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IT|给汽油车“续一秒”，韩国人说我也有份

身处这个视电动如魔法的时代，依然有人对内燃机技术念念不舍 。不光是有，且有很多 。看过许家印老板投资的千万级超跑柯尼塞格，如何用高度电气化的 Freevalve 系统做到惊人性能，你应该知道：内燃机的动力和效能，很大程度上取决于吸入空气的能力 。
普通的机械气门正时系统，进气门开启动作是定死不变的，但内燃机在不同工况下所需的理想进气量并不相同 。这对矛盾使得设计时必须两头考虑，这限制了内燃机综合表现——动力和效率——的提升 。
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最最基本的凸轮轴气门正时系统长这样，发动机曲轴（最终输出动力的轴）转 2 圈，上面的凸轮轴转 1 圈 。气门由凸轮轴上的凸轮凸起部分顶开，这样气门开闭动作就与发动机运转的相应时机相匹配 。进排气门各自的开启时段，正好对应四个冲程中的进气冲程和排气冲程 。
缺点也很明显，所有东西都是定死不变的 。如前面所解释的，面对不同工况下的不同需求，“不变”不是好事 。
别急着说自己看不懂，放心，即便你完全不懂内燃机的四个冲程，也并不影响你了解可变气门技术的神奇——本质不过是工程师们大开脑洞，用奇思妙想攻克空间几何问题 。
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可变的开门时机
虽说四个冲程中，进气-压缩-做功-排气，进、排气都有对应的冲程，但真实的进排气动作时间并不与相应冲程 100% 对应 。因为在高转速时，各个冲程时间极短，我们希望进气门早一点开、排气门晚一点关，进排气门有一点点时间是同时开着（术语叫气门重叠角），这样可以让此时的进气更充足、排气更彻底 。然而在低转速时，进排、气时间都很充裕，气门重叠角又不宜过大，否则进气门吸进来的空气又被同时开启的排气门排出去了，导致进气不足 。
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（overlap：真实运转中，进气门与排气门开启会有很小的重叠）
这样就产生了第一对矛盾：高转速时气门重叠角要大一点，低转速时又需要减小重叠角 。落实到气门动作上，大重叠角需要进气门开启提前一点，小重叠角则需要进气门滞后一点 。
于是为了实现兼顾，可变气门正时系统 VVT 被发明出来 。人们在原有凸轮轴基础上，在凸轮外侧安装了一个可旋转一定角度的相位调节器 。进气门凸轮轴相对于整个正时系统的角度可以变化，进气门开启的早晚时机也就可以调节，从而实现可变的气门重叠角 。
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VVT 用于进气门的效果最明显（下面其他可变气门技术同理），后来也开始在排气门上应用 VVT，进、排气两侧都有 VVT 的系统，就会被称为双 VVT 或 DVVT 。现在多数汽车大厂都掌握（或者获得）了 VVT 这项技术，各家命名有所不同，比较著名的像丰田的 VVT-i、宝马的 VANOS 等等 。
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（右上角：VVT 实现气门重叠角可变）
可变的气门开度
与可变气门正时要解决的问题类似，基础的机械气门结构，气门打开的幅度（术语叫气门升程）是固定不变的：凸轮的物理凸起有多高，气门就会被“顶开”多大 。
但不同的工况下，内燃机所需的最佳充气速度是不同的 。比如低转速时，进气门开启时间较长，需要进气过程尽量缓和绵长，这样可以让油气混合得更均匀，提高燃烧效率；而高转速时，进气门开启时间很短且发动机通常处于高负荷，本来就需要更多空气，所以需要进气效率尽可能高、尽快吸入充足空气 。
这又是一对矛盾，设计内燃机需要平衡高低转速时的需要，妨碍了内燃机进一步提高效能 。于是，可变气门升程系统 VVL 出现了 。实现气门升程可变，各家有自己的独门方法，最著名的当然是本田引以为豪的 VTEC 技术 。
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VTEC 早在 1989 年就诞生了，在今天看来，本田的做法其实非常简单：一个凸轮的形状是固定的，那我另加一个高转速专用凸轮不就得了？在传统结构基础上，VTEC 增加了一个对应更高升程的“大”凸轮 。在更高转速需要更强动力时，拨动一个锁止销，即切换到高升程凸轮 。本田以简单但精巧的纯机械结构，轻松实现了气门升程的两级可调 。


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