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1、 发动机原理课程论文 论文题目：可变气门技术 论文编号：1 姓名： 000 学号： 000 班级： 000摘要：能源与环境问题是汽车工业在最近的时间段里所面临的两个主要问题。低能耗、低排放、高输出扭矩和高输出功率成为汽车发动机发展的目标。在目前的各项技术措施中，可变气门技术是改善传统SI汽油机燃油经济性，提高动力性和降低排放的最为有效的技术措施之一。同时，可变气门技术也被认为是汽油机实现均质充量压缩着火燃烧方式(HCCI)的一个最为切实有效的技术途径。DIGEST:Energy and environment problem are the two major problems automot
2、ive industry faced in the recent time .Low energy consumption, low emission, high output torque and high output power has become a target for automotive engine development.In the present various technical measures, variable valve technology is one of the most effective technical measures to improve
3、the traditional SI gasoline engine fuel economy and improve the power performance and reduce the emissions.At the same time, the variable valve technology is also regarded as one of the most practical and effective way to achieve quantity of homogeneous charge compression ignition combustion mode.关键
4、词：发动机；可变气门正时技术；凸轮引言：传统的发动机配气机构的参数是不可调节的，只能保证发动机在标定工况的狭窄范围内尽量使发动机的性能达到最优状态，却不能充分顾及发动机在中小负荷和中低转速区的性能，而这恰恰是机动车的常用工况区域。随着社会对于环保及节能的重视，研发能适应发动机不同工况的配气机构愈发重要和紧迫。在此背景下，各种可变气门技术应运而生，发动机可变气门技术(Variable Valve Actuation，简称为VVA)已成为汽车发动机研究重点方向之一，它包括可变气门正时技术，可变气门定时技术，全可变气门技术等。VVA是使发动机尾气排放达到欧洲号排放限值标准的重要技术选择。我国一些特大
5、型城市今后势必也将要求汽车尾气排放限值标准提升到欧洲号排放限值标准水平，所以VVA技术在中国也将有很大的发展潜力。正文：1.可变气门技术的分类目前，主流可变气门驱动机构按照驱动方式不同可以分为凸轮驱动系统和无凸轮驱动系统两大类，其中目前主要使用的是凸轮驱动的可变气门技术。凸轮驱动可变气门系统研究时间相对较长，系统相对简单可靠，在汽车上广泛应用。但是凸轮驱动的可变气门技术相比无凸轮的可变气门技术在性能上有所不足，随着微电子技术的发展，无凸轮驱动可变气门系统成为最近20年来研究的新领域，由于无凸轮的可变气门技术需要涉及液压、电磁、电子等多个领域，结构较为复杂，实现产品化还存在许多需要解决的问题。因
6、此无凸轮的可变气门技术只能作为我们的研究方向，我们现在主要谈及的还是凸轮驱动的可变气门技术。2.可变气门技术的发展现状近几十年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污的要求，许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展和完善阶段，有可能成为未来内燃机技术的发展方向。VVA技术由于自身的优点，日益受到人们重视，国外研究机构进行了大量的研究，美国自1880年就已出现了有关可变气门的专利，至1987年就有800多项专利产品，而有相当一部分专利是在1985年以后取得的。近年来电子技术的快速发展，促进
7、了VVA技术从研究阶段向实用阶段发展。发动机可变气门正时技术（Variable Valve Timing，简称VVT）是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的可变气门技术中的一种，从最近的时代来看，可变气门正时技术在现代的轿车上广泛应用。提高进气的充量，使得充气量的系数提高是发动机可变气门正时技术在轿车上显示出的优势，发动机的扭矩可以进一步提高，同时还可以提高发动机的功率，汽车的发动机还可以借助这可变气门正时技术更加自由地变换动力模式，例如停车怠速等，这样也就同时降低了内燃机对空气的污染。3. 可变气门正时技术原理 合理选择配气正时，保证最好的充气效率hv，是改善发动机性能极为重要的技术问题。分析内
8、燃机的工作原理，不难得出这样的结论：在进、排气门开闭的四个时期中，进气门迟闭角的改变对充气效率hv影响最大。进气门迟闭角改变对充气效率hv和发动机功率的影响关系可以通过图1进一步给以说明。图1中每条充气效率hv曲线体现了在一定的配气正时下，充气效率hv随转速变化的关系。如迟闭角为40时，充气效率hv是在约1800r/min的转速下达到最高值，说明在这个转速下工作能最好地利用气流的惯性充气。当转速高于此转速时，气流惯性增加，就使一部分本来可以利用气流惯性进入汽缸的气体被关在汽缸之外，加之转速上升，流动阻力增加，所以使充气效率hv下降。当转速低于此转速时，气流惯性减小，压缩行程初始时就可能使一部分
9、新鲜气体被推回进气管，充气效率hv也下降。图中不同充气效率hv曲线之间，体现了在不同的配气正时下，充气效率hv随转速变化的关系。不同的进气迟闭角与充气效率 hv曲线最大值相当的转速不同，一般迟闭角增大，与充气效率hv曲线最大值相当的转速也增加。迟闭角为40与迟闭角为60的充气效率hv曲线相比，曲线最大值相当的转速分别为1800r/min和2200r/min 。由于转速增加，气流速度加大，大的迟闭角可充分利用高速的气流惯性来增加充气。改变进气迟闭角可以改变充气效率hv曲线随转速变化的趋向，以调整发动机扭矩曲线，满足不同的使用要求。不过，更确切地说，加大进气门迟闭角，高转速时充气效率hv增加有利于
10、最大功率的提高，但对低速和中速性能则不利。减小进气迟闭角，能防止气体被推回进气管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。因此，理想的气门正时应当是根据发动机的工作情况及时做出调整，应具有一定程度的灵活性。显然，对于传统的凸轮挺杆气门机构来说，由于在工作中无法做出相应的调整，也就难于达到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步提高。4. 可变气门技术发展趋势与展望 传统的发动机气门驱动系统，采用机械凸轮机构来控制进排气门，由于凸轮型线是固定的，因而其气门的升程、配气定时都是固定不变的，无法在发动机运行中进行调节，通常只能保证在某一工况下优化发动机性能。20世纪80年代，能源和环境问题日益突出，社会
11、对燃油的经济性和有害排放物的要求日益严格，如何改善发动机的性能、提高热效率和减少有害排放越来越受到关注，出现了大量建立在改进凸轮驱动基础上的可变配气机构的专利，本质上都是通过改变凸轮的型线或凸轮的相位角来实现，因而无法满足实时全程控制的要求。为了解决上述问题，研究人员提出了取消凸轮驱动，用电磁驱动或电液气门驱动开启的方法。电磁直接气门驱动的工作原理是通过上下2个线圈的交替通电，由衔铁上下运动来控制气门的开启与关闭。但电磁直接驱动配气机构存在许多先天不足，尺寸大、能耗高、易磨损、需要额外的冷却与润滑系统，更为严重的是落座冲击大。电液驱动则用电磁阀控制高压流体的流入或流出控制室，利用高压流体驱动气
12、门，从而实现气门开启或关闭。电液气门驱动与电磁直接驱动配气机构相比，有许多先天优势，动态快、出力大、无需额外的冷却与润滑系统、无落座冲击等。上述采用电磁或电液直接驱动气门的发动机称为“无凸轮发动机”。“无凸轮发动机”是最可能成为汽车数字化、电子化发展进程中的又一个核心技术。电液或电磁直接驱动配气机构与传统凸轮配气机构相比，由于突破了凸轮的限制，可实现全程实时控制，因而一般可减少泵气损失80，节能1823，低速(低于1000rmin时)驱动力矩提高20，NOx排放减少60，并能简化发动机结构、减轻重量。5. 结束语：可变气门技术有多种实现途径，各种途径均可不同程度的改变气门的运行参数，从而不同程
13、度的改善汽油机燃油经济性和动力性，降低排放。国外已有一系列比较实用的可变气门机构，目前应用最广泛的是叶片式可变凸轮相位机构。与基于凸轮轴的可变气门机构相比，无凸轮的可变气门机构能够更加灵活的控制每个气门的运动规律，控制的自由度较大，是理想的控制途径，但其控制较复杂，目前还处于研究阶段，也是国外在可变气门技术领域研究的一种趋势。参考文献1. 刘洲辉，罗寥，柴陆路.汽车发动机可变气门技术.武汉理工大学汽车工程学院，2009.6。2. 刘华文，聂磊.内燃机可变气门技术的研究与展望.北京交通大学，2006.11.10。3. 叶升强.发动机可变气门技术探析.云南交通职业技术学院.4. 耿爱农，李辛沫，张
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