汽车论文汽车发动机可变气门正时系统
发布时间：2016-03-21
本篇汽车论文探讨汽车发动机可变气门正时系统，我们要想更好地对汽车发动机的燃油排放性与经济性加以控制，就必须要对可变气门正时系统加以探讨研究，来将正时系统进行合理的分类，通过模型的计算来对各项参数进行有效的研究，从而更好地提高汽车发动机的经济性与动力性，并进一步降低燃油的排放量。
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在进行汽车可变气门驱动机构设计事，要求其必须要符合下面几个要求：
1、气门结构简单，具有较高的可靠性。
2、气门正时与升程必须要灵活可变。
3、要求其必须能够在发动机上进行方便的安装处理。
因此，我们根据以上要求，结合试验柴油机缸盖结构的实际特点，将气门驱动机构中的气门与发动机凸轮之间加入了一套液压机构，并确保该液压机构的驱动活塞能够在高压油的驱动下进行位移变化，从而进一步改变气门的升程，其中，驱动活塞的最大位移通常需要受到压紧螺母的限制作用。
一、汽车可变气门系统的工作原理
一般来说，汽车可变气门系统是由气门驱动机构、控制系统和液压系统这三个部分组成的。其中，气门驱动机构主要负责对气门开启与关闭的控制工作，并进一步在控制系统的作用下来对气门升程和启闭相位进行合理的调节;液压系统则主要为气门驱动机构提供动力;而控制系统则主要根据发动机的实际运行工况，来对电磁阀的打开与关闭进行有效的控制工作。其中，电控液压的可变液压系统工作又被分为两种模式：其中一种模式中的电磁阀始终处于关闭状态，使得液压油不能进入到驱动活塞中与液压缸形成的液压腔，且驱动活塞上端面紧贴液压缸体，气门受到凸轮的驱动，气门升程与正时都是通过凸轮来决定。另一种模式电磁阀在电控单元的控制下打开与关闭，控制液压油按要求进入和流出液压腔，气门升程与正时改变。
二、汽车可变气门系统正时系统的分类
(一)带有凸轮轴的可变气门正时系统
在汽车的发动机上，有凸轮轴气门可变驱动机构通常都是按照两种不同的原理来进行工作的，且其往往可以通过两种形式来进行展示。其中，最常见的也是最关键的一种，就是凸轮和凸轮轴可变系统，其往往需要由凸轮轴或者凸轮的变换来改变配气相位和气门升程。在发动机运行期间，这种系统使凸轮轴与曲轴有相对运动关系，可以在保持怠速特性的情况下提高满负荷性能。第二种指的是气门挺杆可变系统，在该系统中，可变气门在进行实际的工作时，其凸轮轴和凸轮不会发生变动，而其内部的摇臂、气门挺杆或者拉杆则会凭借液压力或者机械力的作用来发生相应的改变，并进一步使得气门的升程与配气相位发生变化。从而通过在具有不同凸轮型线的凸轮摇换，来帮助我们进一步实现气门正时的变化。
(二)没有凸轮轴的可变气门正时系统
就目前的实际噶站情况来看，绝大部分的汽车发动机是通过运用机械式气门系统，来进行进、排气门的实际操作的，其中气门运动往往是铜鼓曲轴的旋转作用来进行定时的。其中，定时机构通常是由凸轮轴和曲轴之间以及气门和凸轮轴之间的各项机械联接来组成的。虽然说该种驱动形式具有较高的可靠性与有效性，但是由于其不能进行正时的改变，且不能对进气上下行程和延续时间加以控制，由于其必须要满足小于最大输出扭矩时的需要而采取的进气节流措施，同时也使发动机效率大大降低，导致火花点火发动机的燃油效率明显降低。因此，为了能够更好的对上述问题加以解决，研究人员便提出了相应的方案：我们可以在各种速度/负荷情况下，来将风门保持全开的状态，并进一步利用电流来对无凸轮气门系统加以控制并对进气门运动进行优化处理，从而有效的控制缸内气流，这项技术达到实用水平。
三、汽车可变气门系统正时系统的模型计算
为了能够对汽车可变气门系统中各个参数对气门的运动规律的影响情况进行分析与研究，我们将可变气门系统正时系统进行模块化处理，来根据各个模块的实际物理意义，为其建立其相应的计算方程。
(一)系统油孔流量方程
系统中电磁阀的油口以及液压缸体的进油孔和外壳的油孔均按照短孔处理，其计算公式如下：
(1)式中，Q 表示流过小孔的流量，C 表示小孔v的流量系数，A 为小孔流通截面积，Δp 表示孔两v侧压差， ρ表示液压油密度。
(二)液压缸油液连续性方程
液压缸体与驱动活塞所封闭的液压腔当作集中容积处理。集中容积的压力变化由液压腔容积的变化、流入流出液压腔液压油流量及液压油可压缩性三个因素引起。根据流体连续性方程有：
(2)式中，Qin Qout Qxiel分别表示流入流出液压腔和泄露的流量，V 表示液压腔体积， β表示液压油可压缩系数，p 表示液压腔内压力，t 表示时间，A 表示活塞截面积，x 表示活塞位移。
(三)气门运动方程
气门在凸轮和液压缸双重驱动下运动，其运动方程如下：
(3)式中，p为液压缸内压力，A为液压活塞截面积，m为气门和活塞总质量，c为速度阻尼系数，k为气门弹簧刚度，x为气门弹簧预压缩量。
四、汽车可变气门系统正时系统的参数研究
(一)驱动活塞直径对附加升程的影响
为不同驱动活塞对气门附加升程开启和关闭耗时的影响，驱动活塞增大，附加升程开启与关闭的耗时都持续增加。因为驱动活塞增大后，附加升程全开时液压腔的容积越大，进油过程和卸油过程都需要更多的时间。在设计驱动活塞直径时，除了考虑附加升程开启与关闭速度外，还要考虑试验柴油机空间大小，驱动活塞直径越大，机构体积变大，安装不便。
(二)进油孔直径对附加升程的影响
由于液压油路中存在局部节流损失和沿程损失，所以液压腔与蓄能器之间存在一定的压力差。在附加升程开启阶段，液压腔压力越大，说明压力损失越小;在附加升程关闭阶段，液压腔压力越小，液压油流动阻力越小，卸油越流畅。气门驱动机构的进油孔孔径d很小，在液压油流经进油孔时有明显的节流损失，会对进油和卸油过程造成明显影响，从而影响附加升程的响应。不同进油孔直径d对附加升程开启阶段和关闭阶段液压腔压力的影响。随着进油孔直径d不断增大，进油阶段液压腔压力增大，而卸油阶段的液压腔压力减小，说明进油孔直径d增大，液压油流经进油孔的压力损失减小。
(三)气门弹簧刚度对附加升程的影响
气门弹簧力是气门关闭过程中的动力来源，气门弹簧刚度的改变会直接影响到气门弹簧力的大小。定义可变气门系统的气门弹簧刚度k与原机1气门弹簧刚度k 的比值为n，弹簧刚度比值0n对气门升程的影响，弹簧刚度比值n对气门附加升程开启耗时和关闭耗时的影响。在附加升程开启阶段，随弹簧刚度增大，附加升程开启耗时略有增加。在附加升程的关闭过程中，弹簧刚度越大，相同压缩量的弹簧力越大，卸油动力越大，所以气门附加升程关闭耗时越小，所以增加气门弹簧刚度有利于增加气门附加升程关闭响应。
