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《武汉理工大学》 2002年 博士论文
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中压共轨电控柴油机可变气门系统的研究

陈勤学  
【摘要】: 节约能源,控制有害排放,已成为内燃机技术发展的主导方向。改变发动机气门的开启相位、持续时间和升程是改善发动机性能,提高热效率和减少有害排放的一种重要方法。传统气门驱动系统通常只能保证在某一工况优化发动机的性能,其凸轮型线在出厂时即已经固定,无法在运行的过程中进行调节,因此这种气门驱动系统具有一定局限性,它使得发动机的性能难以在各种工况下都达到优化。为了能够在任意工况下对发动机的性能进行优化,作者在系统分析了国内外各种可变气门系统的发展状况及特点的基础上,开发了一套中压共轨、液压驱动、电子控制可变气门系统及其性能测试台架,并对电控可变气门系统的性能进行了研究。 论文首先分析了配气参数调节对发动机性能优化的潜力,然后针对135型柴油机开发了一套中压共轨电控可变气门系统。研制了电控可变气门系统的执行器——电控可变气门驱动机构,设计了电控可变气门系统的液压驱动源——中压共轨液压源,开发了电控可变气门系统的电子控制单元,实现了在不同工况下,气门正时、气门开启持续期、气门升程柔性的电子控制,并对不同工况下配气正时的控制策略进行了初步探讨。 论文对可变气门系统性能进行了深入的试验研究,得出了大量结构参数与运行参数对系统动态性能的影响规律,确定了气门正时、气门开启持续期、气门升程等参数的调节途径。在研究了电控可变气门系统气门正时、气门开启持续期、气门升程的可控性的基础上,整理了共轨压力、控制信号持续时间与气门峰值升程的MAP图,共轨压力、控制信号与气门开启持续期的MAP图,气门升程与气门开启持续期配合范围MAP图。对电控可变气门系统中气门的运动速度进行了研究,发现在高、低转速时,电控可变气门系统均具有气门落座速度低的特点。通过对电控可变气门系统稳定性的研究表明,电控可变气门系统具有良好的稳定性。最后对电控可变气门系统性能测试台架测试结果的误差进行了分析与研究。经比较两种安装在不同位置上的传感器的测试结果发现,电控可变气门系统性能测试台架测量的数据是可靠而准确的,真实地反映了气门的运动规律。 论文建立了电控可变气门系统的机、电、液仿真模型,通过与试验结果对比验证了仿真模型的正确性,在此基础上对电控可变气门系统的性能进行了仿真研究。通过对电控可变气门系统的主要结构参数,如动力活塞直径、缓冲活塞直径、气门弹簧刚度、缓冲活塞实际压缩比、电磁阀通流面积等参 中压共轨电控柴油机可变气门系统的研究 数对电控可变气门系统启、闭特性的影响规律的研究发现,动力活塞直径、 气门弹簧刚度、电磁阀通流面积对电控可变气门系统启、闭性能起着决定性 的作用,对于一定的气门启闭规律要求,这些结构参数存在一组最佳值。本 次开发的电控可变气门系统的结构参数基本是合理的。根据发动机活塞的运 动规律及电控可变气门系统的启、闭特性,对不同转速下活塞与气门的相对 位置进行仿真,以保证气门不与活塞发生碰撞为约束条件,对气门正时调节 能力随转速的变化规律进行了研究,在此基础上讨论了气门与发动机活塞避 免碰撞的方案。 论文最后对如何解决电控可变气门系统运行时,电磁阀发热的问题进行 了研究。分析了造成电磁阀温度升高的主要原因,并针对不同的原因,采取 了相应的措施,研究了这些措施在改善电控可变气门系统电磁阀发热问题方 面的效果。研究发现,以减小电磁阀的总发热量为目的而采用的缩短高电压 作用时间、降低电磁阀高低压驱动的高电压幅值、缩短控制信号持续时间和 降低维持电压的四种方法,对减小电磁阀的发热都是有效的,但效果都不特 别显著。提高电磁阀的散热能力是一种非常强而有效的降低电磁阀发热的方 法。通过提高电磁阀静铁芯与静铁芯盖之间及线圈外表面的导热系数,有效 地解决了高、低转速下电磁阀发热的问题,而通过强制冷却则可将电磁阀温 度维持在更低的水平。在此次开发的电控可变气门系统中,通过使用静铁芯 与静铁芯盖之间紧密接触,并通过螺钉连接,以完整静铁芯盖作为散热片的 二位三通电磁阀,成功地解决了电磁阀发热的问题。


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