Bài giảng cơ cấu phân phối khí điều khiển điện tử

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. Công dụng
Cơ cấu phân phối khí trên động cơ đốt trong có nhiệm vụ đưa hòa khí
(đối với động cơ xăng) hay không khí (đối với động cơ dầu) vào xylanh động
cơ và thải khí cháy ra ngoài đúng lúc, đúng thì và đúng thứ tự nổ của 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 lò 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 dòng khí lưu thông

- 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 cơ, cơ
cấu gồm các bộ phận sau: trục cam, con đội, đế tựa, lị xo, bạc dẫn 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 vòng 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: cò mổ; 8: đĩa chặn lò xo; 9: lò xo; 10: cổ trục cam.
* Kiểu OHC (overhead camshaft)
5
.

* Ưu điểm:
- Buồng cháy gọn
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt nhỏ nên làm giảm tổn thất nhiệt
- 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,…)
3. Dẫn động xupap
6
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 thể 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 luôn 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 không 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. Công 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 mòn của khí cháy và mài mòn.
* 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 đuôi xupap. Nấm xupap
dạng hình nón cụt, bề mặt xupap dùng để làm kín. Góc nghiêng xupap là 45
0
,
đôi khi 30
0

hoặc 60
0
. 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 nhớt vào buồng đốt, cũng
như khí cháy vào buồng đốt làm hỏng dầu bôi trơn.
9
Đuôi xupap nhận lực tác động từ cò mổ hoặc con đội, ngoài ra nó còn
dùng để giữ lò 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 còn 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 đến
1
o
. 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 luật khi động cơ
hoạt động. Móng hãm được đặt vào đế trên và lồng vào rãnh đuôi xupap để
đảm bảo đuôi 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 lò 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 bệ do muội than
hoặc chì bám trên bề mặt tiếp xúc.
1.4.4. Đĩa lò xo:
Đĩa lò xo kết hợp với móng hãm có tác dụng giữ cho lò xo không bị
văng ra ngoài 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 chế 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 được một góc độ quanh trục của
nó.
Khi xoay xupap sẽ quét bay muội than bám trên đế hoặc mặt vát của
nó, thân xupap và ống dẫn hướng mòn đều, giảm bớt kẹt treo xupap.
Có 2 loại cơ cấu xoay xupap:
* Xupap tự xoay: Đuôi xupap được giữ trong đế lò xo nhờ móng hãm
tựa vào vai dưới đuôi xupap. Đế chụp dưới đuôi xupap và tựa lên vít điều
chỉnh của con đội. Khi con đội đi lên đội đế chụp, móng hãm và đế lò xo
xupap chịu lực đè của lò xo. Đuôi xupap không còn bị kẹt cứng trong đế 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 bật về F bố 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 lò xo F lại bật 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 côn có vấu, móng côn
không vấu.
1.4.5. Ống dẫn hướng:
Nhiệm vụ:
Ống dẫn hướng là một chi tiết rời được ép chặt vào nắp máy. Chức
năng của ống dẫn hướng dùng để dẫn hướng cây xupap.
Cấu tạo:
13
Chương 2. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH
2.1. Pha phân phối khí
Động cơ H6 của Porsche được áp dụng công nghệ điều khiển pha phối khí
thông 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 quá trình
nạp đầy hỗn hợp (hoặc không khí mới) vào xy-lanh và thải sạch khí thải ra
khỏi xy-lanh. Hai thông số chính có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng của
quá trình nạp đầy và thải sạch là pha phân phối khí và tiết diện lưu thông của
hỗn hợp khí.
Pha phân phối khí được hiểu là các giai đoạn từ lúc mở đến lúc đóng
xu-páp tính bằng góc quay trục khuỷu, còn tiết diện lưu thông của hỗn hợp
khí đi qua một xu-páp là diện tích hình vành khăn được tạo bởi họng đế xu-
páp 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 luôn tuân theo một quy luật không đổi ở tất cả các chế độ làm việc khác
14
nhau của động cơ. Vì vậy ở một số chế độ (tải nhỏ, tăng tốc, toàn tải,…) thời

gian đóng mở xu-páp không hoàn toàn hợp lý, lượng nhiên liệu cung cấp cũng
chưa phù hợp với chế độ làm việc của động cơ gây tổn hao nhiên liệu và mất
mát công suất. Chính vì vậy, hệ thống điều khiển pha phối khí thông minh
(HTĐKPPKTM) ra đời đã khắc phục được các nhược 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 thoát ra khỏi 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 vòng quay thấp. Đồng 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 mô-
men xoắn của động cơ. Ngoài 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 hoàn khí thải) nếu mở
sớm xupáp nạp và đóng muộn xupáp thải
(xupáp nạp và xupáp thải đều mở). Ưu điểm
của nội tuần hoàn khí thải so với ngoại tuần
hoàn là tăng tính phản ứng và phân bố đồng
đều.
16
2.2. Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí thông minh
Một CCPK thông thường có cấu tạo gồm các chi tiết chính là trục cam,
cò mổ, xu-páp và hệ thống dẫn động. Đối với CCPPKTM, cấu tạo của nó rất
đa dạng và phong phú, bên cạnh những cải tiến công nghệ dựa trên cơ cấu
truyền thống, đã có rất nhiều kết cấu mới ra đời.
a) Hệ thống EMVT không sử dụng trục cam, cò mổ và hệ thống dẫn
động. Việc đóng mở xu-páp nhờ lực lò 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. Thông 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 nhược 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, bổ 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 cò 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 vấu cam tốc độ 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 việc cụ 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 thước 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 chế 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 thông 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. Quá trình phân phối khí được tính toán và
điều khiển một cách tối ưu theo chế độ hoạt động của ôtô. 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 môi 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 công
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 vòng quay trung bình, vòng quay lớn, quá trình tăng
tốc, tải lớn,… cho nên sản phẩm cháy “sạch” hơn so với động cơ thông
thường, lượng khí cacbondioxit được giảm xuống nhờ hỗn hợp cháy hoàn
toàn, giảm lượng khí độc (CO2, NO, HC) thải ra môi trường.
2.4. Cấu tạo cơ bản hệ thống thay đổi pha phân phối khí thông 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 hiệu
từ bộ điều khiển động cơ. Cả hai bộ điều khiển là thủy lực hoạt động 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 khiển điện tử của 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 basic mechanism used by the VTEC technology is a simple
hydraulically actuated pin. This pin is hydraulically pushed horizontally to link
up adjacent rocker arms. A spring mechanism is used to return the pin back to
its original position .

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.
The two cam/rocker pairs operates independently of each other. One of
the two cam-lobes are intentionally drawn to be different. The one on the left
has a "wilder" profile, it will open its valve earlier, open it more, and close it
later, compared to the one on the right. Under normal operation, each pair of
cam-lobe/rocker-arm assembly will work independently of each other.

VTEC uses the pin actuation mechanism to link the mild-cam rocker arm
to the wild-cam rocker arm. This effectively makes the two rocker arms operate
as one. This "composite" rocker arm(s) now clearly follows the wild-cam
profile of the left rocker arm. This in essence is the basic working principle of
all of Honda's VTEC engines.

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.
Examine the diagram of a typical
Honda DOHC PGM-Fi non-VTEC engine on
the left, in this case the 1590cc ZC DOHC
engine. Note that each pair of cam-lobe and
their corresponding rocker arms though
adjacent, are spaced apart from each other.
In the DOHC VTEC implementation,

Honda put an extra cam/rocker in between each
pair of intake and exhaust lobes/rockers. The
three cam/rocker assemblies are now next to
each other. The new middle lobe is the "wild"
race-tuned cam-lobe. Using VTEC to link up all
three rocker arms together, Honda is able to use
either the mild or the wild cam-lobes at will.
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 EK-
series 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 Si-
VTEC 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