電液可變氣門系統(tǒng)用高速開關(guān)閥及其電-機械轉(zhuǎn)換器的研究.pdf

1、汽車發(fā)動機變氣門技術(shù)的發(fā)展已有相當(dāng)長的歷史，但由于采用凸輪軸驅(qū)動氣門啟閉方式配氣一直存在高能耗和高污染的問題。隨著電液可變氣門技術(shù)的出現(xiàn)，汽車發(fā)動機氣門配氣方式以及可調(diào)節(jié)性都得到了很大的提高，發(fā)動機燃油經(jīng)濟性、動力性也得到了很大的改善。但電液可變氣門技術(shù)目前由于受到控制元件操作頻率低的限制一直無法滿足高轉(zhuǎn)速發(fā)動機的使用要求，因而本文提出采用高速開關(guān)閥控制電液可變氣門系統(tǒng)，并且將重點放在高頻電—機械轉(zhuǎn)換器的研制上。
　　 本文通過

2、對比不同電—機械轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點并結(jié)合電液可變氣門系統(tǒng)的高頻響要求，決定采用螺管式電磁鐵配以小匝數(shù)、大電流以及反接卸荷回路PWM控制電路實現(xiàn)高速開關(guān)閥的高頻響要求，并且借助Ansoft電磁場有限元仿真軟件，對隔磁角、隔磁長度、銜鐵長度等影響開關(guān)電磁鐵性能的并且通過經(jīng)驗公式無法獲得的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，最終確定了高頻電磁鐵的所有結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 本文通過對高速開關(guān)閥不同閥芯結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點分析，決定采用傳統(tǒng)的滑閥式閥芯結(jié)構(gòu)，從而有效避

3、免了高頻響條件下液動力的影響。通過閥芯結(jié)構(gòu)改進，有效地降低了閥芯質(zhì)量，并且通過對比彈簧和液壓力兩種回復(fù)方式的優(yōu)缺點，最后決定采用優(yōu)化剛度的彈簧回復(fù)，有效地平衡了閥芯開啟和關(guān)閉時間。在AMESim環(huán)境下搭建了高速開關(guān)閥的空載流量特性、空載壓力特性以及帶負載條件下的仿真模型。通過仿真分析，優(yōu)化了高速開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并建立了空載流量—占空比特性和空載壓力—占空比特性曲線。在有負載仿真模型的分析中，液壓缸的最大行程達到了10mm，能夠滿足電液

4、可變氣門升程要求。此外，本文還將液壓力回復(fù)模型下的仿真結(jié)果與彈簧回復(fù)模型下的仿真結(jié)果進行了對比，結(jié)果表明：彈簧回復(fù)比液壓力回復(fù)具備更好的響應(yīng)特性，并且系統(tǒng)壓力不會受到限制。
　　 通過Fluent軟件的前處理器Gambit建立了高速開關(guān)閥內(nèi)部流道流場仿真模型，通過仿真分析獲得了不同閥口開度下的穩(wěn)態(tài)液動力、瞬態(tài)液動力隨閥口開度的變化曲線，獲得了不同閥口開度時流道內(nèi)油液壓力分布圖以及油液流速變化圖，通過分析對閥內(nèi)油液的湍流、漩渦以及

5、致噪因素等方面有了更為直觀的認識。
　　 設(shè)計高頻電磁鐵以及高速開關(guān)閥的特性實驗，通過實驗獲得了高頻電磁鐵的靜態(tài)力—位移曲線和動態(tài)電流上升曲線。實驗結(jié)果表明，該電磁鐵達到1.4mm行程只需2.0ms左右的時間，并且靜態(tài)下最大輸出力達到了295N。搭建了高速開關(guān)閥的空載流量特性實驗臺，通過實驗獲得了高速開關(guān)閥的空載流量特性曲線，實驗結(jié)果與仿真分析結(jié)果基本吻合，文章還對兩種方法獲得的結(jié)果進行了對比分析。將所設(shè)計的高速開關(guān)閥應(yīng)用于電液

6、可變氣門系統(tǒng)進行實驗研究，實驗結(jié)果表明：在輸入信號頻率為133Hz，輸入電壓幅值為5V，彈簧剛度35N/mm，預(yù)緊力265N，系統(tǒng)壓力8.5MPa，流量20L/min的條件下，彈簧回復(fù)的氣門最大升程(10mm)比液壓力回復(fù)的氣門最大升程(8mm)高出25％，從而證實了高速開關(guān)閥及其電—機械轉(zhuǎn)換器的有效性。最后，本文還對200Hz信號輸入下的電液可變氣門系統(tǒng)進行了實驗研究，結(jié)果表明：采用本文研制的高速開關(guān)閥，在其它條件不變的情況下，氣門最