[发明专利]柴油机液压式自适应气门正时可变系统与控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机液压式自适应气门正时可变系统与控制方法。

背景技术

传统的活塞式四冲程发动机普遍采用机械式凸轮轴驱动进气门和排气门的配气机构。气门的运动通过曲轴与凸轮轴，凸轮轴与各气门之间的机械传动来控制定时。长期以来，这种机械式机构被证明是简单、有效和可靠的，并且费用相对低廉。然而，这种气门机构开启时间和相位等参数是固定不变的，无法在发动机运行中进行调节，不能在不同运行工况下改变正时，发动机性能潜力不能得到充分发挥。现代先进内燃机燃烧过程需要对气门的开启和关闭定时以及升程进行调整，汽油机广泛应用的基于机械和电液控制的VVT系统是最典型的代表。但在柴油机上，特别是重型柴油机上由于机构复杂，调整装置受力强度大，在工程上可用的气门调整机构鲜见报道。20世纪80年代以来，能源和环境问题日益突出，社会对燃油的经济性和有害排放物的要求日益严格，如何改善发动机的性能、提高热效率和减少有害排放越来越受到关注，开发可工程应用的气门正时可变机构成为现代柴油机开发的关键技术。

配气相位和时间直接影响着发动机的进排气性能，对燃烧过程的优劣起着至关重要的作用。配气相位和时间的选择要考虑到发动机的高速功率、低速扭矩、怠速油耗、部分负荷下的燃油经济性、低速平稳性和废气排放等问题。为了获得较好的发动机性能，配气相位应随着转速和负荷的变化而变化。发动机在高速和大负荷下需要较大的气门重叠角和较晚的进气门关闭角，以便得到较高的功率输出；反之，在怠速和低速小负荷下则需要较早的进气门关闭角和较小的气门重叠角，以便得到较好的怠速平稳性和废气排放性能。

随着发动机工作者对减少发动机有害物排放和提高发动机工作效率的努力，出现了废气再循环(EGR)和后处理技术，然而伴随着发动机有害排放物的减少，却导致了发动机效率的降低，而当采用高增压压力时可能导致发动机最高爆发压力过高。可变配气技术可以通过改变气门开启关闭时刻实现米勒循环，在发动机运行的一定工况下，可以利用延迟进气门关闭的时间，使一部分已经进入气缸的气体重新进入进气歧管，并在涡轮增压的作用下保持一定的气压，发动机的进气效率可以大大增加并降低泵吸损失。这样就造成了实际压缩比降低，膨胀比大于压缩比，提高效率并减小发动机工作的最高爆发压力。

与固定配气相位相比，可变配气相位则可以在发动机不同工作范围内的转速和负荷下，提供可变的气门开启、关闭时刻或升程，从而改善发动机进、排气性能，较好的满足发动机在高转速与低转速、大负荷与小负荷时动力性、经济性、废气排放的要求，整体提高发动机综合性能。为了进一步提高发动机的动力性和降低有害物的排放，往往需要重新组织其燃烧过程，而在新组织的燃烧过程当中，需要适时调整进、排气量和气门关闭的相位，方能达到最优的燃烧过程，实现高效、清洁的燃烧。现代高科技的发展已将汽车发动机的节能、增效、低排放作为“节能-高效-环保”一体化课题进行综合研究和技术开发。配气相位固定不变的限制已越来越显得不适应时代要求，为此，可变气门技术已成为汽车发动机研究重点方向之一。

可变配气技术由于自身的优点，日益受到人们的重视，国外研究机构进行了大量的研究，出现了很多种可变气门驱动机构，有些系统实现了气门参数可变的功能，但只有少数结构简单、成本较低的机构实现了产品化，大多数可变气门驱动机构由于成本较高或者可靠性的问题，仅处于实验阶段。现有产品中的可变配气机构以改变凸轮轴的相位为主要方式，对原发动机的改动都比较大，多见于小功率汽油机。由于大功率柴油机进排气凸轮轴分为“顶置”和“侧底置”两种，由于“侧底置”凸轮轴使发动机结构简单，制造成本低，目前，应用十分广泛，通常它的进排气门由同一凸轮轴驱动，很难使进排气门分别进行调整，所以大功率柴油机的可变气门技术有待开发。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种柴油机液压式自适应气门正时可变系统与控制方法，是针对市场上普遍保有的侧底置凸轮轴柴油发动机提出的一种可以快速实现气门正时可变的机构及其实现方式。