电磁式进排气门系统.doc

论文（设计）题目： 简介电磁式进排气门机构 系 别： 交通工程系 专 业 ： 汽车运用技术（检测与维修） 学 生 姓 名： 张萌萌 指 导 教 师： 成城 2014 年 06 月 10 日目录0引言.(1)1电磁式进排气门的含义及特征. (1)2电磁式进排气门的结构和工作模式. (1)2.1电磁式进排气门的结构. (1)2.2电磁式进排气门的工作模式. (1)3电磁式进排气门的工作原理. (2)3.1气门驱动机构主要功能. (2)3.2可变气门技术的国内外发展状况. (2)4配气相位的原理及作用. (3)5可变凸轮轴相位. (3)5.1可变凸轮轴相位意义. (3)5.2可变凸轮轴相位结构. (3)5.3发动机可变气门正时. (4)5.4可变气门升程的优点. (4)6配备电磁式进排气门的发动机. (5)7电磁式进排气门机构坏了会怎样. (5)8结论.(5)参考文献：. (6)谈电磁式进排气门技术汽修3112 张萌萌（南通航院职业技术学院 交通工程系，江苏 南通226010）摘要:文章主要基于对电磁式进排气门机构的研究，介绍电磁式进排气门机构的基本原理和工作模式，介绍电磁式进排气门的结构和系统组成，并根据气门控制参数的变化情况，对可变气门技术进行了详细的分类。电磁式进排气门机构能确保气门开、关的高频率和稳定控制。结合目前典型的可变气门机构，对实现可变气门技术的途径进行了系统的阐述与评价。通过实例介绍了可变气门技术改善发动机性能及在实现汽油机均质充量压缩着火(HCCI)方面的应用。通过分析指出，叶片式可变凸轮轴相位机构是目前可行性较强的技术途径关键词：电磁式进排气门 可变气门正时 无凸轮驱动0引言人们已经做出许多努力，试图采用无节流机构来减少四冲程发动机的泵气损失，进而减少发动机的燃油消耗。然而这些机构都存在一些技术问题。更确切的来说，液压机构在环境温度和发动机温度偏低时对环保不利，而对任何一种机械式系统来说，尚未解决的典型技术问题是零件数量和系统复杂性的增加，为了解决这些问题，对电磁式进排气门机构进行了工程研究，来确保气门正时控制更加被简单和自由度更大。传统的气门驱动系统的凸轮型在出厂时就已经被固定，在运行过程中无法进行自由调节，因此实现无凸轮轴驱动的全可变技术迫在眉睫。电磁驱动气门机构以其独特的优势倍受关注,该机构可灵活的控制气门的正时和升程,实现发动机低油耗、低排放和高效率的控制目标。1电磁式进排气门的特征电磁式进排气门机构的气门动作由弹簧的粘性阻尼振荡和其他有源原件触发，同时电磁铁将气门吸住，并以此来补偿气门升程的不足。气门的动作可通过电磁铁的通电和断电来进行调节，使气门获得一个恒定的升程高度同时还与与发动机转速无关。它可为气门的开启和关闭提供无极可变的气门正时，其目的是利用进气和排气脉冲来减少泵气损失。2电磁式进排气门的结构和工作原理2.1电磁式进排气门的结构电磁式气门机构主要由电磁铁线圈1线圈2以及衔铁组成，并且由一个正方形衔铁支撑着两根轴，其上、下各有一个弹簧。上轴安装一个升程传感器。2.2电磁式进排气门的工作模式电磁式气门机构主要由电磁铁线圈1线圈2以及衔铁组成，并且由一个正方形衔铁支撑着两根轴，其上、下各有一个弹簧。线圈1线圈2均不通电时，气门在上、下弹簧的作用下保持半开半闭；如果线圈2通电而线圈1不通电，衔铁就会在线圈2电磁力的作用下带动气门克服弹簧的作用力向下运动，实现气门的开启；当线圈2断电后，气门在弹簧力的作用下向上运动，接近落座位置时，线圈1通电，以实现快速落座，此后线圈1继续通电，以保持气门的关闭。如此循环往复。上轴安装一个升程传感器，在下轴与气门之间有一个用作气门阻尼机构的小型液压挺柱，考虑到零件的磨损和热膨胀，该机构的特点是能独立工作，即气门先与气门座接触，然后将衔铁吸住。该机构能实现气门正时、持续期和升程的独立控制，控制自由度较大，但其主要问题是气门落座时的冲击较大，发动机的可靠性和气门的寿命降低，且驱动气门机构的能耗较高为了使缸内压力引起的负面影响降低到最小，排气机构的弹簧力要比进气机构的大。2.3气门驱动机构主要功能气门驱动机构主要功能是通过液压能与气门动能及气门弹簧势能三者之间的能量转换来实现气门的开启和关闭。气门驱动机构包括电液驱动可变配气相位机构和气门弹簧组件两部分。其中电液驱动可变配气相位机构通过两位三通高速电磁阀控制液压油路，在液压力的作用下驱动气门运动，气门回位由气门弹簧实现。控制系统主要是对液压油的工作压力及电源驱动可变配气相位机构进行控制，实现对气门参数的可编程控制。控制系统主要包括单片机控制系统，接口电路和驱动电路等。电磁阀的主要作用是实现液压油路的通断，其性能对整个系统的影响很大。2.4可变气门技术的国内外发展状况 能源与环境问题是目前汽车工业所面临的2个主要问题。为了在提高汽油机燃油经济性和动力性，并且满足越来越严格的排放法规要求，从20世纪70年代开始，汽油机燃油电控技术逐步发展起来，至今已形成了以进气管多点顺序喷射为代表的汽油机燃油控制技术。与燃油控制技术相比，配气控制技术早期的研究进展比较缓慢，主要成果是在1985年以后取得的。我国从20世纪90年代逐步开始进行可变气门技术的研究。在90年代中期开发出了一种用谐波传动实现可变凸轮相位的机构，可实现小级差的多级调相4。2000年后，吉林大学、上海交通大学与长春汽车研究所等设计了一种液压张紧器式可变配气相位机构，可将气门在小范围内变化(进气门：提前15(曲轴转角)，滞后13(曲轴转角) 3；清华大学开展了电磁驱动式气门机构的研究；浙江大学对电磁驱动式气门机构进行了模型仿真研究。但与国外相比，我国的可变气门技术只是局限于试验室研究，还没有形成具有自主知识产权，没有可以广泛应用于车用发动机的可变气门机构。3配气相位的原理及作用我们都知道，发动机的配气相位机构负责向气缸提供汽油燃烧做功所需要的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出，这一套动作可以看做是人体吸气和呼气的过程。从工作原理上讲，配气相位机构的主要功能是按照一定的时间限制来开启和关闭各气缸的进、排气门，从而实现发动机气缸换气补给的整个过程。那么气门的原理和作用可以这样理解。我们可以将发动机的气门比作是一扇门，门开启的大小和时间长短，决定了进出的人流量。门开启的角度越大，开启的时间越长，进出的人流量越大，反之亦然。同样的道理用于发动机上，就产生了气门升程和正时的概念。气门升程就好象门开启的角度，气门正时就好象门开启的时间。以立体的思维观点看问题，角度加时间就是一个空间的大小，它也决定了在单位时间内的进、排气量。4无凸轮轴驱动 4.1可变凸轮轴相位意义传统的凸轮轴是通过各种不同配气相位的实验，从中选取出某一个固定配气相位同时兼顾其他工况，是发动机性能的一种折中方法，无法在运行的过程中进行调节，发动机性能难以在各种工况下达到优化。可变配气相位机构能使气门正时、气门开启持续时间及气门升程等参数中的一个或多个随发动机的工况变化实时进行调节，从而获得更好的燃油经济性，更优异的扭矩和功率特性，提高怠速稳定性和降低排放电磁可变气门机构是可变气门技术发展的最新进展之一，它能够很好地满足上述要求。常规气门传动的特征是有一个缓冲段，它能减轻气门落座时产生的脉冲响声，从而提高耐久性。而电磁式气门机构不具备这方面的特征，尤其在距离非常小的时候，因而在气门与衔铁气门座接触时会产生严重的脉冲影响。在简化的消声室内，发动机以怠速运转时进行了这项实验，电磁式气门机构的声压级噪声比常规凸轮轴驱动的差约19db。4.2可变凸轮轴相位结构可变凸轮轴相位先后有螺旋齿式与叶片式两种结构，目前叶片式的结构已逐步取代了螺旋齿式的结构。转子通过螺栓与凸轮轴固定在一起，壳体通过链条与曲轴连接。停机时，锁止销以无压力的方式嵌入凹口锁止槽中，保证每次启动时凸轮轴随壳体一起运动，使凸轮轴有确定的初始相位。调节相位时，润滑油首先进入凹口锁止槽中，将锁止销压回并释放转子。供油油路与液压腔相通，向该腔中供油，回油油路与液压腔相通，向外泄油，转子叶片在压力差的作用下带动凸轮轴相对于壳体转动，从而改变相位。反向调节时，供油及泄油与上述方向相反。由电磁阀控制供、泄油的方向，可在曲轴转角范围内调节凸轮轴相位。4.3发动机可变气门正时随着发动机转速的提高，短促的进排气时间往往会引起发动机进气不足，排气不净等现象，因此可变气门正时系统出现，它就是根据轿车的运行状况，随时改变配气相位，改变气门升程和气门开启的持续时间。4.4可变气门升程的优点以使发动机在不同的转速提供不同的气门升程，低转速时使用较小的气门升程，有利于缸内气流的合理混合，增加发动机的低速输出扭矩；在高速时使用较大的升程，可以提高发动机的进气量，从而提高功率输出。5配备电磁式进排气门的发动机可变气门技术也是目前在汽油机上实现均质充量压缩点火(HCCI)的一个最为实际有效的途径。均质充量作为一种高节能低排放的新概念，燃烧方式目前备受内燃机界的高度关注。通过控制进排气门的正时，实现负的气门重叠角，在缸内形成适当的残余废气，利用残余废气的热量加热进气，使混合气的温度在压缩上止点附近达到汽油的着火点以上，从而实现自燃。采用负气门重叠角进行预混合均质压然运转时，无论在高负荷还是在低负荷都不能得到满意的结果。除了在均质预混合下气道喷射会使燃油混合器增加外，自燃时间也会提高，同时缸内压力也会升高，结果会因为发动机出现爆震而限制输出功率。为解决这一问题，尝试通过直接喷油来提高压燃范围。在负气门重叠角下，直接喷油能扩大均质充量发动机的工作范围。但是均质充量发动机目前运行工况较窄，还不能在车用发动机整个工况范围内运行，这就需要在均质充量压缩点火与火花燃烧方式之间进行切换。这种通过可变气门技术实现均质充量压缩点火燃烧方式的途径，也是未来在车用发动机上实现均质充量压缩点火方式与火花点火燃烧方式过渡切换的一个最为实际有效的途径。6电磁式进排气门机构坏了会怎样随着发动机转速的升高，短暂的进排气时间会引起发动机进气不足，排气不净等现象。发动机进排气过程中，会出现一个进气门和排气门同时开启的时刻，在配气相位上称为“重叠阶段或气门重叠角”， 但在低转速或者怠工时，过大的重叠角则会导致废气过多的进入进气歧管，使缸内气流混乱，从而导致低速扭矩较低。会导致气门间隙过大或过小。间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。7结论 （1）采用无节流技术可使有效比油耗，比常规凸轮轴驱动气门机构的改善10%（2.9kw，1500r/min）。（2）采用尽可能最佳的气门正时和扫气效应可使发动机在中、低转速时的扭矩增加约20%。（3）利用安装电磁式进排气门机构和直喷系统的发动机对均质充量压燃转速进行了研究，结果发现，几乎在10-15工况的所有负荷和发动机转速范围内都能实现均质充量压燃运转。（4） 可变气门技术有多种实现途径，各种途径均可不同程度地改变气门的运行参数，从而不同程度地改善汽油机燃油经济性和动力性，降低排放。（5）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，无凸轮轴的可变气门机构能更加灵活地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。（6）与国外相比，国内的可变气门技术还不够成熟并且应用也不广泛，因此有必要加强开展这方面的研究工作。首先，开发能在车用发动机上简单实用的可变气门机构(如叶片式可变凸轮轴相位机构)，完善控制技术，优化控制策略，缩小与国外先进发动机技术的差距；然后，进一步提高气门控制的自由度和灵活性，实现发动机全工况的最优控制。（7）对于发动机的废气排放，在化学计量比条件下运转时，采用新气门机构的发动机排放水平与常规凸轮轴驱动气门机构发动机的基本相同。（8）当将进气门关闭正时设置在下止点时，发动机在中、低转速时的输出转矩能提高20%左右，该进气门关闭正时能利用进、排气脉冲产生的扫气效应使实际冲程容积增加，从而提高容积效率。8结束语电磁驱动气门机构确保气门正时控制更加