[发明专利]一种锁定式多模式可变气门驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种锁定式多模式可变气门驱动系统，属于发动机气门驱动领域。

背景技术

随着能源和环境问题的日益严重，以及人们对车辆的驾驶性和安全性的专注，未来发动机需要在满足排放指标的前提下，综合考虑动力性、经济性、排放性和安全性。这就需要在驱动和制动全工况范围内，优化发动机性能。而目前备受关注的可变气门、可变冲程数、停缸、辅助制动、新型燃烧方式、可变压缩比、可变EGR等技术大多只在发动机小范围运行工况区域内对其性能进行改善。如现有可变气门技术只应用于在固定冲程数发动机的驱动工况下，并且大多用于汽油机的进气门来降低泵气损失。可变冲程数技术在国内外尚处于研究阶段，并且只用于驱动工况下。现有具有停缸技术的车型只能提供停缸功能，因此，对油耗改善程度偏低，大多只能获得5％左右的油耗降低。另一方面，随着发动机保有量的急剧增加，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的附件之一。然而目前辅助制动系统大多存在制动部件长时间工作容易过热、制动效率快速降低、制动效率可控程度低、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。在目前发动机辅助制动技术中，减压辅助制动技术的制动效果最好，它是在进排气门运行情况不变的基础上，在压缩上止点附近以较小开度开启排气门或者减压阀来实现减压制动效果，发动机每720°曲轴转角实现一次制动循环，属于四冲程制动，其制动效果无法满足车辆大负载制动时的要求。

针对上述发动机研究领域的问题，大连理工大学发动机研究所燃烧课题组基于在驱动制动全工况范围内分区优化发动机性能的思想，提出一种多模式发动机，并且给出各种模式的应用工况以及对气门启闭时刻的要求：在低速大负荷的驱动工况下，采用二冲程驱动模式，以达到提高动力输出的目的；在其他发动机驱动工况下，采用四冲程驱动模式，以达到降低燃油消耗和排放物生成的目的；在大负载制动工况下，采用二冲程制动模式，以达到提高制动功率输出的目的；在小负载制动工况下，采用四冲程制动模式，根据制动负载的要求，改变制动模式的冲程数来调节制动输出，以达到提高车辆安全性的目的。

目前，实用化了的可变气门驱动系统大多保留了配气凸轮，大多采用机械式结构，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来实现发动机各缸气门的启闭正时和最大行程三者的同步调节。

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，未来仍需在系统成本、响应速度、占用空间等方面进行深入的研究。随着发动机缸数、单缸气门数以及转速的增加，该系统还存在：a)共轨管体积庞大空间布置困难的问题；b)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系统车用化较为困难，这类系统广泛应用于低速船用二冲程发动机的排气门上。

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的独立调节，启闭正时决定和行程。这类系统仍需要在以下两个方面加以改进：a)系统所需供油器和电磁阀的数量较多，系统整体成本偏高；b)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，也实现不了发动机二冲程驱动模式和二冲程制动模式要求的360℃A/循环的气门运行过程等。