重型车辆制动安全性、低负荷下后处理系统效率及燃油经济性一直是近年来的研究热点。大量的研究资料表明二冲程压缩释放制动技术能够有效提高发动机的制动性能，从而增强车辆的制动安全性，停缸技术具有改善重型发动机低负荷后处理系统效率和燃油经济性的巨大潜力，因此在同一台发动机上同时实现二冲程压缩释放制动技术和停缸技术是非常必要的。本文提出了一种针对重型发动机的变模式气门驱动系统(VMVA)，VMVA系统可以实现四冲程驱动技术、二冲程压缩释放制动技术和停缸技术气门事件的灵活切换，从而在多缸机上实现四冲程分级驱动模式和二冲程分级制动模式。
　　首先，二冲程压缩释放制动技术具有极好的制动性能，然而制动过程中气门驱动机构负荷较大且气门驱动系统结构相对复杂是制约其广泛应用的主要障碍。为了得到兼顾二冲程压缩释放制动功率和气门驱动机构负荷的理想气门参数，本文采用单因素变量法和正交设计法分别研究了不同气门参数及其交互作用对二冲程压缩释放制动性能的影响，并依据各因素对制动功率和最大缸压影响的显著性顺序依次获得各因素最优参数。在此基础上，建立了含有液压气门驱动系统的六缸涡轮增压发动机数值模型，采用该模型验证了动态气门升程下VMVA系统的制动性能，并与理想气门型线下四冲程压缩释放制动性能进行了对比。发动机转速分别为1300r/min、1900r/min和2200r/min时，优化后VMVA系统二冲程压缩释放制动功率分别达到了137.6kW、341.5kW和393.5kW，高于理想气门型线下四冲程压缩释放制动功率的44.9％、60.4％和48.4％;VMVA系统二冲程压缩释放制动过程中最大缸压分别为1.80MPa、4.35MPa和5.4MPa，低于四冲程压缩释放制动过程中最大缸压的39.6％、13.0％和0.5％，验证了VMVA系统具有极好的制动性能且气门驱动机构负荷大幅降低。此外，还分析了不同停缸策略下的二冲程分级制动性能，结果表明，停3缸分级制动模式与不停缸制动模式相结合可以满足车辆全制动工况范围内对制动功率的需求。
　　其次，VMVA系统通过四冲程分级驱动模式改善重型发动机低负荷下后处理系统效率和燃油经济性。本文采用数值模拟的方式分别研究了不停缸、停2缸、停3缸和停4缸模式在低负荷工况下对发动机涡轮后排气温度、平均排气流量和燃油经济性的影响。结果表明，不同的停缸模式在空载怠速、额定转速中低负荷和WHSC测试循环中低负荷工况下均能有效提高涡轮后排气温度并大幅减小排气流量，从而有效提高后处理系统效率。在空载怠速工况下，由于发动机空燃比较高，不同的停缸模式均可有效的改善发动机的燃油经济性，且停止工作气缸越多，燃油经济性的改善幅度越大，停4缸模式与不停缸模式相比燃油经济性改善幅度达到了23.3％。额定转速下，当发动机负荷低于50％时，不同停缸模式均可有效改善发动机燃油经济性;当发动机负荷高于50％时，不同的停缸模式对燃油经济性改善幅度很小甚至出现燃油经济性恶化的现象。WHSC测试循环中低负荷工况对应发动机转速较低，停缸后进排气流量大幅减小，涡轮增压器工作效率降低，因此，WHSC循环中低负荷工况下燃油经济性的改善很小，并且大部分工况下略有恶化。综合分析不同停缸模式在不同工况下对发动机后处理系统效率和燃油经济性的改善幅度，停3缸分级驱动模式在大部分工况下改善后处理系统效率和燃油经济性的效果最显著。
　　最后，基于二冲程分级制动性能、四冲程分级驱动性能和系统成本，确定了3缸交替停缸的VMVA系统布置方案。采用Amesim及ADAMS建立了VMVA系统液压-机械多体动力学耦合模型，研究了VMVA系统二冲程制动模块和四冲程驱动模块的切换响应，在此基础上对发动机不同模式间的最佳切换时刻进行了分析。当发动机转速为1900r/min时，四冲程驱动模块由有效状态切换至失效状态需要35℃A，由失效状态切换至有效状态需要90℃A;二冲程制动模块由失效状态切换至有效状态，滑阀阀芯位移大于3mm（临界值）需要40℃A，完成切换需要108℃A，由有效状态切换至失效状态时，滑阀阀芯位移小于3mm（临界值）需要77℃A，完成切换需要95℃A。且同组气缸的所有二冲程制动模块和四冲程驱动模块均可在一个发动机四冲程循环内完成不同模式间的切换，因此，VMVA系统具有极快的切换响应。
　　综上，VMVA系统可以有效地增强重型车辆的制动安全性，改善怠速和低负荷工况下后处理系统效率和燃油经济性。因此，VMVA系统对于重型发动机具有极好的应用前景。