【《可变气门技术研究现状文献综述》2500字】

可变气门技术研究现状文献综述在研究气门多变运动规律的众多途径中，可变气门技术占有重要地位。使用可变气门技术不仅能使气门升程、启闭时刻和开启持续期连续变化，还能够根据发动机实际运行情况实现气门的多次开启。此外，可变气门技术在提高充气效率，减小泵气损失[12]、改善怠速稳定性、实现废气再循环[13]、可变排量、可变压缩比、米勒循环[14]以及均质混合气压燃[15]等方面具有显著优势，已经成为现在车用发动机的关键技术之一。早在十九世纪九十年代，世界上第一次出现了可变气门技术的相关专利，经过了一百多年的发展，可变气门技术已经发展得日益成熟[16]。根据实现途径的差异，可变气门可以分为不同的种类，如图1-2所示。可变气门首先可以根据驱动方式分为凸轮轴式和无凸轮轴式[17]，凸轮轴式采用凸轮来驱动气门开启，无凸轮轴式不包括任何凸轮机构，而是使用电磁、液压或者气动的方式来控制气门升程。图1-2可变气门分类（1）基于凸轮驱动的可变气门机构在凸轮轴式可变气门机构中，可变配气正时技术（VVT）是最成熟的技术，其代表作是丰田公司开发的VVT-i凸轮机构系统[18]。该系统通过安装在传动端的液压驱动机构来调节气门正时，通过与ECU相配合，能够使凸轮轴在特定角度范围转动从而改变进气门的配气相位。可变凸轮轮廓技术是依据不同转速和负荷，选择使用不同的配气凸轮驱动气门启闭的技术，这类技术最典型的代表是本田Honda的VTEC[19]系统。VTEC系统是世界上第一个可以控制气门升程和启闭相位的气门控制系统，在中低转速时，该系统选择使用普通凸轮驱动气门开启；当发动机转速升高时，该系统选择包角和升程更大的高速凸轮驱动气门启闭，使发动机进气量更大，输出扭矩更强。与VTEC系统原理和结构相类似的可变气门系统还有三菱的MIVEC系统[20]，奥迪的AVS系统[21]等等。可变凸轮从动件技术能够改变凸轮与气门之间的传动机构来间接地改变气门升程。此类机构最经典的作品当属德国宝马公司设计开发的Valvetronic[22]机械式可变气门结构，如图1-3所示。该机构通过利用气门升程控制进气量从而取消了节气门，是世界上首款实现无节气门负荷控制的汽油机可变气门技术。该技术能够实现气门升程从最小到最大区间内的连续变化，用来匹配怠速工况到全负荷工况的进气量。此外，该项技术与宝马可变配气相位Vanos[23]技术相结合，能够实现配气相位在0°CA-60°CA内连续变化，由此实现了机械式的全可变配气控制。图1-3宝马VaIvetronic机构示意图但是由于Valvetronic机械结构过于复杂，造成系统刚度和最高许用转速降低等问题[24]，一些公司便开始尝试使用柔性连接方式来代替凸轮和气门之间的传动，其中便出现了FIAT公司开发的Multiair可变气门[25]。该机构使用液压油作为传动介质，利用电磁阀作为液压腔内的泄油开关。当电磁阀关闭时，凸轮驱动活塞运动，活塞利用液压油打开气门；当电磁阀打开时，液压腔内的油液泄出，凸轮便无法驱动气门，在气门关闭时刻由气门关闭制动器控制落座速度，实现气门平稳落座[26]。除了各大汽车公司不断致力于可变气门的研发之外，国内外高校及研究机构也在积极进行相关课题研究。山东大学谢宗法[27]等人以BJ486EQ汽油机为试验样机设计开发了一种全可变液压气门机构，该机构通过进气门早关来对进气量加以控制，从而实现了对无节气门汽油机的负荷调节。（2）无凸轮轴驱动的可变气门机构无凸轮轴驱动的可变气门机构主要分为电磁式、电液式和电气式[28]，由于其取消了凸轮轴驱动，使得气门升程具有更大的变化空间，因此在国内外学者针对无凸轮轴式可变气门机构开展了许多研究工作。电磁式可变气门机构的设计是建立在电磁理论的基础上，国内南京理工大学[29]和台北理工大学[30]对于该机构的研究较为深入。其驱动机构一般由电磁铁，弹簧和中部衔铁组成。电磁铁和弹簧分别有两个，分布在衔铁的上部和下部。当机构不工作时，电磁铁上的线圈不通电，衔铁受弹簧力处于中间平衡位置，气门处于半开状态；当气门需要打开时，下部电磁铁线圈通电而上部电磁铁线圈不通电，衔铁在磁力的作用下往下运动到最底部，使气门升程逐渐到最大；当气门需要关闭时，上部电磁铁线圈通电而下部电磁铁线圈断电，衔铁在磁力的作用下往上运动到气门座圈处，气门逐渐关闭。电磁式可变气门机构的气门落座速度与衔铁同磁铁的接触速度对于气门磨损、噪声以及机构的可靠性影响较大，因此对于磁铁通电时的电流曲线的控制至关重要。电液式可变气门机构大多通过液压油和电磁阀相互配合来实现对气门升程的灵活控制，利用电磁阀来控制高低压油路的通断，以此来实现气门的启闭。电液式液压气门机构的气门运动规律较为灵活多变，福特公司[31]、本田公司[32]、路特斯公司[33]和通用公司[34]均对电液式可变气门进行了研发，但其主要的挑战是系统的能量消耗和可靠性。电气式可变气门以空气等气体为传动介质[35]，其工作原理与电液式相似。不同于液压油等液体传动介质，选择气体作为介质可以省略对温度、粘度和惯性等因素的考虑，但是要考虑气体可压缩性强，密封要求高等不足[36]。Gould[37]等人对电气式可变气门机构进行了研究，通过电磁阀控制活塞上下腔的气流来使气门启闭，但是其也存在着气门落座速度大、响应慢和驱动系统昂贵复杂等问题。参考文献唐葆君,刘江鹏.中国新能源汽车产业发展展望[J].北京理工大学学报(社会科学版),2015,17(02):1-6.刘春辉.2019年中国汽车市场发展回顾及2020年展望[J].汽车与配件,2020,4:50-53.何沙,吉安民,杨喆.基于我国石油对外依存度的石油安全策略研究[J].西南石油大学学报(社会科学版),2011,13(03):1-6+8.张文亮,武斌,李武峰,等.我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨[J].电网技术,2009,33(04):1-5.李洪言,赵朔,刘飞,等.2040年世界能源供需展望——基于《BP世界能源展望(2019年版)》[J].天然气与石油,2019,37(06):1-8.ReitzRD,OgawaH,PayriR,etal.IJEReditorial:Thefutureoftheinternalcombustionengine[J].InternationalJournalofEngineResearch,2020,21(1):3-10.KwanheeC,HyungminL,InGH,etal.Effectsofvariousintakevalvetimingsandsparktimingsoncombustion,cyclicTHCandNOXemissionsduringcoldstartphasewithidleoperationinCVVTengine[J].JournalofMechanicalScienceandTechnology,2008,22(11):2254-2262.韦夏夏,谭宗勇,陈梦寅,等.应对国六排放的柴油机尾气NOX催化转化剂的试制研[J].车用发动机,2021,252(01):69-74+81.LiQY,LiuJP,FuJQ,etal.Comparativestudyonthepumpinglossesbetweencontinuousvariablevalvelift(CVVL)engineandvariablevalvetiming(VVT)engine[J].AppliedThermalEngineering,2018,137:710-720.何仁,沈海军,杨效军.商用汽车辅助制动技术综述(英文)[J].交通运输工程学报,2009,9(02):50-59.DallaN,Macklini,ThompsonDM,etal.Effectsofvalvetiming,valveliftandexhaustbackpressureonperformanceandgasexchangingofatwo-strokeGDIenginewithoverheadvalves[J].EnergyConversionandManagement.2016,123:71-83.魏枫展,张晋群,常英杰,等.全可变液压气门运动特性及其泵气损失[J].内燃机学报,2020,38(01):57-63.JesúsB,SantiagoM,RicardoN,etal.EvaluationofmassiveexhaustgasrecirculationandMillercyclestrategiesformixing-controlledlowtemperaturecombustioninaheavydutydieselengine[J].Energy,2014,71:355-366.YanBW,WangH,ZhengZQ,et