发动机可变气门技术的研究进展毕业论文

发动机可变气门技术的研究进展毕业论文内容摘要：

n。 该系统适应的转速范围很高，在可变定时和部分升程运行方 面具有较好的灵活性；但将发动机的运转过程与电动机协调一致较难；在控制过程中频繁改变电机的转速与转向，控制相当复杂；在高转速下，消耗的电功率太大；气门落座速度较快。 、液压驱动可变气门系统 电控无弹簧双作用液压活塞可变气门驱动系统 这种系统取消了凸轮及回位弹簧。 图 11 示出 Ford 公司的电控无弹簧双作用液压活塞可变气门驱动系统的原理图。 该系统有高压和低压油源各一个，气门顶部装有一个双作用的液压活塞，活塞上部油腔分别与高压和低压源相连通；活塞下部油腔一直与高压油源连通。 活塞上部的面积明显大于下腔的面积。 高压电磁阀在气门开启的加速过程中开启，减速过程中关闭。 低压电磁阀的开启和关闭控制气门的关闭过程。 系统还包括一个高压单向阀和一个低压单向阀，以保证气门在开启到最大行程时活塞上部压力不会太低，气门在落 座之前活塞上部油腔压力不至过高。 电控有弹簧单作用液压活塞可变气门驱动系统 这种系统也取消了凸轮轴，保留了气门复位弹簧。 图 12 示出 Lucas 公司电控有弹簧单作用液压活塞可变气门驱动系统。 系统由一个常闭型和一个常开型两位两通电磁阀共同作用，控制气门的开启与关闭；通过复位弹簧回位；液压系统的压力为 10MPa—35MPa。 这种系统中，气门的开启与关闭点以及气门的开启速度和气门升程由电控单元 ECU控 制。 ECU 能根据发动机转速和负荷等信息优化发动机性能。 武汉理工大学研发的中压共轨柴油机电控可变气门系统以及 Wartsila 的大型 2 行程柴油机上的电控排气门也属于这一类，但只用了一个两位三通电磁阀控制气门的开启与关闭。 这种系统能实现气门正时、气门升程及气门开启速度的灵活调节。 、按照控制参数的不同，可变气门技术分为以下 2 类： 可变气门正时 (Variable Valve Timing,VVT)和可变气门升程 (Variable Valve Lift，VVL)。 、可变气门升程技术系统的特征 ⑴ 可变气门升程 (Variable Valve Lift， VVL) 此机构主要是改变了气门开启的最大升程，按照气门正时和持续期的变化情况又分为 2 类： VLT(Variable Lift and Timing)。 即在改变升程的同时改变了正时与开启持续期，其气门升程曲线如下图所示。 即能在保持气门的正时和开启持续期不变的条件下，单独改变气门的最大升程，其气门升程曲线如下图所 示。 目前只有 Lotus 公司研制的电液驱动的气门机构能实现这种改变方式。 单独可变气门升程 ⑵ 可变气门升程技术的优点 ①燃油经济性的改善 可变气门升程技术系统和凸轮相位器的结合可以优化进气气门升程、持续时间和相位。 传统发动机的节气门控制着进气流，特别是在发动机低负荷时产生了泵气损失。 在发动机全负荷条件下可变气门升程技术系统可以通过保持节气门开度来降低泵气损失。 可以通过给变化气门升程 —时间积分的方法控制负荷。 当气门升程出现较快变化，此时节气门保持打开，这样可以改善加速度响应。 下图显示了进气气门正时（最大升程）和气门动作角度对泵气损失的影响。 图的每一个轮廓都显示气缸内产生的泵气损失，测试数据产生的条件是，发动机工作的转速为 2020rpm，所有测 试中排气阀的平均指示压力全为 2bar。 进气气门正时对泵气损失的影响 （发动机转速为 2020rpm，平均指示压力为 2bar） 在图中因为气门动作角度变短，出现了气流限制，原因是为了燃烧稳定性。 图中数据显示，因为进气气门打开时刻提前，出现了燃烧不稳定区域。 这是因为进气气门打开时刻的提前增大了气门重叠的持续时间，在这段时间内进气气门和排气气门都打开，从而导致气缸内存留了大量残余气体。 具有可变气门正时的可变气门升程技术系统可以通过选择一个进气气门正时和气门动作 角度的优化结合来改善燃油效率，从而保证了所需气流和稳定的燃烧。 下图给出了可变气门升程技术发动机和传统发动机关于指示压力参数在各自设定点的比较。 可以明显看出可变气门升程技术发动机产生的泵气损失更小。 指示压力参数（发动机转速为 2020rpm，平均指示压力为 2bar） 一个带有可变气门升程技术系统和进气气门升程和正时优化设备的实验发动机可以实现燃油经济性降低 10%，条件是典型的城市工况，发动机的转速为2020rpm，平均有效压力为 2bar。 在配有可变气门升 程技术系统、 、 V6 发动机中得到燃油经济性数据为在城市工况下为 20mpg，在高速工况下为 27mpg，然而配有进气气门正时技术、 、 V6 的传统发动机的燃油经济性是城市工况为 18mpg，高速工况为 25mpg。 ②发动机在冷环境下的废气排放物的清洁 随着燃油经济性的发展，废气排放也实现了改善。 在发动机处于冷环境，进气门打开延迟的条件下设置较小的进气气门升程可以提高燃油雾化，因为存在压力差，提高了气流从进气门进入气缸的速度。 下图显示了在相同压力差的条件下，如何增大气缸内燃油雾化，降低气门升程。 可以证明一个小的气门升程在气门打开产生孔径情况下可以促进燃油雾化（二次雾化），原因是增大了进气门处的气体流动速度。 小气门升程对燃油雾化的影响 在发动机加热过程中改善燃油经济性可以改善燃烧稳定性，因此在可变气门升程技术发动机中，可以保证延迟点火正时，延迟的角度大约为曲轴转角20176。 ，进而实现了与传统发动机相同的燃烧稳定性 σpi（循环气缸压力分布的标准偏差）。 这样就提高了排气温度，原因为气 缸延迟释放热量。 图 20 给出了延迟点火正时对排气温度的影响（在 FTP 行驶周期，发动机冷启动后，在 15 秒内测量的进气门催化剂温度升高了 300176。 C）。 延迟点火时刻对排气温度的影响 结果，配有可变气门升程技术发动机的汽车在加热过程中，在催化剂被激活前极大地缩短了时间，因此降低了非甲烷碳氢化合物的排放，从 降低到。 普通汽车采用传统的带有进气可变正时控制、 、 V6 发动机。 ③驾驶性能的改善 首先，下面将描述全负荷发动机性能的提高。 在发动机低转速情况下，在下止点附近设置进气门关闭时刻可以防止由于活塞作用造成的气体回流，从而在低转速区域提高了扭矩。 在发动机高转速情况下，较大范围地扩大进气门升程可以增大进气门气体流动面积，因此在高转速区域提高了扭矩。 综合这些影响，可变气门升程技术系统可以在发动机整个转速范围内提高发动机扭矩。 下图显示了一个 、 V6发动机扭矩的改善结果。 平均有效压力的改善 下图显示了带有可变气门升程技术、 V6 发动机在任何转 速下的进气气门升程的优化结果。 进气气门升程图（ (， V6 发动机） 此外，可变气门升程技术系统对改善汽车加速响应也作出了贡献。 传统凸轮系统发动机通过安装在进气集电极上部的节气门调整进气量，再加速需要快速增大进气量，由于内部集电极空间的缘故延长了进气充量的时间。 可变气门升程技术发动机可以通过进气门升程调整进气量，极大地改善了进气充量的延迟，而不受集电极体积的影响。 、可变气门正时系统特性 ⑴ 可变气门正时 (Variable Valve Timing,VVT) 可变气门正时即气门开启与关闭时刻可变。 根据气门开启持续期的变化情况又分为 2 类： (Variable Phase,VP)，即在气门开启持续期和升程曲线不变的前提下，同时改变气门的开启时刻和关闭时刻，如下图所示。 (Variable Event Timing,VET。