逆天改命！气门技术让传统发动机保持旺盛活力
韩系车终于发力了，东风悦达起亚凯酷“上市不到两个月总销量破万”成为焦点，作为新中级轿车，它与北京现代第十代索纳塔重新聚焦了人们的注意力。
除了炫酷的颜值外，这两款车也带来了现代集团最新的黑科技——CVVD连续可变气门持续期。这项全球首创的技术为气门控制打开了另一扇窗，让传统发动机继续保持旺盛活力，性能指标更进一步。
内燃机通过可燃混合气产生的热量推动曲柄连杆机构，将化学能转换成机械能，推动汽车前进。从原理上看，内燃机一方面要精确控制喷油量，另一方面也有精确控制进气量，只有这样，才能达到最佳空燃比，形成最恰当、有效的缸内燃烧，从而产生最佳的工作效率和性能输出。
对于驾驶员来说，脚下的油门通常对应发动机的节气门，油门踩的越深，相应节气门开度越大。节气门通常放在发动机进气歧管前，是发动机进气量的总调节阀。发动机动力随着节气门开大而增加，节气门的开度和进气量也是发动机燃烧控制的前提和基础，喷油量按工况设定随进气量而改变。随着对发动机性能要求的提升，对发动机进气量的更精准控制也提到议事日程。随即，更细腻的进气门进气控制逐次登场了。
与节气门不同，发动机进气门布置在汽缸盖上，最初一般是一进一排两个气门，后来发展到两进两排四气门，甚至三进两排五气门结构。不过，目前最常用的还是四气门，相对来讲更能兼顾效率和结构合理性。进气门对进气量的控制精确到每个气缸，相对节气门的控制更进一步。在一些进气门控制比较完善的车型上，节气门基本上处于常开状况，只在个别工况下发挥作用。
长期以来，进气门在内燃机中都是中规中矩的存在。它的作用就是到点开启、按时关闭，把从节气门进来的空气或可燃混合气送入气缸。上世纪60年代开始，为兼顾高低速工况下的进气效率，有些公司开始了可变气门正时（CVVT）的研究。
在一般人的印象中，日系车是可变气门正时的开拓者和积极倡导者。但实际情况并非这么简单。有资料显示，欧美公司是更早的开拓者，并且取得了一定程度的实效。但本田的VETC（可变气门正时和升程电子控制系统）在推动可变气门正时发展中起过重要作用，它在一套系统中同时完成了可变气门正时和可变气门升程（最初的VETC只可两段式改变升程）两方面的工作，并且在实际应用中取得了不错的效果。基本上，可变气门正时系统通过在凸轮轴的传动端加装一套液力机构，让凸轮轴实现在一定范围内的角度调节来改变发动机的气门正时。
2001年，宝马发布了valvetronic连续可变气门升程(CVVL)技术，让升程精准控制进气成为可能，也让传统的节气门基本沦为摆设。宝马的系统通过一个造型奇特的钟摆结构实现了气门升程的连续可变，据称这是一个在校大学生的发明专利。多年以后，日产VVEL通过一套偏心轮和摇臂的组合巧妙地避开了宝马的专利，同时也取得了相当好的气门升程连续可变。菲亚特则是通过电液驱动，同样让气门升程连续可变成为可能。
宝马valvetronic全变量气门系统
气门正时和气门升程作为气门控制的两个流派，它们最初的控制重点各有不同。可变正时侧重于控制进排气重叠角，可变升程则更精确控制进气量。两种方式共同作用，让发动机的工作效率和性能得到更好的提升。如今，新的气门控制方式来了，它就是CVVD连续可变气门持续期。
■独树一帜的连续可变持续期
2019年，现代汽车发布了CVVD连续可变气门持续期技术。与CVVT改变气门开启时间，CVVL改变气门开启升程（在升程改变过程中，气门持续期也会相应变化，但控制过程以改变升程为主要目的）不同，CVVD改变的是气门开启的持续期，从而让气门控制方式有了新的选择（见图一）。CVVD的主要目的是更精确地控制各工况下的进气量，同时进气门的开启更贴合发动机循环需求。按现代汽车官方说法，安装CVVD系统的发动机可以兼顾性能、经济性和排放控制，在特定机型下，可实现性能提升4%，经济性提升5%，而排放可以降低12%。
图一：CVVT、CVVL、CVVD三种气门控制示意图
现代CVVD是怎样实现气门持续期的连续可变呢？该系统通过一个偏心轮结构把凸轮轴和凸轮连接起来，凸轮轴通过滑块带动偏心轮，偏心轮通过锁销机构带动凸轮转动，凸轮轴与凸轮之间不是硬连接，它们之间有一定的活动范围。工作过程中，电机带动一套涡轮蜗杆系统推动偏心轮左右位移（如图二），根据机械连接的运动规律（图三中紫色棒可看作凸轮轴，蓝色为凸轮，而橙色表示偏心轮与凸轮的连接关系，其中点代表偏心轮位置。根据机械连接运动学规律，当紫色凸轮轴转速不变时，如偏心轮中心与凸轮轴心重合，凸轮也保持匀速运转，而当偏心轮中心左右偏移后，凸轮转速就不再恒定，会发生转速快于和慢于凸轮轴的现象。如偏心靠左时，凸轮凸角在右侧区域会加速旋转），让凸轮转速加快或变慢，让气门的开启时间发生变化，从而实现连续可变气门持续期。
图二：现代CVVD原理示意图
图三：旋转关系示意图
■CVVD适应更广泛的发动机工况
CVVD通过气门开启时间的调整实现了进气量的精准控制，让发动机在不同工况发挥最大效应。同时，CVVD的工作原理让它更适应不同的发动机循环工况，使其作用进一步放大。
通常情况下，采用阿特金森循环的发动机注重经济性，采用米勒循环的发动机注重性能，而采用奥托循环的发动机更注重平衡性。由于工作原理不同，三种循环的发动机分别采用不同的凸轮形状，以产生更加恰当的进气效果（图四），而CVVD连续可变进气持续期的进气图谱正好可以良好覆盖三种发动机循环的进气状况。
对于应用了CVVD技术的发动机，在发动机输出功率较低的匀速状态下，可将进气门的开启时间持续至压缩冲程的中后期（气门开启持续期长），以此减少压缩时产生的阻力，有效改善油耗；相反，车辆加速行驶时，CVVD技术将在发动机压缩冲程初期便关闭进气门（气门开启持续期短），最大限度地增加燃烧所需的混合气，由此提升发动机的扭矩，有效改善加速性能。
图四：不同发动机循环所用的凸轮和进气效果