xupap làm việc chính xác. Nếu lực đàn hồi
quá lớn sẽ làm cho các chi tiết mau mòn.

Ở một số động cơ, cơ cấu xoay xupap thay thế cho đế chặn lò xo.
Cơ cấu này làm cho xupap xoay để đảm bảo xupap đóng kín trên b ệ do
muội than hoặc chì bám trên bề mặt tiếp xúc.
1.4.4. Đĩa lị xo:
Đĩa lị xo kết hợp với móng hãm có tác dụng giữ cho lị xo khơng bị
văng ra ngồi và đảm bảo xupap đóng kín khi động cơ hoạt động.

11


Thức tế cho thấy phần nhiều xupap cháy do hở vì muội than bám
trên mặt vát của xupap, khí cháy lọt qua khoét lõm dần dần. Để hạn ch ế
hỏng hóc của động cơ do xupap gây ra, ở một số động cơ xupap được trang
bị thêm cơ cấu xoay. Cơ cấu này làm cho xupap xoay đ ược m ột góc độ
quanh trục của nó.
Khi xoay xupap sẽ quét bay muội than bám trên đế hoặc m ặt vát của
nó, thân xupap và ống dẫn hướng mịn đều, giảm bớt kẹt treo xupap.
Có 2 loại cơ cấu xoay xupap:
* Xupap tự xoay: Đi xupap được giữ trong đế lị xo nhờ móng

hãm tựa vào vai dưới đi xupap. Đế chụp dưới đi xupap và tựa lên vít
điều chỉnh của con đội. Khi con đội đi lên đội đế ch ụp, móng hãm và đ ế lị
xo xupap chịu lực đè của lị xo. Đi xupap khơng cịn b ị k ẹt c ứng trong đ ế
lò xo nữa mà đứng tự do trong đế chụp nên nó sẽ tự quay theo chân rung
của động cơ đang nổ.
* Xupap xoay bắt buộc: Vành bọc A bao quanh bộ lò xo B. lò xo tựa
lên vành bọc A, loongden đàn hồi C nằm trong vành bọc A và tựa lên các
viên bi D và các lò xo nhỏ F. bi D và các lò xo b ật v ề F b ố trí trong các
khoang đái dốc của đế B. khi con đội đi lên, vít B nâng xupap và tác động
lên vành A làm cho long đền C ấn vào các viên bi D tụt lăn xuống đáy
nghiêng Ecủa khoang chứa đế B. chính nhờ các động tác này của các viên bi
B buộc xupap phải xoay một góc độ. Sau khi xupap đóng các lị xo F l ại b ật
các viên bi D về vị trí cũ chuẩn bị xoay xupap cho lần mở kế tiếp.

12


* Móng hãm:
Có các loại sau: móng ngựa, chốt dẹp, móng cơn có vấu, móng cơn
khơng vấu.
1.4.5. Ống dẫn hướng:
Nhiệm vụ:
Ống dẫn hướng là một chi tiết rời được ép chặt vào nắp máy. Ch ức
năng của ống dẫn hướng dùng để dẫn hướng cây xupap.
Cấu tạo:

13


Chương 2. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ THƠNG MINH

2.1. Pha phân phối khí

Động cơ H6 của Porsche được áp dụng cơng nghệ điều khiển pha phối khí
thơng minh để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, nồng độ khí thải và tăng khả
năng tăng tốc của xe
Chức năng chính của cơ cấu phối khí (CCPK) là điều khiển q trình
nạp đầy hỗn hợp (hoặc khơng khí mới) vào xy-lanh và thải s ạch khí th ải ra
khỏi xy-lanh. Hai thơng số chính có ảnh h ưởng quy ết đ ịnh đ ến ch ất l ượng
của quá trình nạp đầy và thải sạch là pha phân ph ối khí và ti ết di ện l ưu
thơng của hỗn hợp khí.
Pha phân phối khí được hiểu là các giai đoạn từ lúc m ở đ ến lúc đóng
xu-páp tính bằng góc quay trục khuỷu, cịn tiết diện lưu thơng c ủa h ỗn h ợp
khí đi qua một xu-páp là diện tích hình vành khăn được tạo bởi họng đế xupáp và phần đế của xu-páp khi xu-páp đó mở.
Trên các loại động cơ thông thường, tiết diện lưu thông của hỗn hợp
khí ln tn theo một quy luật khơng đổi ở tất cả các ch ế đ ộ làm vi ệc
14


khác nhau của động cơ. Vì vậy ở một số chế độ (tải nhỏ, tăng tốc, tồn
tải,…) thời gian đóng mở xu-páp khơng hồn tồn hợp lý, lượng nhiên li ệu
cung cấp cũng chưa phù hợp với chế độ làm việc của động c ơ gây t ổn hao
nhiên liệu và mất mát cơng suất. Chính vì vậy, h ệ th ống đi ều khi ển pha
phối khí thơng minh (HTĐKPPKTM) ra đời đã khắc phục được các nh ược
điểm trên.

Những cải tiến của cơ cấu phối khí đều căn cứ vào sơ đồ pha phân phối
khí này
a) Pha phân phối khí ở chế độ tải nhỏ:
Trường hợp khi tải nhỏ, động cơ hoạt động ở vòng quay thấp và trung
bình. Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại do đó góc

trùng điệp xu-páp được tăng lên, lượng khí thải sẽ dễ dàng thốt ra kh ỏi
xy-lanh, mặt khác thời gian các xu-páp nạp mở cũng được rút ngắn để ngăn
hỗn hợp nhiên liệu - không khí chảy ngược lại đường ống nạp.
Xu-páp nạp cũng được mở ra ít hơn. Điều này giúp cho động cơ làm
việc ổn định và giảm lượng tiêu hao nhiên liệu không cần thiết của động
cơ mà vẫn đảm bảo xe có thể di chuyển tốt ở số vịng quay th ấp. Đ ồng
thời xu-páp nạp được mở ít sẽ làm giảm ma sát mài mòn của trục cam và
lượng hydrocacbon trong khí xả được giảm đi ở dải tốc độ thấp và trung
bình.
15


b) Pha phân phối khí ở chế độ tăng tốc:
Trường hợp khi tăng tốc, lượng khí nạp
vào trong xy-lanh sẽ được gia tăng từ khi
bắt đầu tăng tốc. Tức là xu-páp nạp sẽ
được mở sớm với tiết diện lưu thông
lớn. Xu-páp thải cũng được mở sớm hơn
để đẩy lượng khí thải ra khỏi động cơ và
làm tăng mật độ của lượng hỗn hợp khí
nạp vào.
c) Pha phân phối khí ở chế độ tải lớn và
tốc độ cao:
Trường hợp khi tải lớn và động cơ hoạt
động ở số vòng quay cao. Thời điểm phối
khí được làm sớm lên do đó khoảng trùng
điệp của xu-páp nạp và xu-páp thải giảm
đi, thời gian mở của xu-páp nạp được kéo
dài, tăng lượng nhiên liệu nạp vào xy-lanh
và tạo thành áp suất cao trong buồng đốt do

đó làm tăng mơ-men xoắn của động cơ.
Ngồi ra, thời điểm đóng xu-páp nạp được
đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay
ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện
hiệu quả nạp.
d) Pha phân phối khí tạo hồi lưu khí
thải:
Khí thải trên đường thải sẽ quay trở lại
đường nạp (Nội tuần hồn khí thải) nếu
mở sớm xupáp nạp và đóng muộn xupáp
thải (xupáp nạp và xupáp thải đều mở). Ưu
điểm của nội tuần hồn khí thải so với
ngoại tuần hồn là tăng tính phản ứng và
phân bố đồng đều.

16


2.2. Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí thơng minh
Một CCPK thơng thường có cấu tạo gồm các chi tiết chính là trục
cam, cị mổ, xu-páp và hệ thống dẫn động. Đối với CCPPKTM, c ấu t ạo
của nó rất đa dạng và phong phú, bên cạnh những cải tiến cơng nghệ dựa
trên cơ cấu truyền thống, đã có rất nhiều kết cấu mới ra đời.
a) Hệ thống EMVT khơng sử dụng trục cam, cị mổ và hệ thống dẫn
động. Việc đóng mở xu-páp nhờ lực lị xo và các van điện từ tác dụng hai
chiều, pha phân phối khí và độ mở của xu-páp được xây dựng dựa trên một
chương trình được lập trình định sẵn. Thơng qua các cảm biến để xác định
chế độ làm việc của động cơ, từ đó lựa chọn các biện pháp điều khiển phù
hợp.
Ưu điểm của phương án này là kết cấu nhỏ gọn, hạn chế tối đa mất

mát năng lượng do dẫn động cơ khí, tuy nhiên nh ược điểm của nó chính là
tiêu hao điện năng lớn. Bộ điều khiển và chương trình phức tạp.
b) Hệ thống sử dụng trục cam với một loại vấu cam, b ổ sung và thay
đổi các chi tiết của hệ thống dẫn động (VANOS - Variable nockenwellen
steuerung của BMW), cấu tạo của cơ cấu phân phối khí loại này thường sử
dụng kết hợp với các bộ truyền cơ khí như cị mổ trung gian, trục lệch tâm,
bộ truyền bánh răng, trục vít bánh vít,…
c) Hệ thống có bố trí hai loại vấu cam trên trục cam với 2 biên dạng
khác nhau thường được gọi là vấu cam tốc độ thấp và v ấu cam t ốc đ ộ cao
(VTEC - Variable Vale Timing and Lift Electronic Control của HONDA,
VVTL-i - Variable Vale Timing – intelligent của TOYOTA hay VVEL Variable Valve Event and Lift của Nissan). Tùy theo điều kiện làm vi ệc c ụ
thể của động cơ mà sử dụng loại vấu cam phù hợp.
Cơ cấu loại này thường được kết hợp với các van điều khiển và bộ
chấp hành thủy lực để xoay trục cam trong một phạm vi nhất định so với
góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các
điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến và tín
hiệu điều khiển từ ECU.
d) Hệ thống có bố trí trên trục cam với 3 biên dạng cam kích th ước
khác nhau (MIVEC - Mitsubishi innovative Valve timing Electronic Control
System của Misubishi và VARIO CAM PLUS của hãng PORSCHE). Biên
dạng cam lớn nhất đặt ở giữa và hai biên dạng cam nhỏ và trung bình đặt ở
hai bên.
Mặc dù có 3 biên dạng cam như vậy nhưng chỉ tạo ra 2 chế độ động
cơ: Chế độ tốc độ thấp, sử dụng biên dạng cam nhỏ, trung bình và ch ế độ
tốc độ cao sử dụng biên dạng cam lớn. Loại này thường sử dụng bộ dẫn
động điều khiển thủy lực hoặc bánh răng để thay đổi các biên dạng cam
làm việc, cho phù hợp với các chế độ của động cơ.
17

Tất cả các hệ thống điều khiển pha phối khí thơng minh đều nhằm mục
đích nạp đầy hỗn hợp cháy và thải sạch khí thải
2.3. Ưu điểm của HTĐKPPKTM
- Nâng cao tính kinh tế nhiên liệu. Q trình phân phối khí được tính tốn và
điều khiển một cách tối ưu theo chế độ hoạt động của ơtơ. Lượng hỗn hợp
khí được đưa vào xy-lanh rất phù hợp, đảm bảo nhiên liệu được nạp đầy
và thải sạch, hạn chế tối đa lượng nhiên liệu dư thừa quay trở lại đường
nạp cũng như khí sót thải ra mơi trường.
- Tăng cường khả năng tăng tốc. Hệ thống có khả năng thích ứng và phản
ứng nhanh với điều kiện hoạt động của động cơ, cung cấp nhanh chóng
lượng khí nạp có mật độ cao giúp cho quá trình tăng tốc diễn ra nhanh hơn.
- Tăng công suất động cơ. Khi động cơ cần công suất lớn, xu-páp nạp
được điều chỉnh mở sớm hơn và lớn hơn làm tăng lượng khí nạp, giúp tăng
cơng suất đầu ra của động cơ. Đồng thời xu-páp thải cũng được điều
khiển để mở sớm nhằm thải sạch khí thải, tăng thêm mật độ của khí nạp.
- Giảm lượng khí xả độc hại. Thời gian đóng mở xu-páp nạp được tối ưu
hoá ngay từ khi khởi động, lượng nhiên liệu được cung cấp phù hợp cho
các quá trình hoạt động với số vịng quay trung bình, vịng quay l ớn, quá
trình tăng tốc, tải lớn,… cho nên sản phẩm cháy “sạch” hơn so với động cơ
thơng thường, lượng khí cacbondioxit được giảm xuống nhờ hỗn hợp cháy
hoàn toàn, giảm lượng khí độc (CO2, NO, HC) thải ra mơi trường.
2.4. Cấu tạo cơ bản hệ thống thay đổi pha phân phối khí thơng minh
a) Bộ điều khiển (fluted variator)
Bộ điều khiển để điều chỉnh trục cam nạp được lắp đặt trực tiếp trên
đầu trục cam. Nó điều chỉnh trục cam nạp theo tín hiệu từ bộ điều khiển
điện tử của động cơ. Bộ điều khiển để điều chỉnh trục cam xả được lắp
trực tiếp trên đầu trục cam xả. Nó điều chỉnh trục cam xả theo tín hi ệu t ừ
bộ điều khiển động cơ. Cả hai bộ điều khiển là th ủy l ực ho ạt đ ộng và
được kết nối với hệ thống dầu động cơ thông qua các hộp điều khiển điện
tử.

18


b) Hộp điều khiển (control housing)
Hộp điều khiển được gắn trên nắp máy nó chứa cả các đường dầu và bộ
điều khiển.

c) Van diện từ (solenoid valves)
Có hai van điện từ nằm ở hộp điều khiển để cung cấp dầu trực tiếp cho
hai bộ điều khiển theo tin hiệu điều khiển từ bộ điều khi ển đi ện t ử c ủa
động cơ. Van N205 điều khiển dầu cung cấp cho bộ điều khiển cam nạp
và van N318 điều khiển dầu cung cấp cho bộ điều khiển cam thải.
19


Hoạt động của hệ thống thể hiện ở hình sau đây:

20


21


Chương 3. HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ VTEC CỦA HONDA
3.1. Introduction
VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) is a valve
train system developed by Honda to improve the volumetric efficiency of a
four-stroke internal combustion engine. This system uses two camshaft
profiles and electronically selects between the profiles. This was the first

system of its kind. Different types of variable valve timing and lift control
systems have also been produced by other manufacturers (MIVEC from
Mitsubishi, VVTL-i from Toyota,VarioCam Plus from Porsche, VVL from
Nissan, etc.). It was invented by Honda R&D engineer Ikuo Kajitani. It can be
said that VTEC, the original Honda variable valve control system, originated
from REV (Revolution-modulated valve control) introduced on the CBR400
in 1983 known as HYPER VTEC. In the regular four-stroke automobile
engine, the intake and exhaust valves are actuated by lobes on a camshaft.
The shape of the lobes determines the timing, lift and duration of each valve.
Timing refers to an angle measurement of when a valve is opened or closed
with respect to the piston position (BTDC or ATDC). Lift refers to how much
the valve is opened. Duration refers to how long the valve is kept open. Due
to the behavior of the working fluid (air and fuel mixture) before and after
combustion, which have physical limitations on their flow, as well as their
interaction with the ignition spark, the optimal valve timing, lift and duration
settings under low RPM engine operations are very different from those under
high RPM. Optimal low RPM valve timing, lift and duration settings would
result in insufficient filling of the cylinder with fuel and air at high RPM, thus
greatly limiting engine power output. Conversely, optimal high RPM valve
timing, lift and duration settings would result in very rough low RPM
operation and difficult idling. The ideal engine would have fully variable
valve timing, lift and duration, in which the valves would always open at
exactly the right point, lift high enough and stay open just the right amount of
time for the engine speed in use.
VTEC was initially designed to increase the power output of an engine
to 100 PS/liter or more while maintaining practicality for use in mass
production vehicles. Some later variations of the system were designed solely
to provide improvements in fuel efficiency, or increased power output as well
as improved fuel efficiency. In practice, a fully variable valve timing engine
is difficult to design and implement.

VTEC: VTEC is one of Honda's greatest invention. Though an undisputed
expert in turbocharging as evidenced by years of Formula-1 domination while
22


Honda was active in the sport, Honda's engineers feels that turbocharging has
disadvantages, primarily bad fuel economy, that made it not totally suitable
for street use. At the same time, the advantages of working with smaller
engines meant that smaller capacity engines with as high power output as
possible (ie very high specific-output engines) are desirable for street engines.
Thus Honda invented VTEC which allows it to extract turbo level
specific output from its engines without having to suffer from the
disadvantages of turbocharging (though VTEC introduces disadvantages of its
own).
The Temple of VTEC is specifically created by Jeff Palmer as a
dedication to this great technology and the Temple of VTEC Asia is dedicated
to the home of VTEC -and of Honda, Japan and the region of Asia.
In this permanent feature, we will examine the basic mechanism that
make up the VTEC technology as well as the various implementations of
VTEC.
The VTEC system has been around since 1989, and was first
introduced on a 1.6 litre dual over-head cam (DOHC) engine in a Honda
Integra. These engines have a separate camshaft for the intake and exhaust
cam, and the VTEC changes the profile of both camshafts at the same time.
Later, Honda started introducing VTEC also in single cam (SOHC)
engines (i.e with a single camshaft for both intake and exhaust). The
downside of this is that the VTEC system on these engines only work on the
intake valves.
3.2. The Basic VTEC Mechanism

The VTEC mechanism is covered in great detail elsewhere so it is
redundant to go through the entire mechanism here. Instead we will look at
the basic operating principles which can be used in later sectionse to explain
23


the various implementations VTEC by Honda.
To start on the basic principle, examine the simple diagram below. It
comprises a camshaft with two cam-lobes side-by-side. These lobes drives
two side-by-side valve rocker arms.

Currently, Honda has implemented VTEC in four different configurations.
For the rest of this feature, we will examine these four different
implementations of VTEC.

2.3. DOHC VTEC
The pinnacle of VTEC implementation is the DOHC VTEC engine. The first engine to

24


benefit from VTEC is the legendary B16A, a 1595cc inline-4 16Valve DOHC engine with VTEC
producing 160ps and first appearing in 1989 in the JDM Honda Integra XSi and RSi.

Note : Though the ZC and B16A are well-suited to illustrate the difference
between plain-DOHC and DOHC-VTEC, the B16A engine is not derived
from ZC. In fact, ZC and B16A have different bore and stroke. The same
applies for the B18A and B18C engines used in the JDM Integra series.
DOHC VTEC implementations can produce extremely high specific
outputs. The B16A for standard street use first produced 160ps and now

170ps. In the super-tuned B16B implementation used for the new JDM EKseries Honda Civic Type-R, 185ps was produced from the same 1595cc.
DOHC VTEC can also easily offer competitive power outputs to
turbocharged engines for normal street use. For eg, the E-DC2 Integra SiVTEC produces 180ps from the 1797cc DOHC VTEC B18C engine. This
compares favourably to the 1.8l version of the RPS-13 Nissan 180SX which
uses a 1.8l DOHC Turbo-Intercooled engine which produced 175ps.
2.4. SOHC VTEC
An alternative implementation of VTEC for high (versus very high)
specific output is used in Honda's SOHC engines. SOHC VTEC engines have
often been mistakenly taken as a 'poor' second-rate derivative of DOHC
VTEC but this is not the true case. An SOHC engine head has advantages of a
DOHC head mostly in terms of size (it is narrower) and weight. For more
sedate requirements, an SOHC engine is preferable to the DOHC engine.
25