全可变气门机构(fully variable valve system,简称FVVS)可实现气门最大升程、气门开启持续角和配气相位三者的连续可变,对发动机的节能减排具有重要意义。FVVS能够采用进气门早关(EIVC)或进气门迟闭(LIVC)的方式控制进入气缸内的工质数量,从而取消节气门,实现对汽油机负荷的调节。由于完全取消了节气门对进气的节流作用,这种无节气门汽油机将大幅度地降低泵气损失,使中小负荷时的燃油耗降低10-15%。此外,全可变气门机构可通过改善充量系数,提高发动机功率；通过发动机内部EGR减少有害气体的排放。全可变气门技术已成为发动机新技术的发展方向之一。全可变气门机构的主要结构形式有机械式、电磁式和电液式。电液全可变气门机构由于流体的可流动性,可灵活控制气门运动规律,其研究已受到人们的重视。具有较大影响的电液全可变气门机构有Lotus的EHFVVT系统和菲亚特的UNIAIR系统。但这些机构尚存在气门落座冲击大、电磁阀响应速度不够高的问题。因而阻碍了电液式全可变气门机构的进一步发展和商品化生产。为了开展对全可变液压气门机构的进一步研究,本文设计开发了一种配气凸轮驱动的全可变液压气门机构,简称SDFVVS系统。该机构通过设置在配气凸轮与进气门之间的液压气门驱动机构驱使进气门开启,用泄油控制机构释放液压系统中的油压使进气门关闭,并采用落座缓冲机构控制气门落座速度。由于采用了泄油控制机构作为液压系统的油控开关,不但降低了制造成本,而且克服了高频电磁阀频响特性低的不足。为全可变液压气门机构的进一步发展奠定了良好的基础。根据液压气门机构的结构特点,建立了SDFVVS系统气门运动规律的计算模型,并对气门运动规律进行了模拟计算。采用位移传感器和压力传感器对SDFVVS系统的气门升程和液压压力进行了试验测量。通过对模拟计算结果和试验结果的对比,证明了模拟计算的正确性。模拟计算结果和试验结果表明：SDFVVS系统可通过改变泄油相位角实现进气门最大升程和进气迟闭角的连续可变,完全达到了其设计目的。控制气门落座速度是全可变液压气门机构的一项技术难题。在SDFVVS系统中,气门落座缓冲机构采用流通面积可变的节流孔控制气门落座速度。通过合理匹配节流孔的节流面积变化率、最小节流面积和最小节流面积对应的气门升程等措施控制气门落座速度。试验结果表明SDFVVS系统实现了气门的平稳落座。试验结果同时证明SDFVVS系统的气门最大升程对气门落座速度的影响较大,而发动机转速对气门落座速度的影响相对较小。提高液压气门机构的最高使用转速,对SDFVVS系统具有重要意义。液压气门机构内的液压压力波动决定了的其最高允许转速。当发动机转速达到或超过该最高允许转速时,液压系统内压力波动将加剧,最低压力波谷值将会达到或低于低压系统的压力值。在此情况下,液压油将不能及时得到排出,气门运动规律已失去有效控制,SDFVVS系统对进气量也失去调节作用。通过研究发现：降低气门机构运动件质量、提高液压气门机构的刚度、减小液压系统内部的节流作用,能够有效降低SDFVVS系统的液压压力波动。试验结果表明：经过改进设计后,SDFVVS系统中的压力波动明显降低,样机的最高允许转速已达到5600r/min。在SDFVVS系统中,配气凸轮是气门运动的动力驱动源,也是气门机构的振动源。因此要改善液压系统内的压力波动,提高SDFVVS系统的最高使用转速,最根本的问题是设计合理的配气凸轮型线。模拟计算结果表明：采用最大加速度点在凸轮工作段始点、最大速度值相对较低的高次多项式配气凸轮,对改善液压系统内的压力波动现象十分有利。SDFVVS系统通过改变泄油相位角可以实现气门最大升程和气门开启持续角的连续可变,从而取消节气门,实现对汽油机负荷的调节。这种无节气门汽油机的进气性能与传统节气门式汽油机有本质的区别。通过建立发动机进气过程一维流动的数学模型,对发动机的进气性能进行数学模拟计算。并采用低压传感器对进气管内的进气压力进行了试验测量。通过对模拟计算结果和试验结果的比较,发现进气压力的实测结果与模拟计算结果吻合良好,验证了进气过程模拟计算的正确性。通过对进气管内实测进气压力的对比发现：在节气门的节流作用下,原机进气压力随充量系数的降低和发动机转速的升高迅速下降,节气门之后的压力与节气门之前的压力之比甚至小于临界值,节气门处的气体流动已达到临界状态。但在无节气门汽油机中,进气量的改变对进气管内的压力几乎没有影响；转速的升高虽然使进气压力有所降低,但变化幅度很小。因此无节气门汽油机显著提高了中小负荷时的进气管压力。进气流动的模拟计算结果表明：与传统节气门式汽油机相比,无节气门汽油机显著降低了中小负荷时的泵气损失,这种较低的泵气损失使气缸内的工质温度有一定程度地降低。为了研究SDFVVS系统对进气量的调节作用,采用进气流量计试验测量了无节气门汽油机的进气量。研究结果表明：SDFVVS系统完全能够采用进气门早关或进气门晚关的方式实现对进气量的调节。当采用进气门早关方式调节进气量时,相同泄油相位角条件下的进气充量随转速的增大而增加；当采用进气门晚关方式调节进气量时,相同泄油相位角条件下的进气充量随转速的增大而减小。SDFVVS系统能够实现在各种转速下的最佳配气定时,与原机相比其各种转速下的充量系数都有一定程度的提高。