连续可变气门升程(ContinuouslyVariableValveLift,CVVL)技术通过改变进气门升程和开启持续期控制进气量和负荷,从而取消节气门,降低汽油机部分负荷的泵气损失,是提高发动机部分负荷性能最有前景的技术之一。目前工程应用的机械式CVVL技术解决方案需要配合液压式可变气门正时(VariableValveTiming,VVT)技术使用,系统跟随性差,响应速度慢,机构庞大,成本昂贵,控制策略复杂,开发周期长。为此,本课题组提出了一种新型的具有自调节气门正时功能的机械式连续可变气门升程(ContinuouslyVariableValveLiftandTiming,CVVLT)系统。该系统通过调节凸轮轴枢轴中心来改变气门的动作,利用一个调节电机同时控制气门升程和正时,取消了进气液压VVT,具有简单小巧、稳定可靠、成本低廉和响应迅速等优点。本文针对CVVLT系统进行了相关的研究,具体内容和结论如下:(1)搭建了原机GT-power模型,通过性能仿真初步确定气门升程曲线的主要参数,基于提出的结合性能仿真的型线设计方法对CVVLT系统的关键零部件进行了正向开发。综合GT-suite中的多体动力学模型和GT-Power发动机性能仿真模型的计算结果,对设计型线进行了优化和验证。型线优化设计的结果与设计目标值吻合良好,进气门动力学参数与原机相当,CVVLT发动机性能预测结果符合预期。成功制造和搭载了CVVLT系统,通过缸盖冷机试验平台对设计方法和CVVLT系统的功能进行了验证,验证结果符合预期。(2)开展了汽油机泵气损失的形成机理分析,并对CVVLT原理样机和原机的泵气损失共性特征进行了对比分析,讨论了原机与CVVLT原理样机的泵气损失理论极限。基于CVVLT原理样机和原机的台架试验结果,围绕汽油机经济性分解后的影响因素,进行了CVVLT系统对汽油机经济性影响的量化分析,试验结果分析表明:与原机相比,CVVLT原理样机采用气门升程控制负荷,由于部分负荷没有了节气门的节流损失,进气压力更高,泵气损失降低明显。发动机转速为1500r/min、2000r/min和3000r/min时,泵气损失分别较原机最多降低了23%、25%和22%,燃油经济性得到改善。2000r/min平均有效压力2bar和3000r/min平均有效压力2bar工况的有效热效率分别较原机提高了6.9%和8.1%。(3)基于原机一维仿真模型、设计结果和试验结果,搭建了CVVLT发动机一维仿真模型。基于该模型对CVVLT发动机进气门正时对换气过程和燃烧过程的影响进行了性能仿真分析,仿真结果表明:推迟CVVLT发动机部分负荷的进气门开启时刻,进气过程气门内外压差增大,进气流速增加,气缸容积增大,进气量增加。较大的气门升程可以减小气门的局部节流损失和推迟气门关闭时刻。基于该结果对CVVLT发动机的小负荷工况正时和升程进行了匹配优化,优化结果降低了1%到2%的燃油消耗率。(4)搭建了CVVLT发动机Converge三维仿真模型,开展了CVVLT原理样机进气门正时对缸内流动的影响研究。仿真结果表明:部分负荷工况下推迟CVVLT发动机的进气门开启时刻,进气过程中缸内滚流比和湍动能都得到增加。CVVLT发动机进气门关闭后,活塞继续下行会使湍动能不断耗散,当进气门关闭时刻提前时,进气后期活塞继续下行的距离更长,湍动能的耗散时间更长。此外,CVVLT发动机进气门越早关闭,缸内的滚流比更小,缸内流场更趋向于无序状态,更多的气体分子碰撞在缸壁上,气体分子之间的粘性耗散更多,气缸内的湍动能耗散地更快。因此,气门越早关闭,点火时刻的湍动能越弱,湍动能集中的区域也离火花塞越远,点火后火焰传播速度越慢,燃烧持续期越长。由于CVVLT发动机采用进气门早关策略,所以燃烧持续期比原机更长。本文的研究扩展了CVVL技术的实现形式,深入揭示了CVVLT系统对汽油机经济性的改善效果,明确了CVVLT原理样机的优化方向,为CVVLT系统的工程开发提供了理论指导。