[发明专利]一种用于6缸内燃机的模块化多功能可变气门驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于6缸内燃机的模块化多功能可变气门驱动系统，属于可实现内燃机可变气门的驱动系统。

背景技术

随着世界经济的快速发展，能源与环境的问题已成为影响经济可持续发展的重要问题。内燃机作为目前世界上应用最为广泛的动力机械，每年消耗着大量的燃油，并且排出大量的有害气体与微粒，内燃机节能减排工作刻不容缓。可变气门技术因其在改善内燃机性能方面的潜力，受到了国内外内燃机研究机构与企业的广泛关注。除此以外，随着内燃机保有量的急剧增加，每年因交通事故造成的人民生命与财产损失逐年增加，车辆安全性越来越受到人们的重视，越来越多的国家将辅助制动系统列为车辆必备附件之一。然而目前电涡流缓速模块、液力缓速模块等辅助制动系统大多存在运行过程中制动部件容易过热、制动效率降低过快、制动能力可控程度低、制动时车辆容易跑偏、制动系统占用有限的车辆空间等问题。发动机辅助制动系统能够很好地避免这些问题。目前的发动机辅助制动系统中，720°CA/循环的减压式辅助制动系统的制动效率最高，但是，该系统仍然存在制动功率较小的问题。日益迫切的节能减排和车辆安全性需求推动气门驱动系统向循环间、气缸间、气门运行参数（气门开启正时、最大升程、开启持续期）间独立可调，即向全可变气门驱动系统的方向发展。针对以上问题，一套同时满足内燃机720°CA/循环的驱动模式和360°CA/循环的压气机式制动模式的可变气门驱动系统的开发迫在眉睫。

目前，实用化了的可变气门驱动系统大多保留了配气凸轮，采用机械式结构，主要分为：1）凸轮轴调相式，如TOYOTA的VVT系统、BMW的Vanos系统等；2）分阶段可变气门升程式，如Honda的VTEC系统等；3）连续可变气门升程式，如BMW的Valvetronic系统、Hyundai的CVVL系统等。这类系统通过控制中间传动机构，调节内燃机各缸气门的启闭正时和/或最大行程。

较有凸轮可变气门驱动系统而言，无凸轮系统可实现更加灵活的气门事件，同时结构复杂，成本昂贵，并且需要在可靠性、耐用性和气门热膨胀补偿控制等方面进行更加深入的研究。这类系统主要包括电磁式和电液式两类。电磁式系统在运动精确控制、气门升程可调程度等方面有待进一步改善。较机械式和电磁式系统而言，电液式系统具有相对更高的气门可调灵活度、更高的功率密度、布置灵活等特点，是目前最具潜力的可变气门驱动系统。该系统主要包括共轨供油式和凸轮供油式两大类。

共轨供油式系统取消了配气凸轮，通过控制电磁阀的启闭状态和蓄能器内驱动油的压力，调节气门的启闭正时和最大行程。Ford公司、Lucas公司等对此进行过研究，仍需在系统成本、响应速度、占用空间等方面进行深入的研究。随着内燃机缸数、单缸气门数以及转速的增加，该系统还存在：1）共轨管体积庞大、空间布置困难的问题；2）系统中所使用的高速大流量电磁阀的数量过多，以及由目前电磁阀材料与加工工艺决定的电磁阀成本较高，因此，该系统的整体成本较高。这些问题造成了传统共轨供油式电液可变气门驱动系统实用化较为困难。

通过综合机械式和共轨供油式系统的优势，凸轮供油式系统受到了研究人员和生产厂商的广泛关注，如Fiat的Multiair系统、ABB的VCM系统等。这类系统采用凸轮-柱塞式供油器来取代蓄能器，占用空间小，可实现气门的启闭正时和行程三者之间的同步调节。仍需要在以下两个方面加以改进：第一，系统所需供油器和电磁阀的数量较多，系统整体成本偏高；第二，气门运行可调范围受到供油和控制装置的限制，无法实现气门启闭正时和行程三者之间的独立调节，也实现不了内燃机辅助制动模式要求的360°CA/循环的气门运行过程等。

针对凸轮供油式系统的这些问题，出现了一种凸轮供油式电液气门驱动系统，该系统采用凸轮-柱塞供油的方式，因其取消共轨管，并且减少了供油器的数量，系统空间布置容易。然而，该系统仍存在以下两个问题有待解决：1）系统所需电磁阀的数量过多、系统成本较高的问题；2）气门驱动可调范围受到凸轮-柱塞供油器供油规律的限制，无法实现排气门二次开启事件、无法实现将720°CA/循环的内燃机变为360°CA/循环的压气机式制动模式所要求的可变气门事件等，这些限制了该系统的功能拓展。