（光学工程专业论文）全可变液压气门机构发动机进气性能及控制策略的研究.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ：t hl3 ( s e c u r i t yc l a s s i f i c a t i o n ： s c h o o lc o d e ：10 4 2 2 s t u d e n tn u m b e r ：2 0 0 71217 4 s h a n d o n gu n i v e r s i t y m a s t e r ，st h e s i s s t u d y o ni n t a k ep e r f o r m a n c eo fs ie n g i n ew i t hf u l l y v a r i a b l ev a l v eh y d r a u l i ca c t u a t i o ns y s t e ma n d c o n t r o ls t r a t e g y c a n d i d a t e ：m ax i l i s p e c i a l t y ：v e h i c l ee n g i n e e r i n g m e n t o r ：p ! q x i 曼圣q 垒g 鱼 s h a n d o n gu n i v e r s i t y a p r i l1 0 ，2 0 1 0 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：马斑触 日期： 塑! 翌：生! 旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：趟导师签名： 日期：2 坐：2 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 - l 发动机全可变液压气门机构研究的目的和意义1 1 2 发动机全可变气门机构的研究状况及技术特点2 1 2 1 无凸轮轴驱动型气门一2 1 2 2 凸轮驱动型气门7 1 3 内燃机中气体流动数值模拟研究现状1 0 1 3 1 零维模型1 1 1 3 2 一维模型1 1 1 3 3 多维模型1 l 1 4 本文的主要内容1 2 第2 章内燃机工作过程数值模拟的理论基础1 5 2 1 缸内高压循环过程15 2 1 1 气缸工作容积1 6 2 1 2 燃烧放热17 2 1 3 传热计算18 2 1 4 活塞环窜气损失2 0 2 2 换气过程计算2 0 2 2 1 缸内工质质量计算2l 2 2 2 进排气道传热2 2 2 3 进排气管内气体流动计算2 3 2 3 1 基本方程2 3 2 3 2 管道阻力的计算2 4 2 3 3 进排气管道内气体流动偏微分方程的数值求解2 7 2 4 本章小结2 9 第3 章发动机仿真模型的建立与验证31 3 1 全可变液压气门机构工作原理3 1 3 2a v lb o o s t 软件介绍3 2 3 3 仿真模型的的建立3 3 3 3 1 模型建立的步骤3 3 3 3 2 模型参数的分类3 4 3 4 模型中主要参数的确定3 5 3 4 1 气缸结构参数3 5 3 4 2f v v t 机构气门升程参数3 5 3 4 3 气道流量系数3 8 3 5 原机模型的验证4 l 山东人学硕上学位论文 3 6f v v t 发动机模型的验证4 2 3 7 本章小结4 4 第4 章i i v v t 发动机进气性能试验4 5 4 1 试验机型及试验台架布置4 5 4 2 传感器的选择及介绍4 5 4 2 1 进气压力传感器4 6 4 2 2 缸内压力传感器4 7 4 2 3 流量传感器4 8 4 2 4 转速传感器4 8 4 2 5 上止点传感器4 9 4 3 数据的采集与处理5 0 4 3 1 数据采集设备与软件5 0 4 3 2 数据处理方法5 0 4 4 试验结果及分析5 1 4 4 1 充量系数分析5 l 4 4 2 进气压力波分析5 3 4 4 3 缸内压力信号5 6 4 5 本章小结5 8 第5 章n t 机构气门运动规律的控制策略6 1 5 1 怠速工况6 2 5 2 部分负荷工况6 3 5 3 全负荷工况6 6 5 4 本章小结6 7 总结与展望6 9 参考文献。7 l 致谢7 7 攻读硕士学位期间参与的科研项目7 9 c o n 丁e n 下s c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t 1 a b s t r a c t i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n l 1 1t h ep u r p o s ea n dv 融d eo ff v v tr e s e a r c h 1 1 2s t a t u sa n dt e c h n i c a lc h a r a c t e r i e so ff v v t 。2 1 2 1c a r e l e s sv a r i a b l ev a l v ed r i v i n gm e c h a n i s m 2 1 2 2c a m s h a f tv 撕a b l ev 甜v ed r i v i n gm e c h a n i s m 一7 1 3s t a t u so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o ni ni n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n ef l o w 10 1 ： 1z e r o d i m e n s i o n a lm o d e l 1 0 1 3 2o n e - d i m e n s i o n a lm o d e l 11 1 ：；3m u l t i d i m e n s i o n a lm o d e l 1l 1 4m a i nc o n t e n to f1 l i sp a p e r 12 c h a p t e r2b a s i ct h e o r ya b o u tn u m e r i c a ls i m u l a t i ni ni n t e r n a lc o m b u s t i o n e n g i n e 1 1 ； 2 1h i g hp r e s sc y c l e 11 ； 2 1 1c y l i n d e rv o l u m e l6 2 1 2h e a tr e a l e a s ea p p r o a c h l7 2 1 3h e a tt r a n s f e ra p p r o a c h 18 2 1 4b l o w - b yl o s s e si nt h ec y l i n d e r 2 0 2 2g a se x c h a n g ep r o s e s s ：! ( ) 2 2 1p o r tm a s s f l o wr a t e s 21 2 2 2p o r th e a tt r a n s f e r 2 2 2 3c a c u l a t i o no f p i p ef l o w ：! ：； 2 3 1b a s i ce q u a t i o n 2 3 2 3 2c a c u l m i o no f p i p er e s i s t a n c e 2 4 2 3 3s o l u t i o no f n o n 1 i n e a rd i f f e r e n t i a le q u a t i o n so fp i p ef l o w 2 7 2 4b r i e fs u m m a r y ：1 9 c h a p t e r 3 e n g i n es i m u l a t i o nm o d e la n d v e r i f i c a t i o n 31 3 1p r i n c i p l eo f f v v t 3 1 3 2i n t r o d u c t i o no f a v lb o o s t 一3 2 ：；3s i m u l a t i o nm o d e l 3 3 3 3 1s t e p so f b u i l d i n gs i m u l a t i o nm o d e l 3 3 3 3 2c l a s s i f i c a t i o no fm o d e lp a r a m e t e r s 3 4 3 4d e f i n a t i o nm a i np a r a m e t e r so fs i m u l a t i o nm o d e l 3 5 3 g 1c y l i n d e rs t r u c t u r ep a r a m e t e r s ：；! ； 3 4 2v l a v el i ro f f v v t 3 5 3 4 3p o r tf l o wc o e m c i e n t 3 8 ：；5v e r i t i c a t i o no fo r i g i a le n g i n e 4 1 ：；6v e r i f i c a t i o no f m o t o e d ef v v t e n g i n e 4 2 i i i 山东大学硕l j 学位论文 ：；7b r i e fs u m m a r y 4 4 c h a p t e r4e x p e r i m e n to nf v v te n g i n ei n t a k ep e r f o r m a n c e 4 5 4 1i n s t r u m e n t sa n dt e s tb e n c h 4 5 4 2s e l e c t i o na n di n t r u c t i o na b o u ts e n s o r s 4 5 4 2 1m a n i f o l dp r e s ss e n s o r 4 6 4 2 2c y l i n d e rp r e s ss e n s o r 4 7 4 2 3a i rf l o wm e t e r 4 8 4 2 4s p e e ds e n s o r 4 8 4 2 5t o pd e a ds e n s o r 4 9 4 3d a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n g 5 0 4 。3 1d a t a a c q u i s i t i o ni n s t m m e ma n ds o f t w a r e 5 0 4 3 2d a t ap r o c e s s i n g 5 0 4 4e x p e r i m e n tr e s u l t sa n da n a l y s i s 51 4 4 1a n a l y s i so f v o l u m e t r i ce f f i c i e n c y 51 4 4 2a n a l y s i so fm a n i f o l dp r e s s 5 3 4 4 3a n a l y s i so fc y l i n d e rp r e s s 5 6 4 5b r i e f s u m m a r y 5 8 c h a p t e r5v a l v em o t i o nc o n t r o ls t r a t e g yo ff v v t 5 9 5 1i d l ec o n d i t i o n 6 0 5 2p a r t i a ll o a dc o n d i t i o n 6 1 1 ；3f u l ll o a dc o n d i t i o n 6 4 5 4b r i e fs u m m a r y 6 5 s u m m a r ya n de x p e c t a t i o n 6 7 r e f e r e n c e s 6 9 a c k n o w l e d g e m e n t 7 5 r e s e a r e h m e n t 7 7 i v 摘要 摘要 传统汽油机靠节气门调节进气流量，小负荷时节气门开度小、泵气损失大， 导致燃油消耗率过高；配气机构的凸轮型线固定不变，不能兼顾全部工况下的进 气需要。因此研究气门升程和开启持续期全可变的配气机构来取代节气门实现进 气量的调节，满足发动机各工况下最佳进气量需求，对提高发动机经济性、动力 性和排放性能具有重要意义。 本文以k 1 5 7 f m i 发动机为基础，对其进气部分重新设计，研制了全可变液 压气门机构，该机构利用大包角凸轮型线控制气门的上升过程，用活塞腔内液体 的排出控制气门回落过程，通过调节控制器的泄油时刻来控制开启持续期。本文 主要内容如下： 首先，对全可变液压气门机构的气门运动规律进行了理论计算与实验测量。 运用容积法将液压系统简化为挺柱腔和活塞腔两个集中容积，并将液压气门机构 简化为受液压驱动力作用的单质量系统，二者结合建立液压气门运动学模型。运 用l v d t 位移传感器实测了气门升程。实验验证了理论计算的准确性，结果表明 该机构进气门升程o 7 4 m m 、关闭角进气上止点后2 6 0 。c a 范围内连续可调。 其次，运用a v lb o o s t 软件建立了发动机的仿真模型。实测了发动机气道 流量系数、进气流量、进气管压力、缸内压力，以实验结果为基础，对仿真模型 进行了修正。进气流量实验表明f v v t 机构可以控制充量系数在0 - 1 内连续变 化，实现进气量的精确控制；进气压力波验证了波动周期与管长的关系；缸内压 力结果表明全可变液压腔气门机构可以显著降低吸气压力损失。 最后，提出了发动机怠速、部分负荷、全负荷工况下的气门运动规律控制策 略，确定实现此种气门运动规律的控制器的泄油初始相位角。模拟计算了各种工 况下的发动机性能：怠速工况降低了残余废气系数，提高了进气流速，稳定性得 到改善；部分负荷工况减小了吸气压力损失，提高了燃油经济性；全负荷工况增 加进气流量，提高了动力性。 关键词全可变液压气门机构；迸气性能；数值仿真；控制策略 山东人学硕卜学位论文 i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a l g a s o l i n ee n g i n er e g u l a t e si n f l o wg a sb yt h r o t t l e a tl o wl o a d c o n d i t i o nl a r g ep u m p i n gl o s sl e a d st oh i g hr a t eo ff u e lc o n s u m p t i o n f u r t h e r m o r e ， f i x e dv a l v et r a i nc a n tt a k ei n t oa c c o u n ta l lt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n s t h e r e f o r e ， s t u d y i n go nb o t hv a l v el i f ta n do p e n i n gd u r a t i o nv a r i a b l ea ta n yt i m et or e p l a c et h e t h r o t t l eb o d yt oc o n t r o li n f l o wm a s si sv e r yi m p o r t a n t as y s t e ms u p p l i e sd e m a n d i n g i n f l o wg a sa l lt h et i m et oi m p r o v ee n g i n e sp e r f o r m a n c eo fp o w e r , e c o n o m ya n d e m i s s i o n si so f 掣 e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e b a s e do nt h ek 15 7 f m ie n g i n e ，i t si n t a k e e a r n p r o f i l e a n da c t u a t o ra r e r e - d e s i g n e d t h em o v e m e n to ft h ev a l v ei sc o n t r o l l e db yc a mp r o f i l ea n dh y d r a u l i c s y s t e m w h e nv a l v eo p e n i n g ，t h el i f tm o t i o ni sr e l a t e dt ot h ec a m a ta p p r o p r i a t et i m e ， t h eh y d r a u l i cs y s t e mc o n t r o l sv a l v et od r o pd o w n t h ev a l v eo p e n i n gd u r a t i o ni s d e t e r m i n e db yt h et i m ew h e nt h el i q u i dg o e so u to ft h ec o n t r o l l e r t h em a i nc o n t e n t s a sf o l l o w s ： f i r s to fa l l ，w es i m p l i f yt h eh y d r a u l i cs y s t e mt oat a p p e tc h a m b e ra n dap i s t o n c h a m b e ra n dt h ev a l v em o v e m e n ti st r e a t e da sas i n g l eq u a l i t ys y s t e md r o v e db y h y d r a u l i cf o r c e t h em a t h e m a t i c a lm o d a li se s t a b l i s h e da n dv e r i f i e db ye x p e r i m e n t u s i n gl v d ts e n s o r t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec a l c u l a t i o nm o d a li sa c c u r a t e t h el i f t v a r i e sc o n t i n u a l l yf r o m0t o7 4 m ma n dt h ec l o s i n ga n g l ec a nb ec h a n g e d2 6 0 。c a a f t e rt h et d co fi n t a k ec o u r s e t h e r e f o r et h et h r o t t l e f r e el o a dc o n t r o lo fe n g i n ec a n b er e a l i z e db yc o n t r o lt h el i f ta n dc l o s i n gt i m eo fi n t a k ev a l v e s e c o n d l y , e s t a b l i s he n g i n es i m u l a t i o nm o d e lb ya v lb o o s ts o f t w a r e w e m e a s u r ef l o wc o e f f i c i e n to ft h ev a l v ep o r t ，i n t a k em a s sf l o w , i n t a k em a n i f o l dp r e s s u r e ， c y l i n d e rp r e s s u r ev i ae x p e r i m e n ta n dr e f i n et h es i m u l a t i o nm o d e la c c o r d i n gt ot h et e s t r e s u l t s i n t a k em a s sf l o we x p e r i m e n t si n d i c a t et h a tf v v tc a nc o n t r o lt h ev o l u m e c o e f f i c i e n tc h a n g i n gf r o m0 。1s ot h a ti tc a nt a k ep l a c eo ft h r o t t l et or e g u l a t ei n t a k e m a s sp r e c i s e l y t h em a n i f o l dp r e s s u r es i g n i f i e sp r e s sf l u c t u a t i o ni si nar e l a t i o n s h i p i l i w i t ht h et u b el e n 【g t h t h ec y l i n d e rp r e s s u r er e s u l t ss h o wt h a tp u m p i n gl o s sc a nb e r e d u c e ds i g n i f i c a n t l yw i t ht h r o t t l e f r e el o a dc o n t r 0 1 f i n a l l y , w ep r o p o s et h ec o n t r o ls t r a t e g yo fv a l v em o t i o nf o ri d l i n g ，p a r t i a ll o a d a n df u l ll o a do p e r a t i n gc o n d i t i o n s i no r d e rt oa c h i e v et h ed e m a n d i n gv a l v em o t i o n ， t h ec o r r e s p o n d i n gp h a s ea n g e lt h a to i lv e n t sf r o mc o n t r o l l e ri sd r e wu p w es i m u l a t e e n g i n ep e r f o r m a n c ei nv a r i o u so p e r a t i n gc o n d i t i o n s ：i ni d l ec o n d i t i o n ，i tr e d u c e st h e r e s i d u a l g a sc o e f f i c i e n ta n di n c r e a s e sa i r f l o wv e l o c i t y , s ot h a t i d l es t a b i l i t yi s i m p r o v e d f u e lc o n s u m p t i o ni sd r o p p e di np a r t i a ll o a dc o n d i t i o nd u et od e c r e a s i n g p u m p i n gl o s s t o r q u ea n dp o w e ra l ee n h a n c e di nf u l ll o a dr e s u l t i n gf r o mi n c r e a s i n g i n t a k eg a sm a s s k e yw o r d s ：h y d r a u l i cf u l l yv a r i a b l ev a l v e ；i n t a k ep e r f o r m a n c e ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ； c o n t r o ls t r a t e g y i v 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 发动机全可变液压气门机构研究的目的和意义 全球能源短缺以及环境污染已经成为人类可持续发展面临的两大问题。汽车 发动机作为石油资源的最大消耗者和大气的主要污染源，面临着节能和环保的双 重压力。近几十年来，各国制定的排放规定越来越严格。如2 0 0 7 年7 月1 日开 始，我国全国范围内乘用车开始实施国三排放标准，2 0 0 8 年3 月1 日起北京率 先实施国四排放标准，到2 0 1 0 年7 月1 日起，全国实施国四排放标准【l 】。随着 石油储量不断缩减和价格提升，对汽车经济性的要求也越来越严，许多国家和地 区都制定了降低燃油消耗的法规，如美国加利福尼亚州规定到2 0 1 0 年轿车和轻 型车的油耗要分别降到约6 8 l l o o k m 和9 5 l l o o k m f 2 j 。 针对节能、环保问题，各种汽车新技术层出不穷。其中可变气门技术作为一 种性价比很高的技术方案得到了广泛推广。众所周知，一个好的配气机构不仅要 求气门升程能够随着工况进行调整，而且要求其配气相位在任何工况下都能使发 动机性能达到最佳。由于传统配气相位固定不变，只能使发动机在某一工况点上 获得最佳性能，因而不能满足发动机全工况性能最佳的要求。为了克服上述缺点， 大量建立在凸轮驱动基础上的可变配气机构应运而生。鉴于其优越性，国外各大 汽车公司在这方面展开了广泛研究，目前已有较多的成型产品，并且这些机构已 不再局限在高性能或高级车的范围内，即便是小排量经济型发动机，也正把这些 技术作为一种标准进行推广【3 西】。然而这些可变配气机构主要是通过改变凸轮型 线或凸轮轴相位角来改变气门的升程、定时等参数，并没有满足发动机全工况范 围内性能最佳的要求。随着计算机技术的发展，以电控单元为控制核心的全可变 配气机构得到了飞速发展。 全可变液压气门机构采用液压方式驱动气门工作，由于液压油的可流动性， 液压气门机构可以实现气门最大升程、开启持续角和配气相位三者的连续可调。 与传统的可变气门不同，这种全可变气门机构具有下列优点：( 1 ) 全可变气门 机构采用进气门早关( e i v c ) 的方式，可取代节气门实现对汽油发动机负荷的 调节，降低吸气损失功，使怠速、小负荷时的燃油耗降低1 0 1 5 ，甚至2 0 i _ ，； 山东人学硕 ：学位论文 ( 2 ) 通过提供合理的气门叠开角，实现内部e g r ，降低燃烧温度，降低氮氧化 物排放；( 3 ) 大负荷时利用大气门升程，提高充量系数，改善发动机动力性能。 由于全可变气门技术具有节能、减排、提高动力性的巨大优点，对其进行深 入研究具有重要意义。目前所研究的h c c i ( h o m o g e n e o u sc h a r g ec o m p r e s s i o n i g n i t i o n ) 均质混合气压燃烧技术、c a i ( c o n t r o l l e da u t oi g n i t i o n ) 可控自燃等高 效燃烧方式，都需要全可变气门技术来控制迸气充量。本文以k 1 5 7 单缸汽油机 为基础，将发动机配气机构进行改造，实现全可变液压进气门功能，着重研究该 机构对发动机进气性能的影响，并确定发动机不同工况下的气门运动规律。 1 2 发动机全可变气门机构的研究状况及技术特点 全可变气门机构可以按有无凸轮轴驱动分为无凸轮轴气门驱动型 ( c a m s h a f t 1 e s sv a l v ea c t u a t i o n ) 和凸轮轴驱动型( c a m s h a f tv a l v ea c t u a t i o n ) 两类。 无凸轮轴气门驱动就是取消发动机传统气门机构中的凸轮轴及其从动件，而以电 磁、电液、或电气方式驱动气门。凸轮轴驱动依靠三维凸轮或改变凸轮从动件运 动来实现全可变气门功能。 1 2 1 无凸轮轴驱动型气门 1 ) 电磁驱动式气门 电磁驱动机构( e l e c t r o m a g n e t i cv a l v ea c t u a t i o n ) 是利用电磁铁产生的电磁力 驱动气门降j 。与基于凸轮轴驱动的可变气门驱动机构相比，电磁驱动气门具有 诸多优点，例如可以灵活、单独控制气门正时和气门开启持续时间；简化发动机 结构，降低材料消耗和制造成本；降低气门驱动时的功率消耗；在发动机部分负 荷工况时，可关闭部分气门或停止个别汽缸工作，实现发动机变排量运行，提高 发动机的燃油经济性。 早期试验的电磁气门驱动装置中，由于没有回收能量的弹簧或只有回收部分 能量的单弹簧，导致能耗过大并带有严重的气门落座冲击，现在已很少有人继续 关注这一类方案。a u r as y s t e m s 公司、f e v 公司、通用汽车公司和福特汽车公司 分别提出了工作原理基本相同的、采用双弹簧双电磁铁气门驱动方案，并进行了 多年的研究，取得了突破进展3 1 。 2 第1 章绪论 如图1 1 所示，电磁气门驱动机构主要由两个相同的电磁铁( 共用一个衔铁) 、 两个相同的弹簧和气门组成。发 动机不工作时，励磁线圈l 和线 圈2 均不通电，气门处于半开半 闭状态；发动机启动时，电磁气 门驱动装置初始化，控制系统根 据曲轴转角判定气门在该时刻应 有的开、闭状态，使线圈1 或线 圈2 通电，电磁力克服弹簧力， 将气门关闭或开启。气门处于开 图1 - 1 电磁驱动式气门机构示意 启状态时，线圈l 不通电，线圈2 则必须通电，使电磁力大于或等于弹簧力以 保持气门开启。要关闭气门时，线圈2 断电，衔铁和气门在弹簧力的作用下向上 运动；在气门即将落座时，线圈l 通电，电磁力帮助气门衔铁快速运动至关闭位 置；此后线圈1 继续通电，使气门保持在关闭状态。需要开启时，线圈1 断电， 衔铁和气门在弹簧力作用下向下运动。如此循环往复。 a u r a 公司称其研制的电磁气门驱动机构使发动机油耗降低7 1 0 ，功 率增加1 4 1 6 ，扭矩增加1 6 ，h c 、c o 和n ox 排放分别降低3 4 3 7 、3 3 和5 0 1 9 - 1 0 1 。f e v 公司介绍，汽油机采用电磁气门驱动可降低f t p 循环油耗1 5 ，h c 和n ox 排放可分别减少5 1 0 和4 0 6 0 l 。通 用汽车公司用电磁气门驱动机构进行了以进气门晚关控制发动机负荷的研究， 他们在电磁气门驱动机构中还采用了永磁铁，目的是为气门在关闭或最大开启 位置时提供克服弹簧力的保持力，以降低电能消耗。该公司在一个二气门单缸机 上进行了实验，在发动机转速为1 5 0 0 r m i n ，气门升程8 m m 时，落座速度可以控 制在0 3 5 m s i 垃】。福特公司的电磁驱动气门机构，在发动机转速为2 5 0 0 r m i n ，升 程为8 m m 时，气门开启或关闭时间约为4 m s ，落座速度可控制在o 5 m s 左右i l 引。 国内对电磁气门驱动技术的研究尚属起步阶段，目前只有少数几所高校对其 进行了探索性研究。清华大学赵雨东l l 副等人根据双弹簧、双电磁铁气门驱动原理， 设计制作了电磁气门驱动装置及其开环控制系统，并进行了电磁铁静吸力特性 试验和电磁气门驱动动态特性试验。浙江大学1 1 6 。8 i 在对双弹簧、双电磁铁电磁气 山东人学硕t 学位论文 门驱动机构综合分析的基础上，建立了一套完整的电磁气门驱动机构的物理模 型，并利用该模型对自行开发的电磁气门驱动机构进行了仿真计算，得到了合理 的结果。结果表明，通过优化线圈电流、通电时间和脉冲信号占空比等，可以实 现气门的开闭且落座速度降到1m s ，但仍出现气门落座反跳冲击。 2 ) 电液驱动式气门 电液气门驱动( e l e c t r oh y d r a u l i cv a l v ea c t u a t i o n ) 的工作原理是：将气门与一 个液压活塞相连接，通过电磁阀控制液压缸内高压和低压液体的流入和流出，从 而控制液压活塞一气门的运动。近2 0 多年来，已有多家机构对电液驱动气门进 行进行过研究，现在该领域仍是可变气门研究热剧1 9 2 5 1 。 图1 2 为f o r d 公司生产的电液驱动气门机构的原理图。该系统有高压源和 低压源，在气门杆顶端设计了液压 活塞，活塞带动气门在液压腔中可 以上下往复运动。活塞上端面的控 制室分别与高压源和低压源相连， 下端面的液压腔始终与高压源相 通，且压力保持恒定。尽管活塞上、 下端面液压腔的高压源相同，但是 由于液压作用面积不同，组成差动 图1 2f o r d 电液驱动式气门机构示意 连接，即使都是高压流体作用时，上、下端面仍会产生压力差驱动气门向下加速 运动。通过控制高、低压腔电磁阀的开启与关闭，改变控制室的压力，就可以实 现气门运动的可变。驱动单个气门的实验表明，该电液气门驱动系统在发动机转 速80 0 0r m i n 时，仍具有良好的响应速度；在上液压腔增加一个缓冲容积后， 气门落座速度可降到0 1m s 以下f 2 4 1 。 r i c h m a n 等人在电机倒拖的单缸机上进行了电液气门驱动装置试验。实验结 果表明气门实际运动总是比程序设定的运动滞后。在发动机转速小于10 0 0r m i n 时，滞后量尚可接受，但随转速增加，滞后量增大，并且升程曲线也产生越来越 严重的畸变1 1 引。g r i f f i t h s 等人的电液气门驱动装置可在发动机转速为3 0 0 0 r m i n 时保持良好的气门运动规律和稳定性1 2 0 j 。l o t u s 公司的电液气门驱动系统能在 发动机转速为4 0 0 0r m i n 的情况下正常运行，并在单缸机上进行了取消节气门以 4 第l 苹绪论 电液气门驱动控制负荷的研究2 1 1 。d a i m l e r - - b e n z 公司的电液气门驱动系统与 前述双弹簧双电磁铁的电磁气门驱动工作原