可变气门系统结构参数研究
发动机全可变液压气门机构进气性能的研究的开题报告
发动机全可变液压气门机构进气性能的研究的开题报告
开题报告：发动机全可变液压气门机构进气性能的研究
背景介绍：
发动机是汽车的核心部件之一，其中进气系统对于发动机性能的影响非常重要。
传统的机械气门机构由于设计固定，无法根据运行状态进行动态调整，因此局限了发动机的性能和效率。
随着科技的不断发展，全可变液压气门机构应运而生。
该机构以水液作为驱动力，通过组合式的结构来动态调整进气量和进气时机，从而实现优化发动机的性能和效率。
研究意义：
本研究旨在通过对全可变液压气门机构进气性能的研究，深入探讨其应用于发动机的优势和适用性，并为后续发动机技术的发展提供重要参考。
研究内容：
1. 全可变液压气门机构的结构及工作原理
2. 基于CFD的全可变液压气门机构进气流场模拟和分析
3. 全可变液压气门机构在动态调整进气量和进气时机方面的优势探讨
4. 实验验证全可变液压气门机构在发动机性能和效率优化方面的应用价值
研究方法：
本研究将通过理论分析、CFD数值模拟和实验测试等方法进行，其中CFD数值模拟和实验测试将是本研究的重点。
预期成果：
1. 对全可变液压气门机构的性能和应用提供更深入的理解和认识。
2. 探究全可变液压气门机构在发动机性能和效率优化方面的应用潜力，为发动机技术的发展提供重要参考。
3. 实验数据和模拟结果，为后续研究提供参考和铺垫。
可变气门驱动机构
可变气门驱动机构气门可变驱动机构发动机的进气门和排气门的开启开始与关闭终止的时刻，通常以曲轴转角来表示，称为配气相位。
由于发动机工作时的转速很高，四冲程发动机的一个工作行程仅需千分之几秒，这么短促的时间往往会引起发动机进气不足，排气不净，造成功率下降。
因此，设计师为了解决这一个问题，一般发动机都采用延长进，排气门的开启时间，增大气体的进出容量以改善进，排气门的工作状态，藉以提高发动机的性能。
从配气相位图上可以看出活塞从上止点移到下正点的进气过程中（绿色），进气门会提前开启（α）和延迟关闭（β）。
当发动机作功完毕，活塞从下止点移到上止点的排气过程中（桔色），排气门会提前开启（γ）和延迟关闭（δ）。
十分明显，这种延长气门开启时间的做法，必然会出现一个进气门和排气门同时开启的时刻，配气相位上称为“重叠阶段”，可能会造成废气倒流。
这种现象在发动机的转速仅1000转以下的怠速时候最明显（怠速工作下的“重叠阶段”时间是中等速度工作条件下的7倍）。
这容易造成怠速工作不畅顺，振动过大，功率下降等现象。
尤其是采用四气门的发动机，由于“帘区”值大，“重叠阶段”更容易造成怠速运转不畅顺的现象。
设计师为了消除这一缺陷，就以“变”对“变”，采用了“可变式”的气门驱动机构。
可变式气门驱动机构就是在发动机急速工作时减少气门行程，缩少“帘区值”，而在发动机高速工作时增大气门行程，扩大“帘区值”，改变“重叠阶段”的时间，使发动机在高转速时能提供强大的马力，在低转速时又能产生足够的扭力。
从而改善了发动机的工作性能。
现代轿车发动机上的气门可变驱动机构能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，它们的凸轮轴，凸轮轴上的凸轮和气门挺杆等元件是可以变动的。
发动机上的气门可变驱动机构可以通过两种形式实现，一种是凸轮轴和凸轮可变系统，就是通过凸轮轴或者凸轮的变换来改变配气相位和气门升程；另一种是气门挺杆可变系统，工作时凸轮轴和凸轮不变动，气门挺杆，摇臂或拉杆靠机械力或者液压力的作用而改变，从而改变配气相位和气门升程。
汽车发动机的可变气门技术研究
第44卷第2期时代农机2017年2月V o l.44N o.2TIMES AGRICULTURAL M ACH INERY F e b.2017汽车发动机的可变气门技术研究张靖雯渊陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300)摘要：汽车发动机的可变气门技术是改善发动机燃油系统的重要技术之一，对于发动机整体性能和质量提升具 有重要意义。
文章研究了发动机气门正时技术和气门升程技术，并举例说明可变气门时实际应用。
正时技术主要控制气 门的开闭时间，而升程技术控制气门开度，需要结合两项技术实现可变气门的综合控制。
关键词：汽车发动机;可变气门；正时技术;升程技术中图分类号:U472 文献标识码:A文章编号:2095-980X(2017)02-0029-02 Research on Variable Valve Technology of Automobile EngineZHANG Jing-wen(Shaanxi National Defense Industry Vocational and Technical College,X i'an,Shaanxi 710300, China) Abstract:The variable valve technology of automobile engine is one of the important technologies to improve the engine fuel system，which is very important for the overall performance and quality improvement of the engine.The paper studies the engine valve timing technology and valve lift technology,and illustrates the practical application of variable valve.Timing technology mainly controls the valve opening and closing time,and lift technology mainly controls the valve opening.It needs to combine the two technologies to achieve a comprehensive control of the variable valve.Key words:automobile engine；variable valve；timing technology；lift technology发动机气门是保证发动机燃油系统正常运行与管理的重 要部件。
可变气门驱动机构
可变气门驱动机构气门可变驱动机构发动机的进气门和排气门的开启开始与关闭终止的时刻，通常以曲轴转角来表示，称为配气相位。
由于发动机工作时的转速很高，四冲程发动机的一个工作行程仅需千分之几秒，这么短促的时间往往会引起发动机进气不足，排气不净，造成功率下降。
因此，设计师为了解决这一个问题，一般发动机都采用延长进，排气门的开启时间，增大气体的进出容量以改善进，排气门的工作状态，藉以提高发动机的性能。
从配气相位图上可以看出活塞从上止点移到下正点的进气过程中（绿色），进气门会提前开启（α）和延迟关闭（β）。
当发动机作功完毕，活塞从下止点移到上止点的排气过程中（桔色），排气门会提前开启（γ）和延迟关闭（δ）。
十分明显，这种延长气门开启时间的做法，必然会出现一个进气门和排气门同时开启的时刻，配气相位上称为“重叠阶段”，可能会造成废气倒流。
这种现象在发动机的转速仅1000转以下的怠速时候最明显（怠速工作下的“重叠阶段”时间是中等速度工作条件下的7倍）。
这容易造成怠速工作不畅顺，振动过大，功率下降等现象。
尤其是采用四气门的发动机，由于“帘区”值大，“重叠阶段”更容易造成怠速运转不畅顺的现象。
设计师为了消除这一缺陷，就以“变”对“变”，采用了“可变式”的气门驱动机构。
可变式气门驱动机构就是在发动机急速工作时减少气门行程，缩少“帘区值”，而在发动机高速工作时增大气门行程，扩大“帘区值”，改变“重叠阶段”的时间，使发动机在高转速时能提供强大的马力，在低转速时又能产生足够的扭力。
从而改善了发动机的工作性能。
现代轿车发动机上的气门可变驱动机构能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，它们的凸轮轴，凸轮轴上的凸轮和气门挺杆等元件是可以变动的。
发动机上的气门可变驱动机构可以通过两种形式实现，一种是凸轮轴和凸轮可变系统，就是通过凸轮轴或者凸轮的变换来改变配气相位和气门升程；另一种是气门挺杆可变系统，工作时凸轮轴和凸轮不变动，气门挺杆，摇臂或拉杆靠机械力或者液压力的作用而改变，从而改变配气相位和气门升程。
一种新型可变气门驱动系统的研究
好 的 动 态 响 应 能 量 ，可 以 用 于 实 现 大 流 量 液 压 油 源 的 髙 速 通断 控 制 。
1 . 油箱；2 . 比例溢流阀；3 . 液压泵；4 . 高速开关阀；5 . 电机 ; 6 . 单 出 杆液压缸；7 . 复位弹 簧 ；8 . 气门 图 1 新型电液可变气门系统结构原理图
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现代制造技术与裝备
2017第 8 期 总 第 249期
一种新型可变气门驱动系统的研究
刘金榕1 易文颖2 金 波 3
( 1 . 中 船 重 工 集 团 第 7 0 4 研 究 所 ，上 海 200031; 2 . 上 汽 集 团 技 术 研 发 中 心 ，上 海 201804; 3 . 浙 江 大 学 流 体 动 力 与 机 电 系 统 国 家 重 点 实 验 室 ，杭 州 310027) 摘 要 ：本 文 首 先 提 出 一 种 新 型 的 基 于 高 速 开 关 阀 的 可 变 气 门 驱 动 系 统 ，详 细 介 绍 该 系 统 的 结 构 和 工 作 原 理 。 其 次 ，为 了 研 究 该 系 统 的 动 态 特 性 ，建 立 该 系 统 的 动 态 数 学 模 型 。通 过 A M E S i m 的 动 态 仿 真 ，分 析 关键结构因素 对 该 系 统 动 态 特 性 的 影 响 规 律 ，表 明 新 型 可 变 气 门 系 统 可 用 于 4000r / m 发 动 机 气 门 的 驱 动 。最 后 ，提 出 了 有 效 改 善 该 系 统 动 态 特 性 优 化 措 施 ，通 过 改 善 该 气 门 驱 动 技 术 ，其 将 可 用 于 6000r / m 汽 车 发 动 机 气 门 驱 动 。 关 键 词 ：电 液 开 关 阀 变 气 门 单 出 杆 液 压 缸 引言 在 普 通 的 汽 车 发 动 机 中 ，进 气 和 排 气 气 门 由 凸 轮 机 构 驱 动 。气门正时、升程和气门开启持续期，由于凸轮的轮廓 线不可改变和不能调节[1]，导致汽车排放的尾气会严重污染 环 境 。为降低发动机排放污染，可变气门技术作为一个具有 较好前景的先进发动机技术概念被提出[2]。柔性可变气门驱 动可以通过机械、 电磁和电液驱动机构实现[3]。就机械式可 变气门机构而言，菲亚特的三维凸轮可变气门机构[4]和本田 的 VTEC机 构 [5]可以提供有限的气门正时、升 程 调 节 。 电磁 气 门 驱 动 结 构 [6]和 电 液 可 变 气 门 驱 动 机 构 [7_8]都能够获得 气 门 正 时 、升 程 和 开 启 持 续 期 的 无 极 调 节 。相比于电磁气 门 机 构 ， 电 液 可 变 气 门 具 有 低 能 耗 、气 门 参 数 柔 性 调 节 以 及 高 可 靠 性 的 优 点 ，但 同 时 也 具 有 响 应 频 率 低 的 缺 点 。 为 提 髙 电 液 可 变 气 门 动 态 响 应 频 率 等 性 能 ，一种新型 的 基 于 高 速 开 关 阀 电 液 可 变 气 门 方 案 被 提 出 。本文的结构 安 排 如 下 ：首 先 对 基 于 高 速 开 关 阀 的 新 型 可 变 气 门 系 统 的 结 构 和 工 作 原 理 进 行 详 细 介 绍 ；其 次 ，详细阐述该系统非 线 性 数 学 模型的建立，通 过 AMES i m 仿真模型分析关键结构 因 素 对 该 系 统 动 态 性 能 的 影 响 规 律 ；最 后 ，介绍提髙系统 动态性能的相关工作。 1 新型可变气门系统的结构和工作原理 一种基于高速开关阀的新型可变气门系统的原理图， 如 图 1 所 示 。从 图 1 可以 看 出 ，该系统由一个比例溢流阀、 油 箱 、齿 轮 泵 、髙 速 开 关 阀 、 电机、单 出 杆 液 压 缸 以 及 复 位弹簧和气门等部件组成。 为 提 高 电 液 可 变 气 门 系 统 的 动 态 响 应 ，需要较大的瞬 时 流 量 作 用 于 快 速 驱 动 气 门 。为 实 现 瞬 时 大 流 量 液 压 油 源 通 断 控 制 ，该 系 统 需 要 一 种 髙 速 大 流 量 开 关 阀 。 由于液压 阀的髙速响应与大流量相互矛盾， 研制了一种新型无弹簧、 动 压 复 位 开 关 阀 。该 阀 具 有 低 成 本 、响 应 频 率 高 的 特 点 ， 结构 原 理 图 如 图 2 所 示 。 可 以看出， 该阀是一个三通开关阀， 快速开启通过电磁铁推力实现；由于该阀内没有复位弹簧， 快 速 复 位 通 过 出 口 八 在 ^ 控 制 腔 建 立 动 态 压 力 实 现 ； 阀芯 的 最 大 工 作 行 程 为 1.4m m 。上述三个特点决定了该阀具有很
可变气门系统的研究与发展
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凸轮驱动可变气门系统 这类系统通过对凸轮轴传动、 摇臂比、 顶柱或正
作者简介：陈勤学 （’23, * ） ， 男， 湖北省武汉市人， 博士研究生， 研究方向为柴油机电子控制 (
万方数据
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车
用
发
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机
:;;: 年第 ? 期
［7 8 9］ 轮轴调相机构， 原理大致相同 。它们通过在正
图:
5)-6 公司可变气门正时机构
时皮带轮 （或链轮） 与凸轮轴内轴之间设置一环形柱 塞， 凸轮轴内轴与环形柱塞之间以直键或花键传动； 在液压或电子控制下改变正时皮带轮与凸轮轴内轴 之间 的 相 对 相 位， 使 气 门 配 气 相 位 改 变。图 : 为 — 公司的可变气门正时系统 原 理 图， 1)23)4), 5)-6 由电子控制， 这一系统已用于 &’%4,.)2 7;;< 系列的 7 < => 发动机。 另外一种典型的凸轮轴调相机构是通过谐波传
压的发动机中， 当输出功率比较高时， 适当推迟或提 前进气门关闭定时可降低压缩比， 降低发动机的机 械负荷和热负荷； 在部分负荷和低负荷及起动工况 下， 适当提高其压缩比， 以得到较好的经济性和起动 性能， 使其性能在全工况范围内进行优化。 气门启闭时刻可调使得发动机在不同工况下均 可充分利用气流动力现象， 改善进气过程。 在部分负荷时， 利用气门正时可调适当减小或 增大气门重叠角， 改变废 气 存 留 量， 可 减 少 -. 或 排放。 /0 ! 由于气门的升程可变， 在发动机低转速时， 适当 减小气门的升程， 可使进气气流通过气门时流速增 大， 增加缸内气体的扰动， 使燃烧速率加快， 提高怠 速的稳定性； 在高负荷下适当增大气门升程， 减小气 门的节流损失， 可提高发动机的容积效率， 有利于提 高燃油的经济性。 展状况。 世界各国多年来开发了多种可变气门系统 （机 构） ， 有些系统部分实现了上述功能， 有的只能对个 别参数进行调整。只有少量结构简单、 成本较低的 用于实机上， 大多数可变气门机构由于成本较高， 或 者可靠性的问题， 只限于专利形式或者只进行了仿 真研究。
可变气门工作原理图解说明
可变气门工作原理图解说明
可变气门是一种在内燃机中使用的技术，它能够根据发动机负荷和转速的不同，调整气门的开启时间和开启程度，从而优化燃烧室内的气流和燃烧过程，提高发动机的性能和燃烧效率。
可变气门通常由凸轮轴、凸轮、气门、控制系统等部件组成。
以下是可变气门的工作原理图解说明：
1. 弹性元件部分：气门和弹簧连接在一起，并通过弹簧固定在气门座上。
弹簧的弹力使得气门关闭，确保气门的正常工作。
2. 可变凸轮部分：可变凸轮位于凸轮轴上，它的形状和角度可以根据发动机负荷和转速的不同进行调整。
通过控制系统控制，可变凸轮可以提前或推迟气门的开启时间和开启程度。
3. 液压控制部分：可变凸轮上装有一个液压控制装置，通过这个装置可以调整可变凸轮的角度。
液压控制装置一般由油路系统和调节阀组成。
4. 控制系统部分：控制系统通过传感器和计算机来获取发动机负荷和转速的信息，并根据这些信息控制液压控制装置的工作，从而实现凸轮的旋转和调整。
5. 工作过程：当发动机工作时，控制系统根据发动机的工况信息计算出合适的凸轮角度，并通过液压控制装置将凸轮调整到正确的位置。
然后，可变凸轮带动气门进行开启和关闭，实现进气和排气的过程。
通过调整凸轮角度和气门开启时间，可变气门可以在不同工况下提供更优化的气流和燃烧过程，从而提高发动机的性能和燃烧效率。
这种技术的应用使得发动机更加环保和高效。
可变气门tuan
可变气门正时的结构包括下列部件1、两个叶片调节器调节进气凸轮轴的叶片调节器被直接安装在进气凸轮轴上。
它根据发动机控制单元的信号调节进气凸轮轴。
调节排气凸轮轴的叶片调节器被直接安装在排气凸轮轴上。
它根据发动机控制单元的信号调节排气凸轮轴。
两个叶片调节器都是由液压操控的并且通过控制外壳与发动机的机油系统连接。
2、图示说明的是V5和V6发动机上可变气门的布置。
可变气门正时的功能对可变正时气门的控制是通过发动机控制单元实现的。
要调节凸轮轴，需要具有发动机转速、发动机负载和发动机温度以及曲轴和凸轮轴位置的信息。
要调节凸轮轴，发动机控制单元驱动电磁阀N205和N318。
随之，它们打开控制外壳中的机油通道。
这样发动机机油就流经控制外壳和凸轮轴，然后流入叶片调节器。
叶片调节器旋转并且根据发动机控制单元的要求调节凸轮轴。
本部分将更详细地讲解凸轮轴的调节。
以下几页的主题是：零件、结构和功能。
进气凸轮轴的调节在整个发动机转速范围内，进气凸轮轴都由发动机控制单元调节。
最大调节值为52º曲轴转角。
调节取决于存储在发动机控制单元中的调节曲线图。
进气凸轮轴叶片调节器的结构调节机械装置包含下列部件：带外转子的外壳（直接与正时链条连接）；内转子（直接与凸轮轴连接）叶片调节器图进气凸轮轴调节凸轮轴提前的工作原理就废气再循环和增加扭矩而言，进气凸轮轴被设置成“进气门在上止点之前打开”的位置上。
要改变位置，发动机控制单元驱动进气凸轮轴正时调节阀1（N205）。
当气门被驱动时，它就使得控制活塞运动。
在控制外壳中，正时提前的机油通道根据调节的程度被打开。
结果，处于压力状态下的发动机机油就流经控制外壳流入凸轮轴的环形通道中。
之后，机油就经凸轮轴表面的5个钻孔流入叶片调节器的5个提前储油室中。
在那里，机油推动内转子的叶片。
内转子作相对外转子（和曲轴）的旋转，并与凸轮轴一起旋转。
结果，凸轮轴沿着曲轴旋转的方向继续旋转并且使得进气门较早打开。