基于高速電液閥的變氣門執(zhí)行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、汽車給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，也提出了嚴(yán)峻的問(wèn)題：高能耗和高污染。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)都是采用機(jī)械式凸輪軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門和排氣門，其氣門正時(shí)、升程和開啟持續(xù)期等參數(shù)都是固定不變的，無(wú)法適應(yīng)各種工況下對(duì)不同配氣方案的需求，因而發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性不高。為了在全部運(yùn)轉(zhuǎn)工況范圍內(nèi)都能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的配氣參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性，降低有害氣體排放，需要采用可變氣門技術(shù)。
　　 論文針對(duì)現(xiàn)有基于凸輪驅(qū)動(dòng)氣門配氣機(jī)構(gòu)的不足，提出了高速電

2、液閥+單出桿液壓缸的可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)并研制成功，該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且能夠?qū)崿F(xiàn)氣門正時(shí)、升程、開啟持續(xù)期等氣門參數(shù)柔性調(diào)節(jié)。針對(duì)電液可變氣門在啟閉過(guò)程中存在沖擊問(wèn)題，提出了多孔節(jié)流+彈簧緩沖的高速氣門緩沖結(jié)構(gòu)，該緩沖結(jié)構(gòu)能夠有效減少氣門開啟和落座時(shí)的速度，從而極大減少氣門開啟和落座沖擊，實(shí)現(xiàn)高速氣門緩沖。針對(duì)現(xiàn)有電液閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)較低的問(wèn)題，提出了一種小匝數(shù)、大電流+反接卸荷的高速電液閥功率驅(qū)動(dòng)方案，并基于該方案成功研制高速電液閻的驅(qū)動(dòng)器

3、；通過(guò)建立高速電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器的有限元模型，分析關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其驅(qū)動(dòng)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，進(jìn)而得到優(yōu)化后的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)；試驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)該驅(qū)動(dòng)器和高速電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，高速比例閻和高速開關(guān)閥達(dá)到1.4mm行程所需要的時(shí)間分別為5.6ms和2.2ms，從而顯著提高電液閻動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。針對(duì)電液可變氣門動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的問(wèn)題，提出了無(wú)彈簧、壓力反饋型高速大流量電液閥結(jié)構(gòu)，該閥是基于滑閥閥芯的兩位三通閥，因此能夠有效減小液動(dòng)力，并能夠憑借較小

4、的閻芯直徑和行程實(shí)現(xiàn)較大流量增益；基于該高速大流量閥分別構(gòu)建電液比例和開關(guān)可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)，通過(guò)仿真和試驗(yàn)分析關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電液比例和開關(guān)可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響，進(jìn)而得到優(yōu)化后的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)；試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)參數(shù)優(yōu)化后比例可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)最高動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率可達(dá)50Hz，可以用于1500r/min發(fā)動(dòng)機(jī)氣門控制，而優(yōu)化后開關(guān)可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)最高動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率可達(dá)133Hz，可以用于4000r/min發(fā)動(dòng)機(jī)氣門控制。
　　 有關(guān)各

5、章內(nèi)容分述如下：
　　 第一章，對(duì)傳統(tǒng)凸輪軸式發(fā)動(dòng)機(jī)氣門系統(tǒng)的不足進(jìn)行分析，闡述了研究發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門技術(shù)的意義。介紹了可變氣門技術(shù)的分類，通過(guò)對(duì)比各種可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)，得出電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與不足。提出了為解決電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)不足所采用的關(guān)鍵技術(shù)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。最后，對(duì)本課題的背景、研究意義和研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了歸納。
　　 第二章，通過(guò)分析電液可變氣門運(yùn)行機(jī)理，提出高速電液閥+單作用液壓缸的可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)方案

6、。介紹電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)以及電液比例和開關(guān)可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)工作原理。為實(shí)現(xiàn)高速瞬時(shí)大功率控制，提出無(wú)彈簧、壓力反饋型高速電液閥結(jié)構(gòu)并詳細(xì)介紹由其構(gòu)成高速比例閥和高速開關(guān)閥工作原理。根據(jù)課題研究目標(biāo)，得到電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)關(guān)鍵元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 第三章，分析高速電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)控制元件的要求，介紹了高速電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵技術(shù)。為提高電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提出了一種小匝數(shù)、大電流+反接卸荷的功率驅(qū)動(dòng)方案，

7、并詳細(xì)介紹其工作原理及電路模塊實(shí)現(xiàn)。對(duì)高速比例和開關(guān)電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器工作特性進(jìn)行分析，通過(guò)建立高速比例和開關(guān)電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器的有限元模型，得到關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其驅(qū)動(dòng)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性影響規(guī)律，進(jìn)而獲得優(yōu)化后的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)并對(duì)其驅(qū)動(dòng)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過(guò)建立高速比例和開關(guān)閥的數(shù)學(xué)模型，就其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其流量特性影響進(jìn)行了評(píng)估。
　　 第四章，對(duì)現(xiàn)有緩沖技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)高速氣門緩沖特點(diǎn)，提出可變縫隙節(jié)流+緩沖彈簧的高

8、速氣門緩沖方案，對(duì)其具體緩沖結(jié)構(gòu)和緩沖機(jī)理進(jìn)行了分析，得到高速氣門緩沖結(jié)構(gòu)參數(shù)，并采用Monte carlo算法對(duì)節(jié)流孔數(shù)目、孔徑以及分布位置進(jìn)行了優(yōu)化。建立帶高速氣門緩沖的電液開關(guān)可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，基于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分析關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣門緩沖特性的影響。
　　 第五章，介紹基于高速電液閥的電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)組成，根據(jù)系統(tǒng)的物理模型建立了其數(shù)學(xué)模型。在AMESim中分別建立了基于高速比例閥和高速開關(guān)閥的電液可變氣門執(zhí)行系

9、統(tǒng)的仿真模型，基于仿真模型對(duì)比例可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)下氣門參數(shù)的可控性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及氣門閉環(huán)控制和開關(guān)可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)的氣門參數(shù)的可控性進(jìn)行分析。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，就關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析，從而得到優(yōu)化后的系統(tǒng)參數(shù)并對(duì)優(yōu)化后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析。對(duì)提高電液比例和開關(guān)可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)頻響可行性進(jìn)行分析。
　　 第六章，介紹了基于高速電液閥的電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架組成和工作原理。對(duì)基于高速比例閥的電液