Maxwell电磁驱动配气机构的能量损耗分析(2)
为解决能源短缺和环境污染的双重问题，各国政府陆续出台了相应的法律法规，如加大对绿色环保电动汽车的优惠补贴，积极推广节能减排的生物柴油车等。各汽车公司及相关科研机构在降低汽车燃油消耗和排放技术方面也进行了研究。总体来看，汽车的节能途径主要来自于对发动机和整车结构的功能的改善。其中，发动机的工作效率是衡量汽车油耗的重要参数。发动机的节能技术主要包含①进排气控制技术，②可变排量技术，③汽油机缸内直喷与稀薄燃烧技术，④新型燃料技术[2]。其中，进排气控制技术由于具有易实现全电子控制的优点，能大大提高配气机构工作的准确性和可控性，具有广阔的应用前景和研究价值，成为近几年汽车节能化发展研究的热点方向。
基于上述背景，本文提出了一种动圈式电磁驱动配气机构，该机构可以有效提高动力装置的经济型、动力性和环保性能。
1.2 可变配气机构的研究现状
配气机构是发动机进、排气门的控制机构，需要按照气缸的运动行程准时地控制进、排气门的开启和关闭。根据发动机配气方式的不同，发动机的配气机构主要分为常规凸轮配气机构、凸轮可变配气机构和无凸轮可变配气机构[3]。常规凸轮配气机构的气门运动受到凸轮线型的控制，同一凸轮的气门的运动规律是固定不变的，因此不能适应不同工况条件下的动力性、燃油经济性和排放性能。凸轮可变配气机构通过改变凸轮的线型和凸轮轴的相位来改变从动件的运动规律，一定程度上可以提高机构的可扩展性。相对前两种凸轮式配气机构来说，无凸轮可变配气机构实现了真正意义上的气门运动规律完全可控性，通过使用电磁、电液、电气等方式驱动气门运动，使气门开启时间、升程、开启持续时间保持相互独立，确保发动机在各种工况下以最佳性能运行，大大提高了发动机的工作效率。
1.3 几种主要的无凸轮配气机构
无凸轮配气机构按照驱动方式的不同，可以分为电液驱动配气机构、电磁驱动配气机构和电气驱动配气机构。近十年来，世界各大汽车制造公司和科研机构对无凸轮配气机构进行了大量的研究，产生了丰富的成果。
1.3.1 电液驱动配气机构
电液驱动配气机构主要分为电液驱动活塞无弹簧系统、电液驱动活塞单弹簧系统和电液驱动活塞双弹簧系统[4]。电液驱动配气机构不仅结构复杂，而且涵盖了多学科、多领域的知识，研制电液驱动配气结构具有一定的难度。
美国福特公司开发的无凸轮电液配气机构[5]的原理如图1.1所示，该系统有高压源和低压源，在气门杆顶端有一个液压活塞，通过活塞带动气门在液压腔中实现上下往复的运动。虽然该机构的上下端面液压腔的高压源相同，但是由于存在不同的表面积，当高压流体作用时，上下端面依然会产生压力差来驱动气门向下加速运动。通过控制高低压电磁阀的开启与关闭，改变控制室的压力，就可以实现气门运动的可变。所以，连接气门与液压活塞，只需通过控制电磁阀的开闭来控制缸内高、低压液体的流入，就可实现气门运动的可控性[6]。
图1.1 福特公司电液配气机构 图1.2 南卡大学电液驱动配气机构
除此之外，英国莲花（Lotus）公司开发的AVT系统[7]也是电液驱动无活塞配气系统，南卡莱罗纳大学开发的电液驱动无凸轮发动机系统[8]为电液驱动单活塞系统，如图1.2所示，它取消了凸轮轴，但是保留了回位弹簧作为气门的复位装置。奔驰公司研制的双弹簧式电液配气机构[9]如图所示，该系统通过加速踏板位置、发动机转速等数据，精确计算出气门开启时刻和持续时间。只要通过控制电磁阀，液压系统就可使发动机实现相应的气门动作。