科技说：从现代起亚“首创”CVVD看气门学问
同事上韩国试驾新一代的起亚K5 ， 回来交给卡叔一个“任务”：说说对CVVD的看法 。
CVVD技术其实在今年年中现代就已经向全球发布 ， 并高调地宣称“全球首创” 。 由于类似各种“V”各种“T”的技术官方缩写太多 ， CVVD也容易被人“误解”为类似VVT的常规技术 。 直观感觉 ， 也可能认为现代“全球首创”的说法多少有点夸大其词 。
所以卡叔欣然地接受了这个“任务”：想就这这个时机来说说对CVVD的看法 ， 以及对当下气门技术的一些看法 。
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CVVD仍然是在围绕气门可变做文章
从上世纪开始 ， 汽车工程师就发现了“气门可变的学问” 。
早期发动机设计的唯一诉求只是性能——从十几马力到几百马力 ， 怎么大技术就怎么牛逼 。
当发动机性能已经足够大 ， 并且伴随石油危机的到来 ， 人们开始将关注焦点放在发动机效率上 。
而现在大家都知道：提升效率的核心 ， 是“兼顾不同工况”——即使是三十年前的发动机 ， 60公里/小时匀速的效率依然是很高的 。 难点 ， 在于各种工况、尤其中低速工况下的高效 。
解决这一问题最有效的办法之一 ， 就是“气门可变” 。
这里面有涵盖很多方面 。 最常见的是气门正时可变 ， 最典型的代表是丰田的VVT-i 。 然后另外一些厂商 ， 还弄出了气门行程可变 ， 典型代表是本田的VTEC 。
实现VVT-i最常见的的做法 ， 是让凸轮轴的角度发生变化 ， 从而可以在不同工况下 ， 改变气门开启的时点 ， 达到兼顾不同工况的目的 。
实现VTEC最常见的的做法 ， 是通过切换不同高度的凸轮 ， 实现气门开启幅度的改变 ， 同样达到兼顾不同工况的目的 。
在这些最常见的办法之外 ， 还有一些创新 。
比如宝马的Valvetronic 。 它是通过伺服电机来实现气门的“随意改变”——行程、正时 ， 想怎么变就怎么变 ， 气门开不开都可以由电脑说了算 。
还有如菲亚特的Multiari更神 ， 它索性放弃了进气凸轮轴 ， 完全由液压机构根据排气凸轮的相位来控制进气门 。 理论上 ， 也是“进气门怎么工作全由电脑说了算” 。
CVVD本质上 ， 也属于这类创新 。 也就是说 ， 它的核心目标仍然是在“气门可变” ， 并且是近乎“随心所欲地可变” 。
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CVVD最核心的目标 ， 还是阿特金森循环的可切换
然后我们再留意一下近年来VVT技术的一个分支性的发展 ， 比较典型的代表是丰田的VVT-ie 。
过去的VVT都是液压机构 ， 只能调整气门开启的“时点” ， 却改变不了气门开启的“时间” 。 也就是说 ， 如果想要进气门多开一会儿 ， 过去的VVT是做不到的 。
VVT-ie将液压机构变成了电控机构 。 也就是控制凸轮轴的角度 ， 是由电机来控制的 。 电机可想而知 ， 它的转动是可以由电脑控制的 ， 可以转得快一点也可以转得慢一点 。 再深了想 ， 它就可以在某个时候 ， 与凸轮轴同步转（凸轮轴正常的转动是由曲轴带动的） 。 那么当电机与曲轴带动的转角同步且相反运动时 ， 凸轮轴就可以“有一小段时间不动” 。 这样气门就可以在“本来应该关闭的时候持续开启” ， 或者“本来应该开启的时候持续关闭”了 。
为什么要这样？目的就是为了实现阿特金森循环与奥托循环的可切换 。 发动机在低负荷工况下 ， 用阿特金森循环燃效可以更高 。 怎么实现呢？就是在压缩行程的时候 ， 让进气门延时关闭（也就是“本来应该关闭的时候持续开启”） 。 这样 ， 进入气缸的空气会有一部分又“压回”进气歧管 。
这相当于进入气缸的空气变少了 ， 等效于缩小了排量 。 这时候发动机根据“小排量”的设定喷油 ， 就可以减小喷油量 。 不仅如此 ， 发动机做工的时候 ， 活塞的行程是不变的 ， 所以相当于“小排量”喷油的同时 ， 可以“大排量”做工 。 这样就能提升低负荷工况下的燃烧效率 。
CVVD的核心诉求 ， 其实也在这里 。 只不过 ， 它在结构上开了个“脑洞” ， 做法与VVT-ie不同 ， 也与Valvetronic、Multiari不同 。
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CVVD的“脑洞”开在哪里？有何优劣？
CVVD的结构是在凸轮上做文章（而不单单是凸轮轴） 。 它的这套结构非常复杂 ， 要讲清楚估计得写本“说明书” ， 而且还得具备很多基础学科的知识才能理解 。 所以这里大概只说说它的原理 。
CVVD相当于在凸轮外面又套了一个环状机构或者壳体（也就是图中凸轮轴上方部分的那个机构） 。 这个结构可以用行星齿轮来想象 ， 但又不一样 。
也就是凸轮的转动是由外面这个“圈圈”带动的 。 外面这个圈圈则可以通过伺服电机的控制左右移动 。 这种移动方式是无级可调的 。 当这个圈圈左右移动的时候 ， 凸轮的转角幅度就会发生改变 。 这种改变 ， 就有点类似于VVT-ie一样 ， 可以延长气门开启的时间 。
可能大家看着还是有点晕 。 很正常 ， 这两句话就能说清楚这道机构 ， 那是不可能的 。 你只要知道 ， 现代起亚的工程师忽然灵感乍现 ， 通过一套之前厂商都没采用过的结构 ， 实现了在某个时点气门持续开启（一般是在压缩行程 ， 以实现阿特金森循环）即可 。
从核心理论来说 ， 这套机构与VVT-ie只能算异曲同工——结构方式完全不同 ， 但达到的核心诉求其实是一样的 。
那么为何一贯在技术上选择“跟随日系”的韩系 ， 在阿特金森循环与奥托循环可切换的问题上 ， 不效仿VVT-ie的做法呢？
或许现代起亚的工程师觉得VVT-ie的效果仍然不够理想 ， 亦或者他们发现自己开了这个“脑洞”不用太可惜了吧？
从实现的效果来看 ， CVVD发动机的压缩比可以达到4:1到10.5:1之间大幅可变 ， 不仅超过了VVT-ie ， 甚至超过了日产的的VT-C（当然 ， VT-C是另一种可变压缩比 ， 不能简单类比 ， 这里就不展开了） 。 所以很多人说 ， 现代这一回在技术上已经领先于日系 ， 虽然有点夸张 ， 但也不是完全没有道理 。
然后更直观的效果是 ， CVVD可以性能提升4%、燃油效率提升5% ， 减少12%的碳排放 。 所以对于CVVD的技术创新 ， 还是很值得肯定的 。
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结论
【科技说：从现代起亚“首创”CVVD看气门学问】本文可能并没有如同事预期的那样 ， 写成CVVD的“技术详解” 。 主要是在卡叔看来 ， 对于咱们大多数人而言 ， 首先还是应该“知其然” 。 而CVVD的“所以然” ， 解读起来确实很费力——它涉及到很多基础学科的东西 。 所以 ， 我们只需要知道它大体是如何实现的 ， 以及实现是为了什么 ， 与当下的主流技术有何异同 ， 以及当下主流技术都朝什么方向发展、为什么要这么发展等等即可 。 不是吗？
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