现代引擎多采用DOHC的缸盖设计，两根凸轮轴被设置在引擎顶部，通过齿形带轮或链条从曲轴端取力，并以2：1的速度驱动凸轮轴，此时凸轮轴商凸轮的旋转推动气门进行上下往复运动，从而控制气门的开启和闭合。而我们今天要关注的，其实就是气门开合的问题。 9 S D0 a4 V, j+ N+ l, o: R3 _
什么要“可变气门行程”？ . M0 h2 w. U. i( i* G$ E2 B' n; k
活塞式四冲程引擎都由进气、压缩、做功、排气4个冲程完成，我们关注的是气门开启程度对引擎进气的问题。气缸进气的基本原理是“负压”，也就是气缸内外的气体压强差。在引擎低速运转时，气门的开启程度切不可过大，这样容易造成气缸内外压力均衡，负压减小，从而进气不够充分，对于气门的工作而言，这个“小程度开启”需要短行程的方式加以控制；而高速恰恰相反，转速动辄5000rpm，倘若气门依然羞羞答答不肯打开，引擎的进气必然受阻，所以，我们需要长行程的气门升程。往往，工程师们既要兼顾引擎在低速区的扭矩特性，又想榨取高速区的功率特性，只能采取一条“折中”的思路，到头来引擎高速没功率，低速缺扭矩…… 0 Z+ j0 W) m2 X# x/ V
所以在这样的情况下，就需要一种对气门升程进行调节的装置，也就是我们要说的“可变气门正时技术”。该技术既能保证低速高扭矩，又能获得高速高功率，对引擎而言是一个极大的突破。
) m1 @4 }1 k$ ]: R, D80年代，诸多企业开始投入了可变气门正时的研究，1989年本田首次发布了“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”，英文全称“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System，也就是我们常见的VTEC。此后，各家企业不断发展该技术，到今天已经非常成熟，丰田也开发了VVT-i，保时捷开发了Variocam，现代开发了DVVT……几乎每家企业都有了自己的可变气门正时技术。一系列可变气门技术虽然商品名各异，但其设计思想却极为相似。 & c R. T2 b" ~9 o
+ M0 F& W; L! ]/ Y可变气门正时技术之一：保时捷Variocam
" k% r# G1 H5 D6 n保时捷911跑车引擎采用的可变气门正时技术Variocam
; H( | F7 @/ _$ q9 a$ K通过气门我们可以发现其两个位置，图中每个进气门分别有2种最大行程，绿色位置显然是高速时气门能够达到的最大行程。控制气门行程变化的，是两组凸轮控制，一组是高速凸轮，既红色部分的凸轮；另一组是低速凸轮，既高速凸轮之间的凸轮。
# n1 l; e, V2 m) f当引擎在低转速工况时，气门座顶端的黄色的控制活塞落在气门座内。这样高速凸轮只能驱动气门座向下行程而不能带动整个气门动作，整个气门由低速凸轮驱动气门顶向下行程，这样获得的气门开度就较小。反之当发动机在高转速工况时，控制活塞在液压的驱动下从气门座推入到气门顶中，把气门座和气门刚性的连接，高速凸轮驱动气门座时就能带动气门向下行程获得较大的气门开度。
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可变气门正时技术之二：本田VTEC
) L. ]+ K0 I. E i% W( a, s6 P' q与保时捷Variocam略有相同，本田的VTEC原理接近，而控制方式不同。
* Y, y4 H4 L. ?! X凸轮轴上依然布置有高速凸轮与低速凸轮，但由于本田引擎的气门由摇臂驱动，所以不能像保时捷一样紧凑。控制高低速凸轮切换的是一组结构复杂的摇臂，通过传感器测出引擎转速，传送到ECU进行控制，并由ECU发出指令控制摇臂。
; D- R% r; H6 j- y# I9 |6 K简单地说，就是这套摇臂能够根据转速不同自动选取1进1排的2气门工作或者2进2排的4气门工作，从而让发动机在高低速工况下都能顺畅自如。
& J% W/ ?: G) I' Q+ s' u3 R3 R8 A* g通常，转速低于3500rpm时，各有一支进气、排气凸轮工作，此时发动机近似为一台2气门发动机，这样的好处是，能够增加负压，利于进气；转速超过3500rpm时，液压系伺服系统接到发动机中央控制器ECU指令，对摇臂内机油加压，压力机油推动定时柱塞移动，使得同步柱塞将高速摇臂与主副摇臂刚性连接，此时低速凸轮虽然转动，但处于空转状态，并不参与工作，从而4支活塞共同工作，以适应高速运转。
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( F- S: v, T7 C5 O1 H4 |$ h1 U8 {8 |8 c可变气门正时技术之三：宝马Valvetronic / w, P. y- o" l
与保时捷Variocam、本田VTEC相同的技术还有很多，例如丰田VVT-i，通用ECOtec系列引擎的VVT等等，这些技术能够改变气门升程，但是局限性在于，这些技术都只有“两段式”可调，在气门行程进行变化的一刻会感觉到顿挫感。由此，宝马对气门行程的调节煞费苦心，开发了一套可以连续可变的气门正时技术，目前号称最具科技含量的气门正时技术。 - i# b: ]6 P% P3 D6 N. z
与众不同的是，宝马采用的是电机驱动的方式，电机的周相运动通过蜗杆传动齿轮，准变为摇臂的控制角度变化，然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。通过改变摇臂的角度即可改变气门的行程。由于采用了电机控制，在ECU指令下电机能够“无极”变化角度，使得气门升程的改变并不影响引擎工作，没有顿挫感，也更能有针对性地对每个转速范围进行细致的配气分析。
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4 P. w6 A5 m# u0 r! Q2 f四冲程汽油机的工作原理。进气冲程，发动机进气门开，排气门闭，活塞下行将空气吸入汽缸；压缩冲程，进排气门关闭，活塞上行，将混合燃气压缩；做功冲程，进排气门关闭，火花塞点火将燃气点燃，高压燃气将活塞向下推动；排气冲程，进气门闭，排气门开，活塞上行将废气挤出汽缸。就这么周而复始的活塞上下往复运动，通过连杆连接到曲轴，转变成为圆周运动，源源不断地传输动力…… " s. v* u5 C/ f$ q3 q5 u. ?; G
如果，事情就这么简单就好了，工程师们也就不用费尽心思设计配气机构了。可是，空气在汽缸里的运动并非想象中那么规规矩矩，巨大的运动惯量和复杂的热运动让燃气的脾气变得错综复杂。进气门和排气门的工作也并非严格按照上述的时刻开启和关闭。
% d, N2 o, v4 J$ a在排气形成接近终了，活塞即将达到上止点前，进气门就开启。这是为了保证进气行程开始时进气门已经开大，新鲜空气可以顺利充入汽缸；
1 L' C" j6 k$ S- \$ v' B进气冲程结束，直到活塞过了下止点又上行开始压缩冲程，进气门才关闭。在压缩冲程开始阶段，活塞上行速度缓慢，气流惯性与活塞内外压力差依然能够让汽缸进气。
9 P: j+ p2 x) z9 K( m, Z% f同样，排气门也在作功行程末，活塞达到下止点前即开启，此时汽缸内虽然有0.3-0.5Bar的气压，但是对作功作用并不大，索性打开排气门，将其排出汽缸。 j1 ^, u, ~0 t5 [( {9 y
排气门的关闭点也在排气过程末，进气冲程开始后。活塞处于上止点时，汽缸内废气压力依然高于大气压，加之排气具有惯性，晚关排气门有利于更彻底的排气。
4 C+ ]% C! i6 C5 _8 g这个特征当然需要在配气机构得以体现，那么控制气门开启和关闭的任务当然就交给了凸轮轴。凸轮轴设计了进排气提前和延时的角度，这个角度统称为配气正时角。
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配气正时可变
" w7 v8 m# {9 O) F, t发动机技术发展到今天，民用车转速范围已经拓展到6000rpm乃至9000rpm，低速和高速时，气门开启关闭的时刻需要与转速匹配。 8 W9 I' }8 R! K" N- m
在低转速时，进气速度慢，所以气门重叠角可以相对大一些，应该应该让进气门提前打开和延时关闭的时间更长一些，以保证充分进气；在高转速情况下，由于混合气流速很快，那么气门重叠角就应变小，让气门提前开启和延时关闭的时间减短，这样才不会造成进排气干涉。发动机才能在保证不发生进排气干涉的情况下，让其在各个工况都能得到充分的进气，从而提高了发动机的工作效率，也让发动机在低转时能有充分的扭力输出，高转速时能有更强大的功率输出，让发动机扭力输出得更平稳，特性曲线更线性。
2 s, v; @$ n6 K0 j# p x; R为了达到这种“可变”的效果，各家企业都有自己的一套手段来对配气正时进行调整。 : |9 C3 s% P6 y+ h" W% j
可变气门正时技术之一：保时捷Variocam ( r/ H. u" T. n& R6 Z- y8 b
; ?' ~4 i. L# f! @1 i9 t* v, q/ C) m如上图可以发现，在凸轮轴左边有一凸轮轴同步齿形带轮，曲轴动力通过正时链条传递到带轮，并进一步输送到凸轮轴上，以控制凸轮轴角度，进而控制配气正时角。保时捷在凸轮轴同步齿形带轮上设置了一个液压装置，当ECU接收位于曲轴的传感器的讯息，并进行处理后，将该转速下的配气正时角转变成为电信号传送到液压装置，由液压装置加压，使凸轮轴同步齿形带轮能够顺、逆时针在红色和兰色位置之间自由转动，达到控制配气正时角的目的。 8 f8 @$ g4 A" n. A- e7 A$ X: x+ r
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可变气门正时技术之二：本田VTEC
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$ y+ J( N7 P/ m* I下图是本田VTEC系统，该发动机匹配的是单VTEC系统，其配气正时角的调整只设置于进气门，而对排气门并无此作用。齿形皮带驱动白色部分凸轮轴同步齿形带轮，而凸轮轴与图中兰色部分相连，兰色部分为凸轮轴末端，其位置与凸轮轴同步齿形带轮存在一定的夹角，通过液压对该角度进行调整，从而控制凸轮轴偏摆的位置，达到改变配气正时角的目的。 ) m# E. r0 V/ O9 u" n3 H
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可变气门正时技术之三：雷诺—日产CVTC & y- B* c/ h+ R/ d; F" t/ Q1 ?" y
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雷诺、日产合并之后，多项技术都在集团内部进行共用。其中就包括日产潜心研究的CVTC连续可变气门正时系统。其原理与本田VTEC接近，也是采用液压作用改变凸轮轴同步齿形带轮与凸轮轴末端的夹角，从而改变配气正时角。 # E4 n! c- }5 J1 B6 @. X$ a# ]# Q
在凸轮轴与正时齿轮之间有高压油区和低压油区。只要调节两个油区之间的压力差，就能改变配气正时角了。两个油区的油压通过油压控制阀调节的。当高压油路（图中红色的通道）接通时，整个油室处于加压状态，凸轮轴顺时针偏转一定角度，配气正时被推迟，重叠角增大，适用于低转速；当电磁阀控制黄色区域压力高于红色区域压力时，凸轮轴逆时针偏转一定角度，配气正时被提前，这样重叠角减小，适用于高转速。
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8 Z4 \; ]3 l% O! T- G) r7 w这里另外说一下，大众公司相似的技术是 “Variable Valve Timing”，中文叫做“可变进气相位（正时）”。其原理与本田的VTEC 相似，不过相对较简单，少了升程控制系统，对气门的控制没有VTEC精确。但在ea888上的1.8t fsi采用的是新一代的可变正时控制系统，也是液压控制，比以前的老引擎上的控制系统要精确，响应更加敏捷,但也只是进气门正时控制，并没有实现对排气门的正时控制。大众好像没有采用气门升程控制技术，因此不能控制气门升程大小，不知道为什么，是不是因为在进气歧管上已经有变截面技术来控制气流了？ # _/ x! {9 i8 f$ o# K* S9 e
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本田 / i1 M+ [2 t7 Z& E f
VTEC 分级可变气门升程 分级可变配气正时 ; [& Q& O- p+ F* \9 l8 q; o4 B8 i
i－VTEC 分级可变气门升程 连续可变配气正时 ' g* b3 }7 p: P% @" ~
1 W% k: \3 \0 L6 x( u. @丰田 . i( E- n, G6 `
vvt-i 连续可变配气正时 7 S6 p9 `3 g; W- x1 V
dual vvti 连续可变配气正时(进排气门分别独立控制） : ^) J1 H! V3 P9 N
vvtl-i 分级可变气门升程 连续可变配气正时
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bmw
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Double VANOS 连续可变配气正时(进排气门分别独立控制） ) N- H& J/ e% B
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& x6 L) A, X. s1 S4 V3 o' WVariable Valve Timing 连续可变配气正时（进气门） 7 J. @3 G7 q; v8 j) h( V& n- \
好像audi有款 fsi发动机又已经采用了包括可变气门升程，连续可变进气门，排气门配气正时技术
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三菱 * K7 }. N8 h H ]; k
MIVEC 分级可变气门升程 连续可变配气正时 4 ?% Z; a* O& |- j
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马自达
& D" D! h! b. @- `0 z `s-vt 分级可变气门升程 连续可变配气正时 4 g; D2 E1 R! J4 O, j1 S6 @
0 {# x c+ I: K+ T9 |7 v9 p日产
9 Q5 g; o* B& h5 c0 gCVTC 连续可变配气正时
