有哪些应用在汽车上的黑科技是你见过觉得最不可思议的？ 第1页

现在汽车电气化程度越来越高，机械的东西越来越少，例如喷油：已从复杂的机液式化油器(左)已经进化为灵活精确的缸内直喷(右)。

剩下的那些机械机构，常常让人叹为观止。今天介绍一个发动机的黑科技，它与阿特金森循环与连杆机构有关。

我们都知道，发动机有四冲程：曲柄连杆机构周而复始地运动，上止点与下止点是固定的。

有位叫阿特金森的工程师，希望设计出一种机构，使得做功冲程的膨胀比更高，从而效率更高。

于是他在1882年设计了一个眼花缭乱的多连杆机构并申请了专利：

就问你这科技黑不黑？ 简直太黑了，黑得完全无法做出来。于是1887年他又设计了一个简化版本：

当时的专利截图：

可惜啊，就连这个简化版本，也够黑，一直造不出来。直到100多年后，本田才造出了一个Exlink发动机，但最高转速仅有2000rpm，无法用于车辆。

可见，以机械结构来实现阿特金森循环，实在是太难了！因为必然要涉及到多连杆机构，一般都承受不了活塞传来的高频、高负荷的力。

于是，大家换了个思路：机械结构不好实现，那不如改造凸轮轴来控制进气量吧 —— 如果进气不充分/进了气再扫出去，那就等效于作功冲程的膨胀比大于压缩冲程的压缩比了！

思路换了，咱们都不改动经典的曲柄连标机构了，所以后面的事情应该与连杆机构没关系了吧？连杆哭晕在厕所，阿特金森死不瞑目……且慢，咱们让子弹飞一会先。

思路换了之后，江山代有才人出。

首先是本田VTEC(Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System)技术，其原理是凸轮轴上每组都多出一个凸轮。

• 当转速较低时，中间那个高角度凸轮仅空转不起任何作用，从而得到较小的气门重叠角和升程；
• 当转速升高时，中间的高角度凸轮发挥作用，从而得到较大的气门重叠角与升程。

本田牛就牛在：实现了世界上第一个能同时调节气门开闭时间和升程的技术。

然后是宝马的ValveTronic技术，则通过步进电机和巧妙的机械结构实现了气门升程在0.25mm至9.7mm之间(几乎)无级变化，完全取代了节气门，大大减小的泵气损失。

宝马的贡献在于：从本田VETC的阶梯式调节进化到无级调节。

咱们梳理一下，可变气门技术无非就是调正时(VVT, Variable Valve Timing)和调升程(VVL，Variable Valve Lift)，总之都没有连杆什么事：

• VVT技术：本质上是调节曲线的相位，只需要利用经典的液压调相器，调节转子与凸轮轴的相位差就可以了；但早开必须早关，晚开必须晚关。
• VVL技术：本质上就是调节曲线的幅值，类似宝马ValveTronic技术就能实现；但开闭时间不能调节。

那除了正时与升程之外，持续期(Duration)能不能调呢？也就是所谓的VVD技术：要么使凸轮轴上的凸轮轮廓忽胖忽瘦，可那怎么可能？要么使凸轮轴在单周期内的瞬时速度忽快忽慢，那又怎么可能？真是太难了吧！

真的不可能吗？且慢，说起速度忽快忽慢，你是不是突然想起阿特金森在一百年前的那个专利了？如下图所示，在曲轴转速恒定的情况下，右上方的那个连杆的摆动速度不就是忽快忽慢吗？、

OK，连杆王者归来，现代起亚发明了CVVD技术：

利用连杆机构，使凸轮与凸轮轴沿不同中心运转，从而实现单周期内凸轮辆转速恒定的前提下，凸轮的旋转速度忽快忽慢！

如下图所示，紫色连杆与凸轮轴固定，以恒定速度转动；通过橙色连杆带动与凸轮固定在一起的蓝色连杆忽快忽慢地转动。当橙杆上的转动中心偏左时，蓝杆左快右慢；当转动中心偏右时，蓝杆左慢右快 ——也就是说，可以通过调节转动中心的位置，来控制蓝杆也就是凸轮在同一周期的转动速度！

简单地说，就是凸轮里面套了一个凸轮轴：凸轮轴转速恒定时，凸轮的转速忽快忽慢。是不是很黑科技？反正我是看了半天才看明白。

经过实验反复验证，搭载CVVD技术的发动机动力性能可提高4％以上，燃油效率可提高5％以上，废气排放量可以减少12％以上。

100多年前，阿特金森用多连杆结构的曲柄连杆，设想了阿特金森循环。

100多年后，大家用实践证明改造曲柄连杆是非常困难的，而应该用控制进排气来实现阿特金森循环；实现阿特金森循环的路上，从VVT到VVL再到VVD，最终又回到了连杆机构来实现VVD。

阿特金森可以瞑目了。