可变气门机构技术的发展与动向

可变气门机构现已几乎成为车用汽油机的标准配置，对提高发动机效率及降低发动机排放正在发挥较大的作用。介绍了可变气门机构的种类及结构，并较为详细地描述了可变气门机构的发展过程和采用的新技术，以及在不同时期对提高发动机性能所作出的贡献，也阐述了可变气门机构技术未来的发展动向。     

AcuraRLX轿车用新型V63．5L汽油机的开发

本田公司应用最新的动力总成技术“地球梦科技”,开发了1款3．5I。V6汽油机。该发动机的总体设计目标是降低二氧化碳排放,并向客户提供驾驶乐趣。“地球梦科技”的理念旨在降低排放的同时改善燃油经济性。为达到这一目标,并为用户提供驾驶乐趣,采用了三级可变气门正时及升程电控技术和可变气缸管理系统。将这种配气机构技术与缸内直接喷射技术相结合,可提升3．3％的功率,并降低燃油耗20％。为满足中型豪华轿车对噪声及振动水平的要求,开发了新型发动机悬置系统,以改善3缸运行模式的发动机振动。阐述了带可变气缸管理系统及缸内直接喷射系统的三级可变气门正时及升程电控技术、减摩技术,以及新型发动机悬置系统的结构及优势。     

带有可变气门正时和升程的新一代V8发动机的开发

介绍了为Infiniti FX50车开发的新款5．0L V8发动机VK50VE。VK50VE发动机配备了能够对气门正时和升程进行连续控制的机构,即可变气门正时和升程（VVEL）机构,以及对进、排气凸轮轴都能控制的液力可变气门正时控制系统,即双可变气门正时控制（D—VTC）系统。与之前用于FX45车的VK45DE发动机相比,这款新型发动机能够在节气门全开时获得较高的动力性,同时提供更佳的燃油经济性。另外,通过VVEL和D-VTC优化气门正时,这款发动机的排放性能较之VK45DE也有所改善。介绍了VK50VE发动机的技术特点,以及新近为改善带有VVEL和D-VTC系统的废动机性能而开发的控制技术．     

2．0L涡轮增压进气道喷射与缸内直接喷射汽油机应用无节气门负荷控制策略的对比研究

对1台2．0L涡轮增压进气道喷射汽油机和1台对比用的2．0L涡轮增压缸内直接喷射汽油机进行了台架试验研究,这2台汽油机都采用全机械式连续可变气门升程技术的无节气门负荷控制策略。对比中使用的基础发动机是不带连续可变气门升程机构的缸内直接喷射涡轮增压汽油机。运行试验重点是研究部分负荷时的燃油耗及全负荷时的低速最大扭矩。在这2种发动机运行模式下,采用连续可变气门升程机构后,发动机性能比无连续可变气门升程机构的涡轮增压发动机更好。这是因为更好的涡轮增压器响应优化了扭矩特性。带连续可变气门升程机构的涡轮增压进气道喷射发动机的扭矩与涡轮增压直接喷射的基础发动机相当,但低速状态下扭矩比基础发动机更好。涡轮增压连续可变气门升程缸内直接喷射汽油机在全负荷低速状态下能获得最大扭矩。涡轮增压连续可变气门升程进气道喷射汽油机在降低燃油耗方面具有更大的潜力。     

新开发的4B11型涡轮增压发动机

介绍日本三菱汽车公司新开发的、配装于Lancer Evolution X车上的直列4缸涡轮发动机。这款新开发的4811型涡轮发动机（2．0L）经改用铝制压铸机体和直动式配气系统之后，重量减轻12．5kg，并采用进、排气侧均可变正时的三菱可变正时气门机构MIVEC^TM，通过在全部运行区域设定最佳气门正时，实现了提高性能、降低燃油耗及排放的目标。进而，通过降低进、排气系统的压力损失，并重新设定涡轮增压器的规格，大幅度提高了低、中速扭矩及响应性。同时，还考虑到环保要求，采用了高性能金属催化器等，由此达到比2005年排放标准降低50%排放的水平。     

具备相位可变功能的机械式连续可变气门机构的开发

已开发出可广泛应用于车用发动机的新型气门相位及升程／持续角连续可变机构。新机构可在发动机运行过程中同时、连续改变气门相位和升程,以及气门开启持续角。多体动力学模拟定向研究预测到在初始设计阶段没有预见的问题,在未经试验的情况下改善了该机构的性能。单缸机气缸盖上的原型机成功运转至发动机转速7000r／min,达到了目标发动机转速范围。介绍该新型机构的开发过程及设计方案。     

多重链路连续可变气门动作和升程系统的研究

应用多重链路机构开发出一种新型可变气门动作和升程（VVEL）系统。该系统可在从极小动作角和升程到较大动作角和升程的宽广范围内连续改变气门的配气正时角和升程。这种能力具有改善燃油经济性、功率输出、排放和发动机其他性能参数的潜力。采用VVEL系统获得的气门升程特性包括多重链路机构的摆动运动特性和摆动凸轮轮廓。采用多重链路机构,摆动凸轮的角速度在气门升高期间发生变化,但气门升程特性包括缓慢倾斜上升区段和急剧升高区段2个部分,这与常规发动机相同。根据系统基本原理概念模型和样机系统验证的模拟仿真数据,描述了多重链路VVEL系统的机械特性和所获得的性能水平。     

大功率柴油机和气体机可变气门技术

针对大功率发动机和燃气机,为提高进气控制的灵活性ABB涡轮增压系统有限公司提出了一种新型可变气门正时系统.介绍了这种可变气门正时系统的设计、试验和市场应用潜力的预期.     

环保型中速柴油机

在世界范围内对中速柴油机的减排法规趋于严格，因此，Caterpillar Motoren公司在2000年制定了所谓ACERT规划。通过缸内技术，降低了NOx和碳烟的排放量。本文将提供有关稳定状态或过渡工况下的减排结果。为改进排放性能，使用一台6M20型柴油机，对基本结构进行了调节，从而使排放值比现有的MARPOL73／78AnnexⅥ法规的NOx排放限值低30％。该柴油机配有可变的共轨喷射系统和一套可变的气门驱动机构，这可使燃油和空气系统的性能在很宽的范围内变化。开发目标是降低碳烟排放而又不延长加负荷时的加速时间。喷射系统的进油定时和供油规律对碳烟排放有很大影响。在这一方面，为产生更高的增压压力而对关闭Miller循环的时机选择和对喷油系统的调整起到很大作用。     

Audi公司新一代1．8L增压燃油分层喷射汽油机（第1部分）——基础发动机及其热管理

Audi公司已成功将EA888型4缸汽油机系列的第3代机型,即1．8L增压燃油分层喷射汽油机投放市场。鉴于日趋严格的二氧化碳排放限值和未来的欧6排放标准,对该机型进行了全面改进,应用了众多的创新技术（例如,集成在气缸盖中的整体式废气冷却）,使用了缸内直接喷射和进气道喷射的双重喷油系统,以及采用双凸轮轴相位调节器的可变气门机构（Audi可变气门升程机构）。同时,运用新颖的全电动冷却液调节,使实施创新的热管理成为可能。介绍了这种新一代汽油机的基础发动机及其热管理。     

日产汽车公司新5．6L V8汽油机的开发

为了满足人们对更清洁汽车、更好燃油经济性和更佳发动机性能日益增长的需求,日产汽车公司开发了新VK56VD型汽油机。这款5.6LV8汽油机将被用于新InfinitiM56运动型豪华轿车。为了提高功率和效率,同时减少发动机对环境的影响,该汽油机采用气门动作和升程连续可变、汽油直接喷射等关键技术。介绍了VK56VD型汽油机的细节,以及所用技术的亮点和开发措施。     

采用全可变气门机构的BMW公司V8双涡轮增压直接喷射汽油机

2012年6月,BMW公司将采用双涡轮增压技术的新型V8汽油机推向市场,该发动机采用汽油缸内直接喷射、Valvetronic全可变气门机构和双涡轮增压等先进技术,其主要开发目标是明显降低燃油耗和适度提高功率,同时推出4．0L机型,并且与BMWM公司采用相同基础发动机的新型BMWM5直接喷射汽油机具有较高的零部件通用率。新型V8汽油机首次同时配装于BMW公司新型6系GranCoup6轿车、5系GranTurismo轿车,以及6系和改进版7系轿车。     

连续可变气门升程汽油机的管理系统

连续可变气门升程汽油机可按发动机转速优化气门升程和凸轮相位,以减小泵气损失,改善燃油耗和提高最大扭矩。为低燃油耗高功率发动机开发了一种能兼顾驱动性和低排放的新型控制系统。通过选用主从控制的新颖吸入空气管理系统可达到较低的燃油耗和良好的驱动性。为控制怠速,设计了新的、具有协同控制的二自由度滑模算法的控制器。该控制器可改善怠速稳定性,实现较低的怠速转速。为减少冷起动工况下的排放,开发了I—P控制与滑模控制算法相结合的点火定时控制系统。这样可使发动机转速平稳地达到目标值并促进催化转化器的激活。为减小各气缸间空燃比不一致的影响,利用具有扩展乎d调制算法的滑模控制机理,设计了一种新的优化控制器。通过将此控制器用于二次氧反馈,可精确控制催化器后氧传感器的输出,改善催化转化效率。利用这些新技术,可同时实现低的排放和好的驱动性,而不影响连续可变气门升程发动机独特的低燃油耗和高输出的优势。     

Hyundai—Kia公司新型1．0L3缸汽油机

新型Kappa（x）1．0L汽油机配装在Hyundaii10型轿车和KiaPicanto轿车上,Hyundai—Kia公司将1款3缸汽油机与现代技术相结合,首次在这一排量等级的汽油机上采用可变气门机构。新型汽油机采用了可变进气歧管,功率可达到60kw,最大扭矩达到了94N·m。除汽油机外,还介绍了一种燃用汽油和液化石油气的双燃料机型,而乙醇发动机目前正处于开发阶段。     

Hyundai汽车公司连续可变气门升程汽油机的开发

开发了一种采用连续可变气门升程（CVVL）机构的汽油机。这一CVVL机构是韩国Hyundai汽车公司设计的，其特点是结构紧凑。CVVL汽油机的高度没有增加，因而可与基本型汽油机使用相同的车辆罩盖型线。基本型汽油机不采用CVVL技术，除气门系统外，其他发动机规格均相同。CVVL机构基于6杆机构设计，虽然在气门升程相同时，CVVL汽油机气门机构的摩擦高于基本型汽油机，但与Hyundai汽车公司生产的其他汽油机相比仍具有竞争力。与基本型汽油机相比，CVVL汽油机的燃油耗减少了5％以上，这主要得益于泵气损失和摩擦的减小。6杆机构具有较低的气门开启持续期一升程比，这对减小泵气损失有很大益处。新开发的CVVL机构拥有良好的动力学特性，并且气门升程曲线随发动机转速的变动最小，在标定转速相同的情况下，与基本型汽油机相比，CVVL汽油机的最大功率增加3％以上。CVVL汽油机在采用延迟点火冷起动之后的怠速运转很稳定，而延迟点火确保了催化剂快速加热。     

Opel公司新型1．0L涡轮增压直接喷射汽油机

Opel公司开发了一种新型1．0L涡轮增斥直接喷射汽油机,其功率为85kw。当发动机转速为1800～4700r／min时,扭矩可达到166N·m。12气门的1．0L火花点燃直接喷射汽油机是1．6L以下排量的3缸、4缸汽油机型谱中首款模块化发动机。该发动机运用了火花点燃直接喷射技术、可变气门控制机构,以及铝合金机体。据研发人员称,新型发动机的运行噪声比同类3缸机的低,甚至比4缸机的低。     

采用两级可变压缩比系统提高车用汽油机的效率

发动机小型化与涡轮增压相结合是目前实现汽油机二氧化碳减排目标的主要技术措施之一。发动机小型化具有众所周知的优点．但其缺点是在高负荷时易发生爆震,并且需要通过提高增压度来补偿功率的下降,所以必须采取降低发动机压缩比的措施。另外,部分负荷时的增压压力升高会导致其效率变差。采用两级可变压缩比（VCR）系统可以弥补上述缺点。动力长度可变的两级VCR系统可以采用长度可变的传动部件来代替传统的传动部件,因此,只需对现有的发动机结构作较小的改动。在过去几年中,研究人员一直在研发这种长度可变的连杆系统。根据目前的发展状态。详细阐述该系统的工作原理和特性,对各种压缩比的范围和驱动转速的考虑进行详细讨论,将两级VCR系统与全可变VCR系统进行比较,并展望如何在现有的先进汽油机中,利用两级VCR系统的潜力降低二氧化碳排放。     

新开发的三菱可变气门正时V6汽油机

介绍了一款三菱公司为北美市场开发的新型运动型多功能车（SUV）OUTLANDER用的新型V6汽油机。自2004年以来,该公司在全球共同关注高性能、低燃油耗、低排放、轻量小型的背景下,不断开展车用汽油机的研究,2004年5月开始销售用于欧洲版COLT车的4A9型4缸发动机（1．3L、1．5L）;2005年10月开始销售面向日本国内市场OUTLANDER车的4BI型4缸发动机（2．4L）;2006年1月销售用于“i”（三菱公司的紧凑型车）的382型3缸发动机（0．66L）,随后,由6B3型V6发动机（3L）完成了新一代发动机的型谱图。6B3型V6发动机与其他新发动机系列一样,采用了可变气门正时机构、铝制机体及树脂可变进气系统等技术,实现了顶级水平的最高功率和最大扭矩性能,同时与以往三菱公司推出的6G7型3LV6发动机相比,质量约减轻25kg,并使燃油耗改善约5％。还采用了高性能催化器,满足了“加利福尼亚低排放车辆法”中规定的特超低排放车限值。与应对零蒸发排放法规的技术相结合,在紧凑型SUV车中,首次获得了3L级发动机的准零排放车认证。     

短讯5则

Alfa Romeo公司在意大利开发了一种新型缸内直接喷射涡轮增压发动机,将于2013年初在PratolaSerra市的FMA工厂投入生产。这款既可横置又可纵置安装的新型4缸发动机的排量为1．8L,最大功率达到221kw,而且,还能满足未来欧6排放标准和美国第2阶段第5级排放标准。这款全铝合金制造的发动机装用一种20MPa缸内直接喷射系统,可变气门机构,以及高功率的涡轮增压器。     

电液式全可变气门机构

2009年底,Fiat公司已将首款电液式全可变气门机构投入批量生产Ⅲ。Schaeffler集团很早就已确认了对UniAir技术的拥有权,并作为该系统的开发合作伙伴及其核心成员,阐明了这种系统重要的设计步骤。该系统在其整个使用寿命期（每个电磁阀至少3．3亿次动作）内,即使在很低的温度下也要确保可靠的功能和绝对的精确度,这是一种巨大的挑战。