電液可變氣門系統(tǒng)用高速開關閥及其電-機械轉換器的研究.pdf

1、汽車發(fā)動機變氣門技術的發(fā)展已有相當長的歷史，但由于采用凸輪軸驅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的出現(xiàn)，汽車發(fā)動機氣門配氣方式以及可調節(jié)性都得到了很大的提高，發(fā)動機燃油經濟性、動力性也得到了很大的改善。但電液可變氣門技術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速發(fā)動機的使用要求，因而本文提出采用高速開關閥控制電液可變氣門系統(tǒng)，并且將重點放在高頻電—機械轉換器的研制上。
　　 本文通過

2、對比不同電—機械轉換器的優(yōu)缺點并結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、大電流以及反接卸荷回路PWM控制電路實現(xiàn)高速開關閥的高頻響要求，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電磁鐵性能的并且通過經驗公式無法獲得的結構參數進行優(yōu)化設計，最終確定了高頻電磁鐵的所有結構參數。
　　 本文通過對高速開關閥不同閥芯結構的優(yōu)缺點分析，決定采用傳統(tǒng)的滑閥式閥芯結構，從而有效避

3、免了高頻響條件下液動力的影響。通過閥芯結構改進，有效地降低了閥芯質量，并且通過對比彈簧和液壓力兩種回復方式的優(yōu)缺點，最后決定采用優(yōu)化剛度的彈簧回復，有效地平衡了閥芯開啟和關閉時間。在AMESim環(huán)境下搭建了高速開關閥的空載流量特性、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)化了高速開關閥的結構參數，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模型下的仿真結果與彈簧回復模型下的仿真結果進行了對比，結果表明：彈簧回復比液壓力回復具備更好的響應特性，并且系統(tǒng)壓力不會受到限制。
　　 通過Fluent軟件的前處理器Gambit建立了高速開關閥內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油液壓力分布圖以及油液流速變化圖，通過分析對閥內油液的湍流、漩渦以及

5、致噪因素等方面有了更為直觀的認識。
　　 設計高頻電磁鐵以及高速開關閥的特性實驗，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。搭建了高速開關閥的空載流量特性實驗臺，通過實驗獲得了高速開關閥的空載流量特性曲線，實驗結果與仿真分析結果基本吻合，文章還對兩種方法獲得的結果進行了對比分析。將所設計的高速開關閥應用于電液

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