無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)氣門

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1、毛毳學(xué)號(hào)：110010156無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)氣門改變內(nèi)燃機(jī)氣門開啟持續(xù)時(shí)間、氣門升程和氣門正時(shí)等，使其隨著內(nèi)燃機(jī)工況變化而變化，可以改善怠速的穩(wěn)定性、增加低速下外特性轉(zhuǎn)矩、改善內(nèi)燃機(jī)部分負(fù)荷時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性和減少有害排放。傳統(tǒng)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常只能保證在某一工況優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的性能，其凸輪形線是固定的，這些固定的氣門運(yùn)行參數(shù)只是內(nèi)燃機(jī)在各種工況下運(yùn)行對(duì)氣門工作要求各種綜合矛盾的一種折衷。這種折衷能滿足內(nèi)燃機(jī)大部分工況的基本要求，所以被認(rèn)為是可行的。但是，隨著對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和降低有害排放物的要求不斷提高，迫使廣大內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)人員尋

2、求更多新式的配氣機(jī)構(gòu)。無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，就是用電液驅(qū)動(dòng)裝置取代傳統(tǒng)的機(jī)械式凸輪軸來控制氣門的運(yùn)行，其最顯著的優(yōu)點(diǎn)是氣門開啟時(shí)刻、氣門升程、開啟持續(xù)時(shí)間和氣門在內(nèi)燃機(jī)各個(gè)循環(huán)中的開啟位置等可以相互獨(dú)立。因此，在內(nèi)燃機(jī)的工作過程中，氣門的運(yùn)行參數(shù)是可變的，能實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)在各個(gè)工況下均能以最佳參數(shù)運(yùn)行，從而能優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性、改善動(dòng)力性和降低排放。另外，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相比，采用無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)還具有以下一些特別的優(yōu)點(diǎn)：1）由于取消了凸輪軸及其相關(guān)零部件，從而簡(jiǎn)化了內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)，10毛毳學(xué)號(hào)

3、：110010156減小了內(nèi)燃機(jī)的重量和高度，使得內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)更為緊湊，同時(shí)，增大了氣門布置的靈活性，使氣門不是必須布置在與凸輪軸中心線相垂直的平面內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了氣門設(shè)計(jì)的柔性化，因而能使換氣過程與燃燒室匹配得更好。2）能靈活、單獨(dú)、精確地控制氣門的運(yùn)行。氣門運(yùn)行參數(shù)包括氣門定時(shí)、氣門開啟持續(xù)時(shí)間、氣門升程和氣門運(yùn)行速度以及工作頻率?？刂茪忾T的定時(shí)、開啟持續(xù)時(shí)間、升程除了能使換氣過程更加完善，優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的工作性能外，還有助于實(shí)現(xiàn)新概念的燃燒方式。例如，目前實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒方式的一個(gè)重要途徑就是利用適當(dāng)?shù)膬?nèi)部EGR率，這就可以通

4、過控制排氣門的定時(shí)來提供所需的內(nèi)部EGR率。控制氣門運(yùn)行速度，既可以減少磨損和沖擊噪聲，又有助于缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)現(xiàn)。在多缸機(jī)上，在無(wú)需內(nèi)燃機(jī)滿負(fù)荷工作的情況下，可以有選擇地關(guān)閉部分氣門以及變換氣門的關(guān)閉頻率，從而依次關(guān)閉一部分氣缸或者使其怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，而又不讓這些氣缸冷卻下來，從而改善怠速穩(wěn)定性。3)可以通過改變氣門定時(shí)來改變多燃料內(nèi)燃機(jī)的有效壓縮比，以適應(yīng)不同燃料的要求?；驹頍o(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)就是取消凸輪軸及其從動(dòng)件，利用一種壓縮性較小流體的彈性特征對(duì)氣門的開啟和閉合起加速和減速的作用，對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣門定時(shí)、氣門升

5、程和氣門運(yùn)動(dòng)速度提供了連續(xù)的可變控制。氣門加速時(shí)流體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為氣門的動(dòng)能，氣門減速時(shí)的動(dòng)能又轉(zhuǎn)化為流體的勢(shì)能，在整個(gè)過程中能量損失很少。10毛毳學(xué)號(hào)：110010156近20多年，多家機(jī)構(gòu)對(duì)無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行過或正在進(jìn)行研究。由于這種新型驅(qū)動(dòng)模式涉及到液壓、電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，目前只見用于大型卡車和船用內(nèi)燃機(jī)。例如，國(guó)際載貨車與內(nèi)燃機(jī)公司開發(fā)出一種無(wú)凸輪軸柴油機(jī)，利用電子控制裝置替代傳統(tǒng)的凸輪軸和推桿來控制氣門的開關(guān)。利用電子和液壓裝置驅(qū)動(dòng)氣門，可使柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩提高40%，轉(zhuǎn)矩曲線更加平坦，因而使

6、汽車加速更加平穩(wěn)。電液驅(qū)動(dòng)活塞無(wú)彈簧系統(tǒng)這種系統(tǒng)取消了凸輪軸和回位彈簧，典型代表是福特公司的電液氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這種電液驅(qū)動(dòng)活塞無(wú)彈簧系統(tǒng)，原理如圖1。該系統(tǒng)有高壓和低壓油源各一個(gè)，氣門頂部裝有一個(gè)雙作用的液壓活塞，活塞上部的油腔分別與高低壓源相通；活塞下部油腔則一直與高壓油源連通。液壓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(guān)閉。低壓電磁閥的開啟和關(guān)閉則控制氣門的關(guān)閉過程。系統(tǒng)還包括一個(gè)高壓?jiǎn)蜗蜷y和一個(gè)低壓?jiǎn)蜗蜷y，以保證氣門在開啟到最大行程時(shí)活塞上部油腔壓力不會(huì)太低，氣門在落座之

7、前活塞上部油腔壓力不至于過高。10毛毳學(xué)號(hào)：110010156圖1福特公司無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的基本原理圖電液驅(qū)動(dòng)活塞單彈簧系統(tǒng)這種系統(tǒng)取消了凸輪軸，但是回位彈簧作為氣門復(fù)位裝置被保留下來。圖2就是Lucas公司的電液驅(qū)動(dòng)活塞單彈簧系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由一個(gè)常閉型和一個(gè)常開型兩位兩通電磁閥共同作用控制氣門的開啟和關(guān)閉，通過復(fù)位彈簧回位，液壓系統(tǒng)的壓力10~35MPa。這種系統(tǒng)中，氣門的開啟與關(guān)閉點(diǎn)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)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等信息優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)性能。10毛毳學(xué)號(hào)：110010

8、156圖2Lucas公司電液驅(qū)動(dòng)單彈簧單系統(tǒng)示意圖圖3是南卡萊羅納大學(xué)開發(fā)的電液驅(qū)動(dòng)無(wú)凸輪內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)。該內(nèi)燃機(jī)氣門動(dòng)作是通過如下過程完成：從控制硬件發(fā)出一個(gè)電脈沖引起壓電管的擴(kuò)張；這個(gè)線性擴(kuò)張將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤核欧y的運(yùn)動(dòng)；伺服閥的輕微運(yùn)動(dòng)將會(huì)激勵(lì)壓力液體流動(dòng)和壓力變化，同時(shí)會(huì)通過作用到與氣門相連接的液壓活塞的方式轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>