發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 00:58

　　 全可變配氣技術(shù)是解決柴油機(jī)節(jié)能環(huán)保問題的關(guān)鍵途徑之一,發(fā)動機(jī)全可變配氣技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)氣閥開啟相位、氣閥關(guān)閉相位以及氣閥升程全可變,提高發(fā)動機(jī)的功率、扭矩以及燃油效率。對于電控液壓全可變配氣機(jī)構(gòu)而言,能耗低、高驅(qū)動效率一直是研究和關(guān)注的重點(diǎn),建立準(zhǔn)確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可以精確地描述執(zhí)行器的動態(tài)特性、非線性特性和系統(tǒng)的控制特性,并可以通過實(shí)時(shí)仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化,為柴油機(jī)全可變配氣技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。本文優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種電液全可變配氣執(zhí)行器,在保留原柴油機(jī)氣閥和氣閥彈簧的基礎(chǔ)上,驅(qū)動氣閥實(shí)現(xiàn)配氣參數(shù)全可變可調(diào)。通過分析系統(tǒng)原理和動態(tài)特性,解析系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系,將電液全可變配氣系統(tǒng)按照液壓油泵-溢流閥子系統(tǒng),電磁閥子系統(tǒng)和執(zhí)行器子系統(tǒng)三部分建立數(shù)學(xué)模型�；�于Simulink仿真平臺搭建系統(tǒng)仿真模型,開展系統(tǒng)性能仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)氣閥開啟相位、氣閥關(guān)閉相位以及氣閥升程的全可變控制。針對中高速柴油機(jī)不同轉(zhuǎn)速工況下的優(yōu)化配氣要求,為提高電液執(zhí)行器驅(qū)動效率,以系統(tǒng)流量低,落座速度小和結(jié)構(gòu)簡單為優(yōu)化目標(biāo),利用modeFRONTIER軟件,通過NSGA-Ⅱ遺傳算法開展系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上開展基于增量式PID算法的控制系統(tǒng)建模與仿真,建立的系統(tǒng)控制模塊可以實(shí)現(xiàn)對氣閥開啟相位、關(guān)閉相位、氣閥升程和落座速度的有效控制。按照目標(biāo)機(jī)型設(shè)計(jì)驅(qū)動驗(yàn)證試驗(yàn)方案,搭建試驗(yàn)臺架,開展高壓輸入部分驗(yàn)證試驗(yàn),驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性。仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證證結(jié)果表明,模型可以真實(shí)反映系統(tǒng)動態(tài)特性和參數(shù)變化。建立的數(shù)學(xué)模型和控制策略,為實(shí)現(xiàn)全可變配氣發(fā)動機(jī)改裝提供技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK423
【部分圖文】：

第一章緒論2技術(shù)的發(fā)展，配氣控制技術(shù)也日益走入人們的視線。但是，與其他柴油機(jī)控制技術(shù)開發(fā)過程相比，如燃料控制技術(shù)，發(fā)動機(jī)氣體控制技術(shù)的早期研究相對較慢。英國科學(xué)家克拉克自1880年以來首次開始在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)上使用可變氣門機(jī)構(gòu)。到了1990年，僅美國專利局就有800多項(xiàng)可變氣門機(jī)構(gòu)專利技術(shù)，其中大部分是1985年到1987年間獲得的[1]。氣體控制技術(shù)的發(fā)展過程如下圖所示，下面將詳細(xì)介紹幾種類別的可變氣體分配技術(shù)。圖1.1配氣控制技術(shù)發(fā)展歷程1.2.1基于凸輪軸的可變配氣機(jī)構(gòu)凸輪驅(qū)動的可變氣門系統(tǒng)通過凸輪軸傳動，搖臂或同步帶的調(diào)整實(shí)現(xiàn)改變氣門開啟，關(guān)閉，升程等氣體分配參數(shù)的目的，但由于保留原凸輪，升程曲線只能在原凸輪型線決定的升程曲線范圍內(nèi)有變化，即調(diào)節(jié)范圍小，自由度受限，仍然會受到原來凸輪形狀的限制。但是由于可變配氣對發(fā)動機(jī)性能的優(yōu)化效果明顯，這種基于凸輪軸的可變配氣機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用與各大發(fā)動機(jī)制造公司[2]。一類是通過改變凸輪的可變配氣系統(tǒng)最具有代表性的機(jī)構(gòu)為本田公司的i-VTEC機(jī)構(gòu)和奧迪AVS機(jī)構(gòu)，前者通過機(jī)械方式變換主副搖臂來選擇不同凸輪驅(qū)動氣閥，而后者則通過電磁驅(qū)動變換不同凸輪工作，以實(shí)現(xiàn)低速低負(fù)荷工況下更低的燃油消耗率和高速高負(fù)荷工況下運(yùn)行更高的發(fā)動機(jī)動力性。第二類是在不變換凸輪軸及凸輪的基礎(chǔ)上，通過改變凸輪從動件使配氣相位或者氣門升程變化[3][1]。例如豐田VVT-i機(jī)構(gòu)和BMW公司的Vanos機(jī)構(gòu)[4]，均為通過調(diào)整凸輪軸與曲軸之間的相對角度，讓配氣相位可以在一定范圍內(nèi)變化，從而達(dá)到改變氣門正時(shí)的效果。借助電控液壓技術(shù)控制凸輪相對于曲軸發(fā)生轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)氣門正時(shí)的可變，ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)各部分傳感器的信號判斷工況并查詢預(yù)存的最佳配氣參數(shù)，然后給液壓系統(tǒng)控制信號來調(diào)整氣

VCM電控液壓氣門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第一章緒論5圖1.3電磁可變配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖1.4氣門升程曲線電氣式配氣驅(qū)動系統(tǒng)和電液式配氣驅(qū)動系統(tǒng)工作原理相差無幾，兩者的主要區(qū)別是工作介質(zhì)，電氣式配氣驅(qū)動系統(tǒng)的工質(zhì)是空氣。空氣比液壓油粘度小得多，并且粘度值幾乎不會隨著溫度變化而變化，當(dāng)然氣體的質(zhì)量也相對較小故而氣體慣性小，因此電氣式配氣驅(qū)動機(jī)構(gòu)其響應(yīng)速度會相對較快。但空氣作為驅(qū)動系統(tǒng)工質(zhì)時(shí)具有嚴(yán)重的缺陷就是可壓縮性非常強(qiáng)，因此密封以及控制精度等要求嚴(yán)格，而且采用壓縮空氣作為介質(zhì)時(shí)，其所需的儲存空間非常大，在強(qiáng)調(diào)減小體積、減輕重量的發(fā)動機(jī)上使用這種設(shè)備顯然存在一定的不合理性。因此電氣式配氣驅(qū)動機(jī)構(gòu)并沒有成為人們青睞的對象，與電液配氣驅(qū)動機(jī)構(gòu)相比認(rèn)可度低，鮮有人問津[18][19]。1.2.3電液可變配氣機(jī)構(gòu)原理及其研究現(xiàn)狀除了上述兩種無凸輪可變配氣系統(tǒng)外，還有一種電液驅(qū)動可變配氣系統(tǒng)[20]。電液驅(qū)動可變配氣技術(shù)是一種通過電磁閥控制流體進(jìn)出從而控制進(jìn)排氣門的運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)可變配氣的機(jī)構(gòu)。該類機(jī)構(gòu)以其靈活的電液驅(qū)動系統(tǒng)得到了各科研單位的廣泛關(guān)注并開展了相關(guān)研究，包括福特、康明斯、菲亞特等公司都在積極開展電液驅(qū)動氣門技術(shù)的自我研發(fā)。下一節(jié)將詳細(xì)介紹各種電液驅(qū)動可變配氣技術(shù)原理及其研究現(xiàn)狀。1.2.3.1國外研究現(xiàn)狀就電液驅(qū)動可變配氣機(jī)構(gòu)而言，在實(shí)際應(yīng)用中，Lotus公司、福特公司和菲亞特公司等將其實(shí)用化。其中Lotus公司開發(fā)的電液驅(qū)動可變配氣系統(tǒng)，使用400Hz在的伺服閥，可實(shí)現(xiàn)4000r/min的發(fā)動機(jī)正常工作，并且且氣閥可以以較低的速度落座[21]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2872441