【文章內(nèi)容簡介】 n。該系統(tǒng)適應的轉速范圍很高，在可變定時和部分升程運行方 面具有較好的靈活性；但將發(fā)動機的運轉過程與電動機協(xié)調(diào)一致較難；在控制過程中頻繁改變電機的轉速與轉向，控制相當復雜；在高轉速下，消耗的電功率太大；氣門落座速度較快。 、液壓驅(qū)動可變氣門系統(tǒng) 電控無彈簧雙作用液壓活塞可變氣門驅(qū)動系統(tǒng) 這種系統(tǒng)取消了凸輪及回位彈簧。圖 11 示出 Ford 公司的電控無彈簧雙作用液壓活塞可變氣門驅(qū)動系統(tǒng)的原理圖。該系統(tǒng)有高壓和低壓油源各一個，氣門頂部裝有一個雙作用的液壓活塞，活塞上部油腔分別與高壓和低壓源相連通；活塞下部油腔一直與高壓油源連通。活塞上部的面積明顯大于下腔的面積。高壓電磁閥在氣門開啟的加速過程中開啟，減速過程中關閉。低壓電磁閥的開啟和關閉控制氣門的關閉過程。系統(tǒng)還包括一個高壓單向閥和一個低壓單向閥，以保證氣門在開啟到最大行程時活塞上部壓力不會太低，氣門在落 座之前活塞上部油腔壓力不至過高。 電控有彈簧單作用液壓活塞可變氣門驅(qū)動系統(tǒng) 這種系統(tǒng)也取消了凸輪軸，保留了氣門復位彈簧。圖 12 示出 Lucas 公司電控有彈簧單作用液壓活塞可變氣門驅(qū)動系統(tǒng)。 系統(tǒng)由一個常閉型和一個常開型兩位兩通電磁閥共同作用，控制氣門的開啟與關閉；通過復位彈簧回位；液壓系統(tǒng)的壓力為 10MPa—35MPa。這種系統(tǒng)中，氣門的開啟與關閉點以及氣門的開啟速度和氣門升程由電控單元 ECU控 制。 ECU 能根據(jù)發(fā)動機轉速和負荷等信息優(yōu)化發(fā)動機性能。 武漢理工大學研發(fā)的中壓共軌柴油機電控可變氣門系統(tǒng)以及 Wartsila 的大型 2 行程柴油機上的電控排氣門也屬于這一類，但只用了一個兩位三通電磁閥控制氣門的開啟與關閉。這種系統(tǒng)能實現(xiàn)氣門正時、氣門升程及氣門開啟速度的靈活調(diào)節(jié)。 、按照控制參數(shù)的不同，可變氣門技術分為以下 2 類： 可變氣門正時 (Variable Valve Timing,VVT)和可變氣門升程 (Variable Valve Lift，VVL)。 、可變氣門升程技術系統(tǒng)的特征 ⑴ 可變氣門升程 (Variable Valve Lift， VVL) 此機構主要是改變了氣門開啟的最大升程，按照氣門正時和持續(xù)期的變化情況又分為 2 類： VLT(Variable Lift and Timing)。即在改變升程的同時改變了正時與開啟持續(xù)期，其氣門升程曲線如下圖所示。 。即能在保持氣門的正時和開啟持續(xù)期不變的條件下，單獨改變氣門的最大升程，其氣門升程曲線如下圖所 示。目前只有 Lotus 公司研制的電液驅(qū)動的氣門機構能實現(xiàn)這種改變方式。 單獨可變氣門升程 ⑵ 可變氣門升程技術的優(yōu)點 ①燃油經(jīng)濟性的改善 可變氣門升程技術系統(tǒng)和凸輪相位器的結合可以優(yōu)化進氣氣門升程、持續(xù)時間和相位。傳統(tǒng)發(fā)動機的節(jié)氣門控制著進氣流，特別是在發(fā)動機低負荷時產(chǎn)生了泵氣損失。在發(fā)動機全負荷條件下可變氣門升程技術系統(tǒng)可以通過保持節(jié)氣門開度來降低泵氣損失?？梢酝ㄟ^給變化氣門升程 —時間積分的方法控制負荷。當氣門升程出現(xiàn)較快變化，此時節(jié)氣門保持打開，這樣可以改善加速度響應。 下圖顯示了進氣氣門正時（最大升程）和氣門動作角度對泵氣損失的影響。圖的每一個輪廓都顯示氣缸內(nèi)產(chǎn)生的泵氣損失，測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生的條件是，發(fā)動機工作的轉速為 2020rpm，所有測 試中排氣閥的平均指示壓力全為 2bar。 進氣氣門正時對泵氣損失的影響 （發(fā)動機轉速為 2020rpm，平均指示壓力為 2bar） 在圖中因為氣門動作角度變短，出現(xiàn)了氣流限制，原因是為了燃燒穩(wěn)定性。圖中數(shù)據(jù)顯示，因為進氣氣門打開時刻提前，出現(xiàn)了燃燒不穩(wěn)定區(qū)域。這是因為進氣氣門打開時刻的提前增大了氣門重疊的持續(xù)時間，在這段時間內(nèi)進氣氣門和排氣氣門都打開，從而導致氣缸內(nèi)存留了大量殘余氣體。具有可變氣門正時的可變氣門升程技術系統(tǒng)可以通過選擇一個進氣氣門正時和氣門動作 角度的優(yōu)化結合來改善燃油效率，從而保證了所需氣流和穩(wěn)定的燃燒。 下圖給出了可變氣門升程技術發(fā)動機和傳統(tǒng)發(fā)動機關于指示壓力參數(shù)在各自設定點的比較?？梢悦黠@看出可變氣門升程技術發(fā)動機產(chǎn)生的泵氣損失更小。 指示壓力參數(shù)（發(fā)動機轉速為 2020rpm，平均指示壓力為 2bar） 一個帶有可變氣門升程技術系統(tǒng)和進氣氣門升程和正時優(yōu)化設備的實驗發(fā)動機可以實現(xiàn)燃油經(jīng)濟性降低 10%，條件是典型的城市工況，發(fā)動機的轉速為2020rpm，平均有效壓力為 2bar。在配有可變氣門升 程技術系統(tǒng)、 、 V6 發(fā)動機中得到燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)為在城市工況下為 20mpg，在高速工況下為 27mpg，然而配有進氣氣門正時技術、 、 V6 的傳統(tǒng)發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性是城市工況為 18mpg，高速工況為 25mpg。 ②發(fā)動機在冷環(huán)境下的廢氣排放物的清潔 隨著燃油經(jīng)濟性的發(fā)展，廢氣排放也實現(xiàn)了改善。在發(fā)動機處于冷環(huán)境，進氣門打開延遲的條件下設置較小的進氣氣門升程可以提高燃油霧化，因為存在壓力差，提高了氣流從進氣門進入氣缸的速度。 下圖顯示了在相同壓力差的條件下，如何增大氣缸內(nèi)燃油霧化，降低氣門升程?？梢宰C明一個小的氣門升程在氣門打開產(chǎn)生孔徑情況下可以促進燃油霧化（二次霧化），原因是增大了進氣門處的氣體流動速度。 小氣門升程對燃油霧化的影響 在發(fā)動機加熱過程中改善燃油經(jīng)濟性可以改善燃燒穩(wěn)定性，因此在可變氣門升程技術發(fā)動機中，可以保證延遲點火正時，延遲的角度大約為曲軸轉角20176。，進而實現(xiàn)了與傳統(tǒng)發(fā)動機相同的燃燒穩(wěn)定性 σpi（循環(huán)氣缸壓力分布的標準偏差）。這樣就提高了排氣溫度，原因為氣 缸延遲釋放熱量。圖 20 給出了延遲點火正時對排氣溫度的影響（在 FTP 行駛周期，發(fā)動機冷啟動后，在 15 秒內(nèi)測量的進氣門催化劑溫度升高了 300176。C）。 延遲點火時刻對排氣溫度的影響 結果，配有可變氣門升程技術發(fā)動機的汽車在加熱過程中，在催化劑被激活前極大地縮短了時間，因此降低了非甲烷碳氫化合物的排放，從 降低到 。普通汽車采用傳統(tǒng)的帶有進氣可變正時控制、 、 V6 發(fā)動機。 ③駕駛性能的改善 首先，下面將描述全負荷發(fā)動機性能的提高。在發(fā)動機低轉速情況下，在下止點附近設置進氣門關閉時刻可以防止由于活塞作用造成的氣體回流，從而在低轉速區(qū)域提高了扭矩。 在發(fā)動機高轉速情況下，較大范圍地擴大進氣門升程可以增大進氣門氣體流動面積，因此在高轉速區(qū)域提高了扭矩。綜合這些影響，可變氣門升程技術系統(tǒng)可以在發(fā)動機整個轉速范圍內(nèi)提高發(fā)動機扭矩。下圖顯示了一個 、 V6發(fā)動機扭矩的改善結果。 平均有效壓力的改善 下圖顯示了帶有可變氣門升程技術、 V6 發(fā)動機在任何轉 速下的進氣氣門升程的優(yōu)化結果。 進氣氣門升程圖（ (， V6 發(fā)動機） 此外，可變氣門升程技術系統(tǒng)對改善汽車加速響應也作出了貢獻。傳統(tǒng)凸輪系統(tǒng)發(fā)動機通過安裝在進氣集電極上部的節(jié)氣門調(diào)整進氣量，再加速需要快速增大進氣量，由于內(nèi)部集電極空間的緣故延長了進氣充量的時間?？勺儦忾T升程技術發(fā)動機可以通過進氣門升程調(diào)整進氣量，極大地改善了進氣充量的延遲，而不受集電極體積的影響。 、可變氣門正時系統(tǒng)特性 ⑴ 可變氣門正時 (Variable Valve Timing,VVT) 可變氣門正時即氣門開啟與關閉時刻可變。根據(jù)氣門開啟持續(xù)期的變化情況又分為 2 類： (Variable Phase,VP)，即在氣門開啟持續(xù)期和升程曲線不變的前提下，同時改變氣門的開啟時刻和關閉時刻，如下圖所示。 (Variable Event Timing,VET