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科技说丨从现代起亚“首创”CVVD看气门学问

来源：车云

2020-04-11

近日，全新一代起亚K5在韩国正式亮相，新车采用最新家族设计理念，是起亚汽车复兴的镇山之作。国产的全新一代起亚K5（第五代）将于2020年4月在北京车展亮相，并有望在9月份的成都车展上市。

在这次起亚K5公布的技术中，一项名为CVVD的发动机技术引起了卡叔的关注，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。

所以卡叔想就这个时机来说说对CVVD的看法，以及对当下气门技术的一些看法。

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”。

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。

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。

结论

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？