基于高速電液閥的變氣門執(zhí)行系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、汽車給人們帶來方便的同時，也提出了嚴峻的問題：高能耗和高污染。傳統(tǒng)發(fā)動機都是采用機械式凸輪軸驅動進氣門和排氣門，其氣門正時、升程和開啟持續(xù)期等參數都是固定不變的，無法適應各種工況下對不同配氣方案的需求，因而發(fā)動機的燃油經濟性和動力性不高。為了在全部運轉工況范圍內都能夠對發(fā)動機的配氣參數進行優(yōu)化，改善發(fā)動機燃油的經濟性、動力性，降低有害氣體排放，需要采用可變氣門技術。
　　 論文針對現有基于凸輪驅動氣門配氣機構的不足，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)不僅結構簡單，而且能夠實現氣門正時、升程、開啟持續(xù)期等氣門參數柔性調節(jié)。針對電液可變氣門在啟閉過程中存在沖擊問題，提出了多孔節(jié)流+彈簧緩沖的高速氣門緩沖結構，該緩沖結構能夠有效減少氣門開啟和落座時的速度，從而極大減少氣門開啟和落座沖擊，實現高速氣門緩沖。針對現有電液閥動態(tài)響應較低的問題，提出了一種小匝數、大電流+反接卸荷的高速電液閥功率驅動方案，并基于該方案成功研制高速電液閻的驅動器

3、；通過建立高速電—機械轉換器的有限元模型，分析關鍵結構參數對其驅動特性和動態(tài)響應的影響，進而得到優(yōu)化后的最佳結構參數；試驗結果表明通過該驅動器和高速電—機械轉換器結構參數優(yōu)化，高速比例閻和高速開關閥達到1.4mm行程所需要的時間分別為5.6ms和2.2ms，從而顯著提高電液閻動態(tài)響應能力。針對電液可變氣門動態(tài)響應慢的問題，提出了無彈簧、壓力反饋型高速大流量電液閥結構，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力，并能夠憑借較小

4、的閻芯直徑和行程實現較大流量增益；基于該高速大流量閥分別構建電液比例和開關可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)，通過仿真和試驗分析關鍵結構參數對電液比例和開關可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)動態(tài)特性影響，進而得到優(yōu)化后的最佳結構參數；試驗結果表明經過參數優(yōu)化后比例可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)最高動態(tài)響應頻率可達50Hz，可以用于1500r/min發(fā)動機氣門控制，而優(yōu)化后開關可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)最高動態(tài)響應頻率可達133Hz，可以用于4000r/min發(fā)動機氣門控制。
　　 有關各

5、章內容分述如下：
　　 第一章，對傳統(tǒng)凸輪軸式發(fā)動機氣門系統(tǒng)的不足進行分析，闡述了研究發(fā)動機可變氣門技術的意義。介紹了可變氣門技術的分類，通過對比各種可變氣門執(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)不足所采用的關鍵技術及國內外研究現狀。最后，對本課題的背景、研究意義和研究內容進行了歸納。
　　 第二章，通過分析電液可變氣門運行機理，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)具體結構以及電液比例和開關可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)工作原理。為實現高速瞬時大功率控制，提出無彈簧、壓力反饋型高速電液閥結構并詳細介紹由其構成高速比例閥和高速開關閥工作原理。根據課題研究目標，得到電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)關鍵元件的結構參數。
　　 第三章，分析高速電液可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)對控制元件的要求，介紹了高速電—機械轉換器的關鍵技術。為提高電一機械轉換器的動態(tài)響應，提出了一種小匝數、大電流+反接卸荷的功率驅動方案，

7、并詳細介紹其工作原理及電路模塊實現。對高速比例和開關電—機械轉換器工作特性進行分析，通過建立高速比例和開關電—機械轉換器的有限元模型，得到關鍵結構參數對其驅動特性和動態(tài)響應特性影響規(guī)律，進而獲得優(yōu)化后的最佳結構參數并對其驅動特性和動態(tài)響應進行試驗研究。通過建立高速比例和開關閥的數學模型，就其關鍵結構參數對其流量特性影響進行了評估。
　　 第四章，對現有緩沖技術進行分析的基礎上，針對高速氣門緩沖特點，提出可變縫隙節(jié)流+緩沖彈簧的高

8、速氣門緩沖方案，對其具體緩沖結構和緩沖機理進行了分析，得到高速氣門緩沖結構參數，并采用Monte carlo算法對節(jié)流孔數目、孔徑以及分布位置進行了優(yōu)化。建立帶高速氣門緩沖的電液開關可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)數學模型，基于系統(tǒng)數學模型分析關鍵結構參數對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，根據系統(tǒng)的物理模型建立了其數學模型。在AMESim中分別建立了基于高速比例閥和高速開關閥的電液可變氣門執(zhí)行系

9、統(tǒng)的仿真模型，基于仿真模型對比例可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)下氣門參數的可控性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及氣門閉環(huán)控制和開關可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)的氣門參數的可控性進行分析。為了實現系統(tǒng)優(yōu)化，就關鍵系統(tǒng)參數對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響進行了詳細的分析，從而得到優(yōu)化后的系統(tǒng)參數并對優(yōu)化后系統(tǒng)動態(tài)響應進行分析。對提高電液比例和開關可變氣門執(zhí)行系統(tǒng)頻響可行性進行分析。
　　 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)試驗臺架組成和工作原理。對基于高速比例閥的電液