發(fā)動(dòng)機(jī)可變配氣相位技術(shù)探析論文

1、摘耍2一、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)3（一）、可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)的原理31、可變配氣相位調(diào)整原理42、可變配氣相位技術(shù)條件5（二）、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀5（三）、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)6二、國(guó)內(nèi)外可變氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)7（一）、可變配氣機(jī)構(gòu)分類7（二）、可變氣門(mén)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀7三、可變配氣相位技術(shù)研究意義8三、連續(xù)可變配氣凸輪軸設(shè)計(jì)淺析9（一）、連續(xù)可變凸輪軸作用9（二）、連續(xù)可變配氣凸輪軸的工作原理9（三）、連續(xù)可變配氣凸輪軸與傳統(tǒng)可變配氣技術(shù)凸輪軸優(yōu)缺點(diǎn)比較9（四）、可變配氣相位技術(shù)條件11四、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)ii參考文獻(xiàn)13摘要本文介紹了從進(jìn)氣晚關(guān)角及進(jìn)排氣的動(dòng)態(tài)效應(yīng)幾方面

2、著手，不斷改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī) 的配氣相位以及進(jìn)排氣系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際性能曲線逐步接近計(jì)算機(jī)仿真曲線。 配氣相位、進(jìn)氣門(mén)間隙、排氣門(mén)間隙、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷五個(gè)調(diào)整參數(shù)之間是相互影響 的。通過(guò)在配氣機(jī)構(gòu)多剛體模型屮引入柔性體，描述了配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能;建 立了柔性體氣門(mén)彈簧，分析了氣門(mén)彈簧動(dòng)剛度的非線性行為，并且依據(jù)模態(tài)技術(shù)計(jì) 算得到其動(dòng)態(tài)應(yīng)力;該方法為優(yōu)化設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)等機(jī)械產(chǎn)品及對(duì)其進(jìn)行疲勞性能 研究提供了依據(jù)。該儀器可檢測(cè)各種汽、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能、高壓點(diǎn)火性能、 燃油噴射性能、充電性能、動(dòng)力性能、配氣相位、發(fā)動(dòng)機(jī)異響震動(dòng)分析等30余種 技術(shù)參數(shù)，并分析故障產(chǎn)生的原因、檢測(cè)過(guò)程中，可隨時(shí)顯示各種波形及

3、技術(shù)參 數(shù)和結(jié)果并可隨機(jī)打印，該儀器內(nèi)存有一百多種國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)，內(nèi)容十 分豐富，隨時(shí)可以與檢測(cè)結(jié)果對(duì)比。passat b5轎車(chē)有4缸和6缸兩種發(fā)動(dòng)機(jī),4 缸機(jī)有4g54與4g64対種型號(hào),6缸機(jī)型號(hào)為6g72,具配氣機(jī)構(gòu)均采用頂置凸輪軸 式配氣機(jī)構(gòu)。介紹了氣門(mén)間隙自動(dòng)調(diào)整器的結(jié)構(gòu)、工作原理，以及其維護(hù)與保養(yǎng)。冃前，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展正在而臨著兩個(gè)主耍問(wèn)題一一能源的枯竭與環(huán)境的污 染。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位對(duì)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排氣污染都有重要的影響， 在傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)屮，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，氣流的速度和進(jìn)排氣門(mén)早開(kāi)遲閉的絕 對(duì)時(shí)間都發(fā)生了變化，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)開(kāi)閉由凸輪驅(qū)動(dòng)，進(jìn)、排氣門(mén)的早開(kāi)角

4、、 遲閉角固定不變，這實(shí)際上只能使發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速范圍下處于最佳的配氣相位, 而在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低或者很高的時(shí)候，其配氣相位處于不理想的狀態(tài)。在發(fā)動(dòng)機(jī) 低轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)因?yàn)闅忾T(mén)疊開(kāi)角比理想值大，使部分新鮮混合氣被廢氣帶走而造成 油耗和排污增加；在高轉(zhuǎn)速時(shí)，由于氣門(mén)疊開(kāi)角比理想值小，進(jìn)氣量不足，從而 限制發(fā)動(dòng)機(jī)所能達(dá)到的最人功率。為了保護(hù)環(huán)境以及為了人類可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)低能源消耗和低排放污染已成 為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)在保證良好動(dòng)力性的同時(shí)，又要降低燃油消耗量，需要某種可變配氣相位機(jī)構(gòu)能使氣門(mén)正時(shí)、氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間及氣 門(mén)升程等參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工況變化實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，即配氣相

5、位角 也應(yīng)該隨z改變。最佳的配氣相位能使發(fā)動(dòng)機(jī)在很短的換氣時(shí)間內(nèi)充入最多的新 鮮空氣（可燃混合氣），并使排氣阻力減小，廢氣殘留量最少，從而獲得更好的燃 油經(jīng)濟(jì)性，更高的扭矩和功率特性，提高汽車(chē)怠速穩(wěn)定性和降低排放污染。發(fā)動(dòng)機(jī)可變配氣相位內(nèi)燃機(jī)配機(jī)機(jī)構(gòu)一、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)，是一種配氣相位即氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉都一成不變 機(jī)械系統(tǒng)，這種配氣系統(tǒng)很難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在多種工況對(duì)配氣的需要，不能滿足發(fā) 動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速工況下均輸出強(qiáng)勁的動(dòng)力要求。而可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)是一種改變 氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間或開(kāi)啟大小的電控系統(tǒng)，通過(guò)在不同的轉(zhuǎn)速下為車(chē)輛匹配更合理的 氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉，來(lái)增強(qiáng)車(chē)輛扭炬輸出的均衡性，提

6、高發(fā)動(dòng)機(jī)功率并降低車(chē)輛的 油耗。（一入可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)的原理四行程發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，吸入新鮮空氣，排出高溫廢氣。這種進(jìn)氣和排 氣的全過(guò)程，稱為換氣過(guò)程。在高速發(fā)動(dòng)機(jī)中，每個(gè)循環(huán)的進(jìn)排氣過(guò)程時(shí)間極短, 在這極短的時(shí)間內(nèi)，被吸入的可燃混合氣越多，廢氣排的越干凈、越徹底，發(fā)動(dòng) 機(jī)發(fā)出的功率就可能越大。反z,發(fā)出的功率就越小，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性 就會(huì)下降。因此，需要適時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)排氣門(mén)。由內(nèi)燃機(jī)原理可知，氣門(mén)的開(kāi) 閉位置和活塞的位置有關(guān)，活塞的位置和曲軸的轉(zhuǎn)角有關(guān)，用曲軸轉(zhuǎn)角來(lái)表示氣 門(mén)的開(kāi)閉時(shí)間，就是配氣相位。從配氣相位圖中，可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門(mén) 的開(kāi)啟和關(guān)閉分別提前打開(kāi)和延遲關(guān)閉。以

7、便爭(zhēng)取最大的“時(shí)間斷面”。把氣門(mén)提 前開(kāi)啟時(shí)刻稱作提前角，氣門(mén)遲后關(guān)閉時(shí)刻稱作遲閉角。由于排氣遲后關(guān)閉和進(jìn) 氣提前開(kāi)啟，這就存在著一個(gè)進(jìn)、排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的氣門(mén)重疊階段，氣門(mén)疊開(kāi)時(shí) 的曲軸轉(zhuǎn)角稱為氣門(mén)重疊角。實(shí)驗(yàn)證明，在高轉(zhuǎn)速時(shí)，氣門(mén)重疊角大一些對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是十分有利的。就配氣 相位而言，氣門(mén)重疊角的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速髙，則氣門(mén)重 疊角就相應(yīng)設(shè)置大些。在進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)、閉的四個(gè)階段中，進(jìn)氣門(mén)遲閉角和進(jìn)、排氣門(mén)疊開(kāi)角對(duì)發(fā) 動(dòng)機(jī)的充氣效率有較人的影響，以進(jìn)氣門(mén)遲閉角為例：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，進(jìn) 氣門(mén)遲閉角過(guò)大，新鮮充量被向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的活塞推回到進(jìn)氣管，這是因?yàn)榛钊?到下止點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)壓力與

8、進(jìn)氣管壓力相近；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，允許有較大的進(jìn) 氣門(mén)遲閉角，這是因?yàn)榛钊较轮裹c(diǎn)時(shí)缸內(nèi)壓力遠(yuǎn)低于進(jìn)氣管壓力，可以獲得較 多的過(guò)后充量。改變進(jìn)氣門(mén)的遲閉角可以改變充氣效率隨轉(zhuǎn)速變化的趨勢(shì)，用來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)矩特性，以滿足不同的使用要求。如果進(jìn)氣遲閉角加大，高轉(zhuǎn)速時(shí)充氣效率增 加，有利于發(fā)揮最大功率，但對(duì)中、低速性能不利；反之，則對(duì)高速時(shí)最大功率 的發(fā)揮不利。由上述可知，配氣相位與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。原則上，一種配氣相位只適合 一種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。配氣相位取決于凸輪輪廓的形狀，配氣相位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影 響很人，且由于凸輪型線的不同，也決定了發(fā)動(dòng)機(jī)是高速性能還是低速性能。如 果是高速性能的發(fā)動(dòng)機(jī)，則在髙

9、轉(zhuǎn)速范帀功率很大，但在小低轉(zhuǎn)速范圍功率下降 很多；反之，則在高轉(zhuǎn)速范圍功率下降很多。現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)要求在任何轉(zhuǎn)速范圍都 能獲得較大的功率,這就要求配氣相位能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況及時(shí)做出調(diào)整, 因此，可變配氣相位技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。1、可變配氣相位調(diào)整原理從配氣相位圖上可以看岀，活塞從上止點(diǎn)移到下止點(diǎn)的進(jìn)氣過(guò)程屮，進(jìn)氣門(mén) 會(huì)提前開(kāi)啟和延遲關(guān)閉；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)做功完畢后，活塞從下止點(diǎn)移到上止點(diǎn)的排氣 過(guò)程中，排氣門(mén)會(huì)提前開(kāi)啟和延遲關(guān)閉。這樣，必然會(huì)出現(xiàn)進(jìn)、排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟 的時(shí)刻，即氣門(mén)重疊階段，有可能會(huì)造成廢氣倒流，為了消除這一缺陷，采用了 “可變式”的氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)?？勺兪綒忾T(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是在發(fā)動(dòng)機(jī)低速工作時(shí)減少

10、氣門(mén)行程，而在發(fā)動(dòng)機(jī)高 速時(shí)增大氣門(mén)行程，改變氣門(mén)重疊階段的時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)能提供強(qiáng)大 的功率，在低轉(zhuǎn)速時(shí)又能產(chǎn)生足夠的扭矩，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。即氣門(mén) 可變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能根據(jù)汽車(chē)的運(yùn)行狀況，隨時(shí)改變配氣相位，改變氣門(mén)升程或氣門(mén) 開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間。可變配氣相位的調(diào)整原理：1）怠速狀態(tài)在怠速時(shí)，通過(guò)消除氣門(mén)重疊角，以減小廢氣進(jìn)入進(jìn)氣道，達(dá)到穩(wěn)定怠速， 提高燃油經(jīng)濟(jì)性的tl的。2）中等負(fù)荷在中等負(fù)荷行駛范圍內(nèi)，通過(guò)增加氣門(mén)重疊從而增加了內(nèi)部egr （廢氣再循 環(huán)）量，這樣減少了進(jìn)氣歧管內(nèi)的負(fù)壓。因而也減小了活塞的泵吸損失并月改善 了油耗。另外，由于此內(nèi)部egr的結(jié)果以及未燃?xì)怏w的再次燃燒，

11、降低了燃燒溫 度，nox （氮氧化合物）排放減少，hc排放也減少。3）從低速到屮速大負(fù)荷在低速到中速大負(fù)荷行駛范圍內(nèi)，采用提前關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)，提高充氣效率。這 樣，在低速到中速范闔提高扭矩輸出。4）高速大負(fù)荷在高速大負(fù)荷行駛范i韋i內(nèi)，采用推遲進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻，提高充氣效率，達(dá)到 提高功率的目的。5）低溫下在低溫狀態(tài)下時(shí)，采用消除氣門(mén)重疊防止廢氣竄入進(jìn)氣道。減少低溫下燃油 消耗，穩(wěn)定怠速，降低怠速轉(zhuǎn)速。最終穩(wěn)定怠速，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。6）啟動(dòng)/停機(jī)在啟動(dòng)或者停機(jī)時(shí)，消除氣門(mén)重疊以消除廢氣進(jìn)入進(jìn)氣道，從而提高氣動(dòng)性 能。2、可變配氣相位技術(shù)條件理想的配氣相位應(yīng)滿足以卜條件：1）低速時(shí)，采用較小的氣門(mén)疊開(kāi)

12、角和較小的氣門(mén)升程，防止汽缸內(nèi)新鮮充量 向進(jìn)氣系統(tǒng)倒流，以增加扭矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。2）高速時(shí)，應(yīng)具有最大氣門(mén)升程和進(jìn)氣門(mén)遲閉角，最大限度的減小流動(dòng)阻力, 充分利用流動(dòng)慣性，提高充氣系數(shù)，以滿足動(dòng)力性要求。3）能夠?qū)M(jìn)氣門(mén)從開(kāi)啟到關(guān)閉的持續(xù)期進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)氣定時(shí)?？勺兣錃夂臀桓淖兞伺錃夂臀还潭ú蛔兊臓顟B(tài)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況范圍內(nèi)提 供最佳的配氣正時(shí)，提高了充氣系數(shù)，較好的解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速，人負(fù)荷與 小負(fù)荷條件下動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾，在一定程度上改善了廢氣排放、怠速穩(wěn)定 性和低速平穩(wěn)性，降低了怠速轉(zhuǎn)速。（二）、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)的現(xiàn)狀可變配氣相位機(jī)構(gòu)能使氣門(mén)正時(shí)、氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間及氣門(mén)

13、升程等參數(shù)屮的 一個(gè)或多個(gè)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工況變化實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而獲得更好的燃油經(jīng)濟(jì)性、更 優(yōu)異的扭矩和功率特性，提高怠速穩(wěn)定性和降低尾氣排放。在現(xiàn)在的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī) 上，經(jīng)?？梢钥匆?jiàn)像vvt、vvti、vvtli、ivtec、vvl等技術(shù)符號(hào)，這些發(fā) 動(dòng)機(jī)都采用了可變配氣正時(shí)的技術(shù)。國(guó)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)早就進(jìn)行了大量的研究,美國(guó)口 1880年就 已經(jīng)出現(xiàn)了有關(guān)可變氣門(mén)的專利，至1987年約有近800 f|-,近年來(lái)仍在持續(xù)不斷 的發(fā)展。但是出現(xiàn)在1980年以前的很多機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題較多，1980年以后，電 了技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了可變配氣相位機(jī)構(gòu)產(chǎn)品化，有些技術(shù)已經(jīng)在汽車(chē)上使用，取 得了較好的效果

14、。例如：“可變氣門(mén)正時(shí)和氣門(mén)升程電子控制系統(tǒng)（vtec）”是日本本山公司在 1989年推岀的自行研制的世界上第一個(gè)能同時(shí)控制氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)間及升程的氣門(mén) 控制系統(tǒng)，其凸輪軸上有多種不同角度的凸輪。木01公司的vtec發(fā)動(dòng)機(jī)一直享有 “可變氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)的代名詞” z稱。“智能可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)（vvti）”是豐hi公司推出的可連續(xù)調(diào)節(jié)氣門(mén)正時(shí) 但不能調(diào)節(jié)氣門(mén)升程的可變氣門(mén)控制系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)由低速向高速轉(zhuǎn)換時(shí)，屯子 計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)地將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)齒輪內(nèi)的葉片，這樣，在壓力的作 用下，固定的凸輪軸上的葉片就相對(duì)于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使凸輪軸在 40°的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變

15、進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)刻，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門(mén) 正時(shí)的h的。德國(guó)大眾的張緊器式可變配氣機(jī)構(gòu)，通過(guò)將原液壓張緊器改進(jìn)設(shè)計(jì)為可變位 置張緊器及電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉角的提前和滯后控制。寶馬公司的全可變氣門(mén)控制系統(tǒng)由屯腦決定其動(dòng)作，通過(guò)控制活塞兩側(cè)的機(jī) 油壓力，就可以移動(dòng)斜齒輪，斜齒輪的直線移動(dòng)可以帶動(dòng)凸輪軸發(fā)生一定的旋轉(zhuǎn) 角度，經(jīng)由可移動(dòng)活塞位置的改變，控制凸輪軸正是提前或延遲。（三）、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)日前大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用機(jī)械式氣門(mén)系，這種驅(qū)動(dòng)形式的有效性、可靠性強(qiáng)， 但是缺點(diǎn)也很明顯：不能改變氣門(mén)正時(shí)、延續(xù)時(shí)間和進(jìn)氣門(mén)升程。隨著汽油直噴 式發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷推出以及排放法規(guī)的強(qiáng)化等

16、，為了解決上述問(wèn) 題，可變配氣機(jī)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能化，可變配氣機(jī)構(gòu) 作為一個(gè)重要的手段正變得越來(lái)越必要和不可缺少。為了實(shí)現(xiàn)配氣機(jī)構(gòu)的最大可能的多口出度的可變，利用電磁閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的開(kāi) 發(fā)也在進(jìn)行屮，這種系統(tǒng)能對(duì)氣門(mén)開(kāi)啟角實(shí)現(xiàn)各種角度的可變，將來(lái)也可能實(shí)現(xiàn) 批量生產(chǎn)，但從成本方面來(lái)說(shuō)，可能還不能完全取代現(xiàn)行的可變配氣機(jī)構(gòu)。無(wú)凸 輪驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)可分為電磁驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)、電液驅(qū)動(dòng)可變配氣 相位機(jī)構(gòu)、電氣驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)以及其他驅(qū)動(dòng)方式的可變配氣相位機(jī)構(gòu)。電磁驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)氣門(mén)；電液驅(qū)動(dòng) 可變配氣相位機(jī)構(gòu)是利用一種壓縮性較小流體的

17、彈性特征對(duì)氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉起 加速和減速的作用，對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)正時(shí)、氣門(mén)升程和氣門(mén)運(yùn)動(dòng)速度提供了連續(xù)的 可變控制；電氣驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)與前考的t作原理相似，只不過(guò)所用的介 質(zhì)是空氣。在未來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程屮，無(wú)凸輪軸可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)將成為研究與應(yīng)用 的主流，它將集成在ecu中，高效可靠地發(fā)揮提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和扭矩、降低 排放和燃油消耗的雙重作用。二、國(guó)內(nèi)外可變氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（一入可變配氣機(jī)構(gòu)分類根據(jù)內(nèi)燃機(jī)理論上對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的要求，h前成為主流的可變配氣機(jī)構(gòu)按功能 上可分為兩大類:可變氣門(mén)正時(shí)（variable valve timing, vvt）,即氣門(mén)開(kāi)啟與 關(guān)閉時(shí)刻可變。（

18、見(jiàn)圖1.1）其原理是低速時(shí)，提前關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)減少進(jìn)氣冋流;高速 時(shí)，推遲關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)，充分利用氣流的慣性過(guò)后充氣,提高充氣效率最早是1983 年由阿爾法羅密歐公司開(kāi)始批量生產(chǎn)，現(xiàn)在己逐漸成為主流。可變氣門(mén)升程 （variable valve lift,vvl）,即改變氣門(mén)開(kāi)啟的最大升程。（見(jiàn)圖12）其原理是 在小負(fù)荷時(shí),利用較小的氣門(mén)升程，控制進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣的量，同樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú) 節(jié)氣門(mén)的負(fù)荷控制方式而且，由于氣門(mén)升程較小，流過(guò)氣門(mén)的氣流速度較快，改善 了燃油與空氣的混合，進(jìn)而可以改善燃燒過(guò)程。這種機(jī)構(gòu)1992年首次在本出的 vtec發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)。另外，在這兩大類的基礎(chǔ)上，將和同時(shí)應(yīng)用于汽油機(jī)在

19、一些高檔車(chē)上應(yīng)用逐漸多起來(lái)。（二）、可變氣門(mén)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與燃油控制技術(shù)相比，配氣機(jī)構(gòu)控制技術(shù)早期的研究進(jìn)展比較緩慢，主耍成 果是在1985年以后取得的。20世紀(jì)90年代，國(guó)外對(duì)可變氣門(mén)技術(shù)的研究成為熱 點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出了一系列基于凸輪軸的可變氣門(mén)機(jī)構(gòu)，并且應(yīng)用于車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，其中 可變凸輪軸相位機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣。20世紀(jì)90年代中后期，開(kāi)始研究無(wú)凸輪氣門(mén)機(jī) 構(gòu)。其中，fev、aura、bmw、ford等分別展開(kāi)了電磁閥驅(qū)動(dòng)式氣門(mén)機(jī)構(gòu)的研究; ford. lotus、bosch等分別展開(kāi)了電液驅(qū)動(dòng)式氣門(mén)機(jī)構(gòu)的研究。但是目前無(wú)凸輪 的氣門(mén)機(jī)構(gòu)還處于研究階段，未見(jiàn)到其大量應(yīng)用于車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的研究報(bào)道。我國(guó)從20

20、世紀(jì)90年代逐步開(kāi)始進(jìn)行可變氣門(mén)技術(shù)的研究。在90年代中期開(kāi) 發(fā)出了一種用諧波傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)可變凸輪相位的機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)小級(jí)羞的多級(jí)調(diào)相。2000 年后，吉林大學(xué)、上海交通大學(xué)與長(zhǎng)春汽車(chē)研究所等設(shè)計(jì)了一種液壓張緊器式可 變配氣和位機(jī)構(gòu)，可將氣門(mén)正時(shí)在小范圍內(nèi)變化（進(jìn)氣門(mén)：提前15° ca,沼后13° ca）；清華大學(xué)開(kāi)展了電磁閥驅(qū)動(dòng)式氣門(mén)機(jī)構(gòu)的研究；浙江大學(xué)對(duì)電磁閥驅(qū)動(dòng)式氣 門(mén)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了模型仿真研究。但與國(guó)外相比，可變氣門(mén)技術(shù)只是局限于試驗(yàn)室研 究，還沒(méi)有形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、可以廣應(yīng)用于車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的可變氣門(mén)構(gòu).三、可變配氣相位技術(shù)研究意義能源與環(huán)境問(wèn)題是目前汽車(chē)工業(yè)所血臨的兩個(gè)問(wèn)

21、題?，F(xiàn)代高科技的發(fā)展已將 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能、減排、低排放作為“節(jié)能-高效-環(huán)?！?一體化課題進(jìn)行綜合 研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)。為了同時(shí)提高汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，滿足越來(lái)越嚴(yán)格的 排放法規(guī)要求，世界齊大公司竟相采用新技術(shù)裝備其生產(chǎn)的轎車(chē)。另一方面，隨著 生活水平的提高和產(chǎn)品的升級(jí)以及技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、舒適性的 要求卻在不斷的提高。要求在滿足公益忖標(biāo)的前提下，以低的成本獲得快捷的交 通便利，享受到駕駛樂(lè)趣。因此，二十i世紀(jì)符合市場(chǎng)需求的應(yīng)當(dāng)是節(jié)能、環(huán)保、 高性能的汽車(chē)。針對(duì)這種現(xiàn)狀，發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)技術(shù)作為一種性價(jià)比相當(dāng)高的技術(shù)方案，近 年來(lái)在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的高效率化、降低油耗、提高性能和降低

22、尾氣排放的要求越來(lái)越 高的情況下，作為手段之一的可變配氣機(jī)構(gòu)正逐步商業(yè)化。眾所周知，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng) 機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的氣門(mén)運(yùn)行參數(shù)（氣門(mén)開(kāi)啟相位、氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)角度和氣門(mén)升程）是 固定不變的，參數(shù)的確定取決于設(shè)計(jì)的工況點(diǎn)。因此，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī),往往將氣門(mén)正 時(shí)設(shè)計(jì)成高速全負(fù)荷工況最為有利，以便求得最人的標(biāo)定功率。近年來(lái)由于更注重 油耗和排放，就必須考慮小負(fù)荷的丁況，因?yàn)樾∝?fù)荷的丁況對(duì)排放的影響最大。 這樣，這兩個(gè)工況范闔對(duì)氣門(mén)運(yùn)行參數(shù)的耍求甚至是矛盾的，因此需耍綜合發(fā)動(dòng) 機(jī)的全部工況，采取一種折衷的處理方式來(lái)確定這些參數(shù)，長(zhǎng)期以來(lái)，這些這衷 可能被認(rèn)為是可靠的，可行的，但是，隨著“高效、低能耗、低排放”的要求不

23、 但提高，這種折衷明顯不是長(zhǎng)久z計(jì)，進(jìn)而要求氣門(mén)運(yùn)行參數(shù)隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況的改 變而變化，從而在全工況范圍內(nèi)優(yōu)化充量的更換。為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)全工況的要求，就需要設(shè)計(jì)可變的配氣相位。可變氣門(mén)技術(shù) 就改變了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中配氣相位同定不變的狀態(tài)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況范i韋i內(nèi)提供 最佳的配氣正時(shí)，較好地解決了高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速、人負(fù)荷和小負(fù)荷下動(dòng)力性與經(jīng) 濟(jì)性的孑盾，同時(shí)在一定程度上改善了廢氣排放。更一步的說(shuō)，可變氣門(mén)技術(shù)可 以用來(lái)減小發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失、加快進(jìn)氣速度、改善混合氣質(zhì)量、提高進(jìn)氣效率、 最終改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程，使動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性以及響應(yīng)性能得到綜合 提高。對(duì)于汽油機(jī)而言，應(yīng)用可變氣門(mén)技術(shù)有以下兒個(gè)優(yōu)

24、點(diǎn)：1. 提髙發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性:低速時(shí),提前關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)減少進(jìn)氣回流;高速時(shí)，推遲 關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)，充分利用氣流的慣性過(guò)后充氣，提高充氣效率.2. 改善部分負(fù)荷的燃油經(jīng)濟(jì)性:眾所周知,部分負(fù)荷時(shí)汽油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性低于 柴油機(jī)的一個(gè)重要原因是節(jié)氣門(mén)帶來(lái)的泵吸損失通過(guò)可變氣門(mén)技術(shù)，在部分負(fù)荷 時(shí)利用進(jìn)氣門(mén)早關(guān)，減少壓縮始點(diǎn)缸內(nèi)混合氣的量，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)節(jié)氣門(mén)的負(fù)荷控制 方式,減少泵吸損失，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性.另外，也可以通過(guò)氣門(mén)的升程來(lái)控制負(fù)荷. 在小負(fù)荷時(shí),利用較小的氣門(mén)升程，控制進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣的量，同樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú) 節(jié)氣門(mén)的負(fù)荷控制方式而且，由于氣門(mén)升程較小，流過(guò)氣門(mén)的氣流速度較快，改善 了燃油與空氣的混合，

25、進(jìn)而可以改善燃燒過(guò)程.3. 改善怠速的穩(wěn)定性和低速時(shí)的平穩(wěn)性：怠速時(shí)，通過(guò)可變氣門(mén)定時(shí)，減小氣 門(mén)重疊角，進(jìn)而減小充量更換過(guò)程中進(jìn)排氣的相互影響，提高怠速和低速的穩(wěn)眾性, 并可以降低怠速轉(zhuǎn)速.4. 降低排放:利用可變氣門(mén)技術(shù)，控制缸內(nèi)egr量，可以有效降低排放，特別是 nox的排放三、連續(xù)可變配氣凸輪軸設(shè)計(jì)淺析（一）、連續(xù)可變凸輪軸作用連續(xù)可變凸輪軸的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，調(diào)整節(jié)氣門(mén)升程，改善原有可變 配氣相位技術(shù)節(jié)氣門(mén)只有高、低兩個(gè)升程的現(xiàn)狀，致力于實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門(mén)升程根據(jù)發(fā) 動(dòng)機(jī)工況連續(xù)可變，以更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低排放污染、提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的效杲。（二入連續(xù)可變配氣凸輪軸的工作原理連續(xù)可變配氣凸輪

26、軸在工作時(shí)，需要配合節(jié)氣門(mén)升程傳感器，將節(jié)氣門(mén)升程 傳至發(fā)動(dòng)機(jī)ecu,發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)車(chē)輛負(fù)載情況、發(fā)動(dòng)機(jī)工況、氣門(mén)實(shí)際升程， 計(jì)算出該工況下最佳氣門(mén)升程，發(fā)出指令令帶式制動(dòng)器動(dòng)作，由于帶式制動(dòng)器對(duì) 應(yīng)部分軸體上的螺紋的作用，凸輪軸發(fā)生軸向移動(dòng)，另楔形凸輪的人端或小端頂 住氣門(mén)連桿，此時(shí)，由于正時(shí)齒輪由花鍵槽與凸輪軸連接，凸輪軸發(fā)生軸向移動(dòng) 時(shí)，并不影響其轉(zhuǎn)動(dòng)速度，因此凸輪軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)。需要注意的是，凸輪軸上兩段 螺紋的方向是相反的，因此，兩個(gè)不同的帶式制動(dòng)器可以控制凸輪軸的左、右移 動(dòng)。（三）、連續(xù)可變配氣凸輪軸與傳統(tǒng)可變配氣技術(shù)凸輪軸優(yōu)缺點(diǎn)比較連續(xù)可變配氣凸輪軸相對(duì)丁傳統(tǒng)可變配氣技術(shù)凸輪軸優(yōu)點(diǎn)

27、：1 節(jié)省燃油；2.降低排放污染；缺點(diǎn)：1. 制造工藝復(fù)雜；2. 對(duì)材料要求高；3. 對(duì)控制機(jī)構(gòu)精度要求較高?；钊麖纳现裹c(diǎn)移到下止點(diǎn)的進(jìn)氣過(guò)程屮，進(jìn)氣門(mén)會(huì)提前開(kāi)啟（開(kāi)啟角度為a） 和延遲關(guān)閉（開(kāi)啟角度為b ）；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)做功完畢后，活塞從下止點(diǎn)移到上止點(diǎn)的 排氣過(guò)程中，排氣門(mén)會(huì)提前開(kāi)啟（開(kāi)啟角度為y）和延遲關(guān)閉（開(kāi)啟角度為§）。 這樣，必然會(huì)出現(xiàn)進(jìn)、排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的時(shí)刻，即氣門(mén)垂疊階段，有可能會(huì)造成 廢氣倒流，為了消除這一缺陷，采用了 “可變式”的氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)?？勺兪綒忾T(mén) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是在發(fā)動(dòng)機(jī)低速工作時(shí)減少氣門(mén)行程，而在發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)增大氣門(mén)行 程，改變氣門(mén)重疊階段的時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)

28、速時(shí)能提供強(qiáng)人的功率，在低轉(zhuǎn) 速時(shí)乂能產(chǎn)生足夠的扭矩，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的t作性能。即氣門(mén)可變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能 根據(jù)汽車(chē)的運(yùn)行狀況，隨時(shí)改變配氣相位，改變氣門(mén)升程或氣門(mén)開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間。 可變配氣相位的調(diào)整原理：1）怠速狀態(tài)在怠速時(shí)，通過(guò)消除氣門(mén)重疊角，以減小廢氣進(jìn)入進(jìn)氣道，達(dá)到穩(wěn)定怠速， 提高燃油經(jīng)濟(jì)性的h的。2）中等負(fù)荷在中等負(fù)荷行駛范圍內(nèi)，通過(guò)增加氣門(mén)重疊從而增加了內(nèi)部egr （廢氣再循 環(huán)）量，這樣減少了進(jìn)氣歧管內(nèi)的負(fù)壓。因而也減小了活塞的泵吸損失并且改善 了油耗。另外，由于此內(nèi)部egr的結(jié)果以及未燃?xì)怏w的再次燃燒，降低了燃燒溫 度，nox （氮氧化合物）排放減少，iic排放也減少。3）從低速到中

29、速大負(fù)荷在低速到屮速大負(fù)荷行駛范圍內(nèi)，采用提前關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)，提高充氣效率。這 樣，在低速到中速范圍提髙扭矩輸出。4）高速人負(fù)荷在高速大負(fù)荷行駛范圉內(nèi)，采用推遲進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻，提高充氣效率，達(dá)到 提高功率的h的。5）低溫f在低溫狀態(tài)下時(shí)，采用消除氣門(mén)重疊防止廢氣竄入進(jìn)氣道。減少低溫下燃油 消耗，穩(wěn)定怠速，降低怠速轉(zhuǎn)速。最終穩(wěn)定怠速，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。6）啟動(dòng)/停機(jī)在啟動(dòng)或者停機(jī)時(shí)，消除氣門(mén)重疊以消除廢氣進(jìn)入進(jìn)氣道，從而提高氣動(dòng)性 能。（四）、可變配氣相位技術(shù)條件理想的配氣相位應(yīng)滿足以下條件：1低速時(shí)，采用較小的氣門(mén)疊開(kāi)角和較小的氣門(mén)升程，防止汽缸內(nèi)新鮮充量 向進(jìn)氣系統(tǒng)倒流，以增加扭矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性

30、。2高速時(shí)，應(yīng)具有最大氣門(mén)升程和進(jìn)氣門(mén)遲閉角，最大限度的減小流動(dòng)阻力, 充分利用流動(dòng)慣性，提高充氣系數(shù)，以滿足動(dòng)力性要求。3能夠?qū)M(jìn)氣門(mén)從開(kāi)啟到關(guān)閉的持續(xù)期進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)氣定時(shí)。可變配氣相位改變了配氣相位固定不變的狀態(tài)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況范圍內(nèi)提 供最佳的配氣正時(shí)，捉高了充氣系數(shù)，較好的解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速，大負(fù)荷與 小負(fù)荷條件下動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的孑盾，在一定程度上改善了廢氣排放、怠速穩(wěn)定 性和低速平穩(wěn)性，降低了怠速轉(zhuǎn)速目前人多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用機(jī)械式氣門(mén)系，這種驅(qū)動(dòng)形式的有效性、可靠性強(qiáng)， 但是缺點(diǎn)也很明顯：不能改變氣門(mén)正時(shí)、延續(xù)時(shí)間和進(jìn)氣門(mén)升程。隨著汽油直噴 式發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷

31、推岀以及排放法規(guī)的強(qiáng)化等，為了解決上述問(wèn) 題，可變配氣機(jī)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能化，可變配氣機(jī)構(gòu) 作為一個(gè)重耍的手段正變得越來(lái)越必要和不可缺少。為了實(shí)現(xiàn)配氣機(jī)構(gòu)的最大可能的多自由度的可變，利用電磁閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的開(kāi) 發(fā)也在進(jìn)行屮，這種系統(tǒng)能對(duì)氣門(mén)開(kāi)啟角實(shí)現(xiàn)各種角度的可變，將來(lái)也可能實(shí)現(xiàn) 批量生產(chǎn)，但從成本方面來(lái)說(shuō)，可能述不能完全取代現(xiàn)行的可變配氣機(jī)構(gòu)。無(wú)凸輪驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)可分為電磁驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)、電液驅(qū)動(dòng) 可變配氣相位機(jī)構(gòu)、電氣驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)以及其他驅(qū)動(dòng)方式的可變配氣相 位機(jī)構(gòu)。電磁驅(qū)動(dòng)可變配氣相位機(jī)構(gòu)是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)氣門(mén)；電液驅(qū)動(dòng) 可變配氣相位機(jī)構(gòu)是利用-種壓縮性較小流體的彈性特征對(duì)氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉起 加速和減速的作用，對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)止時(shí)氣門(mén)升程和氣門(mén)運(yùn)動(dòng)速度提供了連續(xù)的 可變控制；電氣驅(qū)動(dòng)可變配氣和位機(jī)構(gòu)與前者的工作原理和似