人时时刻刻都需要呼吸，呼吸贯穿于人的一生。人在睡觉时呼吸平缓，在运动时贪婪地呼吸。发动机在工作的时候也是一样，在高负载时气缸需要吸进更多的混合气；在低负载时，为减少油耗和排放则应该减少进气量。而控制进气量的多少除了节气门开合，更为直接的就是气门正时和扬程控制技术了。

  为使发动机在不同转速工况下的效率最优化，汽车工程师发明了可变气门正时技术。可变气门正时技术，业内也叫VVT（variable valve timing），通过对凸轮轴转角的控制，推迟和延后气门的开闭时间达到进排气效率最优化。在高转速时，进气门推迟关闭，排气门推迟打开，提升进气量同时让燃料燃烧更充分；在低转速时，进气门提早关闭，排气门提早打开，节省燃料同时排气更充分。可变气门正时技术基本上被标配于现在市面上的几乎所有车型，VVT对于车主们来说已经是习以为常的标识。随着发动机系统和工艺的日益精细化，气门扬程可变系统被引入到发动机系统中。VTEC可能是大家耳熟能详的一种气门扬程可变技术，也是本田发动机引以为傲的一种技术，在过去十多年间本田的VTEC经过几代的改进，气门扬程控制也更为精确和快速。时至今日，VTEC技术已不是最先进和最为精确的气门扬程可变技术，其根本致命伤在于其气门扬程调节是分段式的（最新但未被普遍的使用的本田AVTEC已经具备无级气门扬程控制能力）。当今最先进的气门扬程可变技术都是无级可调式的扬程可变技术，实时根据发动机工况对气门扬程进行调节。这种无级可调式气门扬程调节系统大多采用了偏心轴或者中间杠杆的机构，使得气门扬程调节无级化。本文将对比介绍3款无级可变气门扬程调节系统宝马的Valvetronic、日产的VVEL、丰田的Valvematic。

  宝马永远是走在技术的前沿的。在2001年1月，第一代Valvetronic系统被首次运用于3系E46上的直列4缸N42发动机。Valvetronic扬程可变系统搭配Bi-Vanos气门正时系统使得N42发动机在当时业内显得很先进。第二代Valvetronic被应用于宝马N46、N52、N62等发动机上。而N52这款直列六缸自然吸气发动机则是最受到大家关注的型号，被搭配于E60、E66、E90等同代车型上。而第三代Valvetronic系统则配合最新的涡轮增压发动机被应用于最新一代的N55发动机上。

  Valvetronic的核心是中间杠杆技术，凸轮轴通过驱动相位可调节的中间杠杆实现气门扬程的无级调节。下图为宝马最新第三代Valvetronic机构结构图，Valvetronic机构由5个重要部分所组成：偏心轴驱动电机、偏心轴驱动齿轮、偏心轴、凸轮轴、中间杠杆。

  从下图中能够正常的看到，Valvetronic能够最终靠调节中间杠杆的位置实现了气门扬程的无级调节。在负荷较低的发动机工况下，Valvetronic控制气门开度较小，吸入的空气量较少，燃油使用量较少；当发动机负载增加，Valvetronic控制气门开度较大，吸入的空气量较大，燃油吸入量多，做功较多，输出动力更大。有了Valvetronic，节气门的负载控制功能则被取代了，在正常工作时，发动机进气量由Valvetronic机构控制，节气门全开。节气门只在发动机出问题时进入紧急模式后才控制发动机进气量。这样一来，由于节气门全开，使得空气进入气缸畅通无阻，不会在进气门背面产生负压，也极大减少了发动机进气损失，最终达到提高燃油经济性和提升发动机效能的目的。

  缺点：结构较大；增加的机构增加了摩擦损失和惯性使得此机构不适用于超高转速发动机。

  宝马的Valvetronic曾经是连续可变气门扬程系统的“唯一”。但擅长吸收别人经验的日本人在相隔几年后纷纷拿出自己的连续连续可变气门扬程系统，虽则各厂商通过不同的结构实现气门扬程连续可变功能，但似乎“后生更加可畏”。日产在英菲尼迪G37轿跑车的VQ37发动机上，首次装备了VVEL可变气门升程，配合C-VTC，就像宝马的Bi-VANOS+Valvetronic一样，让发动机的气门控制更接近理想化。英菲尼迪G37搭载的VQ37发动机最大马力330bhp，升功率达89.2bhp，峰值扭力也达到38.1kgm，相比宝马N52的升功率还要稍微高一点。

  日产VVEL的核心是偏心轴机构，偏心轮轴并不直接驱动气门，偏心轮轴上面的偏心轮驱动连接A，链接A驱动摇臂，摇臂驱动连接B，连接B驱动输出凸轮推动气门顶筒使得气门打开（输出凸轮并不是刚性连接在驱动轴）。此机构看起来很复杂，摩擦副也相对较多，但是由于所有构件采取刚性连接，没有弹簧类的回位机构，使得VVEL更适合于高转速发动机而无需考虑惯性的问题。

  从下图能清楚地看出VVEL在不同工况下的动作情况。能够正常的看到VVEL偏心轴在不同工况下的转角是不同的，VVEL偏心凸轮位置不同导致摇臂的支点出现变化从而控制了气门的开度。至于控制逻辑方面，VVEL也是通过在不同的负载控制不同的气门开度以此来实现减少进气损失，最终达到优化燃油经济性的目的。据日产的资料，在低负载工况下VVEL能够减少10%的燃料损耗。但在峰值功率上，VVEL并没有太大的贡献，是因为VVEL的进气效率被VVEL机构新增的摩擦给抵消掉了。但VQ37发动机的最高转速能够达到7500rpm，不像Valvetronic发动机那样受到高转速的限制。

  在2008年，丰田终于公布了其无级气门扬程可变系统，加入CVVL（Continuous Variavle Valve Lift）俱乐部。虽然Valvematic发布较晚，但是相比Valvetronic以及VVEL，有不少突出的优点。首先，结构相对简单，不会增加汽缸盖的重量和体积；其次，由于结构相对比较简单，摩擦副较少，重量较轻，使得Valvematic不会像Valvetronic一样限制发动机的高转速性能。据丰田的消息，Valvematic能够在增加10%的动力输出同时，减少5-10%的燃油消耗。

  丰田Valvematic机构主要由几个部分所组成：凸轮轴、中间轴、摇臂、滚轮摇臂、摇臂推动机构。Valvematic最重要的部分，就是中间轴通过斜齿带动的两个摇臂推动机构和一个滚轮摇臂；摇臂推动机构和滚轮摇臂的斜齿方向是相反的；所以当中间轴旋转的时候，摇臂推动机构和滚轮摇臂会以相反的方向旋转，从而它们的夹角会出现变化。而凸轮轴通过部件刚性连接的可变中间轴作用在气门摇臂上推动气门运动。详细情况是：凸轮轴作用在滚轮摇臂上，摇臂推动机构推动气门摇臂。当需要调节气门开度时，我们只需要使摇臂推动机构和滚轮摇臂之间的夹角发生明显的变化即可。夹角增大，气门扬程增大；夹角减小，气门扬程减小。具体控制过程可以看下面的示意图。

  从原理上来看，Valvematic机构和控制原理相对于Valvetronic和VVEL来得简单，但是中间轴内部结构作为Valvematic的核心构造则相对较难理解。下面是Valvematic的一些结构图，能够在一定程度上帮助大家理解这个结构。

  （点击图片可放大，请注意中间轴斜齿的方向，这就是Valvematic的精妙之处）

  由于Valvematic结构紧密相连，构件较少，因此相对来说能够更好地符合高转速发动机的要求。在第一台2.0升搭配Valvematic的发动机上，气门的升程能轻松实现从0.97mm到11mm的无级变化。在减少节气门的同时减低了油耗水平。以同一台2.0升发动机为例，Valvematic能够压榨出158hp动力；而VVT-i则只能输出143hp动力，效果相当明显。