【《全可变液压气门系统（FHVVS）及气门运动规律试验台架分析案例》2800字】

PAGE63全可变液压气门系统（FHVVS）及气门运动规律试验台架分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u1640全可变液压气门系统（FHVVS）及气门运动规律试验台架分析案例 134061.1FHVVS整体结构及基本工作原理 1209111.1.1FHVVS整体结构 1294441.1.2FHVVS基本工作原理 257721.2气门运动规律试验台架 5236911.3小结 7全可变液压气门系统（FHVVS）可以通过实现不同的气门运动规律从而使柴油机实现米勒循环、排气热管理、缸内制动三大功能，并且FHVVS的控油开关采用机械式控制阀，与电磁阀相比具有成本低、响应速度快等优点。1.1FHVVS整体结构及基本工作原理1.1.1FHVVS整体结构FHVVS在六缸凸轮轴顶置式柴油机缸盖上的布置如图3-1所示，进排气凸轮在同一根凸轮轴上并位于气缸盖的一侧，因此可以同时对进气门和排气门进行控制；两侧布置有油池，通过油管分别给1缸、2缸、3缸和4缸、5缸、6缸提供洁净的液压油；每两个相邻的缸为一组，通过直流电机进行控制，实现进排气门运动规律的可变。另外，FHVVS在进行布置时，最大程度地保留了原机缸盖的结构，仅在高度方向上略有增加，保证了缸盖的通用性。图3-1FHVVS整体布置图FHVVS是典型的机械-液压复合式传动系统，从液压和机械两个不同的方面可以进行不同的划分。从液压系统角度，根据工作瞬时油压是否超过0.7MPa，可以分为低压系统和高压系统：低压系统穿插在壳体内部并与润滑油道相连在一起，能够接收经由缸盖入口单向阀流入的润滑油；高压系统是凸轮驱动挺柱上行压缩挺柱腔内的液压油从而产生高压，使液压活塞驱动进气门和排气门开启。从机械传动的角度，根据机构功能的不同，可以分成齿轮驱动链和凸轮驱动链：齿轮驱动链的主要作用是在直流电机驱动下调节控制阀的泄油时刻，使高压系统内的液压油适时地流入到低压系统中，使高压无法建立，气门在气门弹簧的作用下落座；凸轮驱动链主要作用是通过进气凸轮和排气凸轮推动摇臂摆动，从而推动挺柱作直线运动，高压系统产生高压油，使液压活塞克服气门弹簧预紧力，推动气门开启。1.1.2FHVVS基本工作原理图3-2为适用于顶置式凸轮轴-六缸整体式缸盖柴油机的FHVVS，主要包括作为开启动力源的凸轮、绕支柱摆动的摇臂部件、将凸轮旋转转换为直线运动的挺柱部件、控制泄油时刻的控制阀部件、推动气门开启的液压活塞部件以及气门组件等组成。当凸轮处于上升段时，凸轮顶起摇臂滚轮使摇臂绕支柱摆动，推动挺柱向上运动；当凸轮处于下降段时，挺柱在弹簧力的作用下复位。挺柱向上运动时，挺柱内腔与挺柱套形成的油腔体积减小，高压油道内的压力升高，液压油流入液压活塞腔内，当液压油压力达到一定数值时，推动液压活塞克服气门弹簧力将气门打开。当挺柱处于向上运动阶段，而控制阀的阀套与阀芯在这一过程中接通时，高压油道内的液压油通过控制阀泄油孔、泄油低压油道、蓄能器后流到缸盖上，使高压系统内的油压降低，油量减少，导致气门最大升程降低并提前关闭或者气门不开启。图3-2适用于顶置式凸轮轴-六缸整体式缸盖的FHVVS进排气门独立控制的FHVVS控制系统包括控制阀部件和控制轴部件。其中控制阀部件主要是由排气阀套、进气阀套和阀芯等组成，其结构如图3-3所示；控制轴部件主要由直流电机、进气调节齿扇、排气调节齿扇等组成。图3-3控制阀部件结构图控制阀部件中的阀芯随凸轮轴按一定传动比同步转动，进排气阀套由直流电机经齿扇-齿轮传动后控制转动。由于进排气阀芯为同一转子轴，而进排气阀套相互独立，故可以实现进气门和排气门独立控制。阀芯与阀套泄油孔的位置关系如图3-4所示，其中图（a）为泄油孔开始接通，图（b）为完全接通，图（c）为泄油孔不接通。通过设计不同的阀芯、阀套泄油孔，可以得到不同的泄油规律，实现复杂多变的控制方案。（a） （b）（c）图3-4阀芯与阀套位置关系示意图柴油机正常工况以及缸内制动工况时的控制原理如下：（1）柴油机处于正常工况时的排气门升程曲线和泄油角度示意图如图3-5所示，此时排气阀套泄油孔和阀芯泄油孔在排气主凸轮工作段不接通，保证高压系统在排气主凸轮工作段处于不泄油状态，气门升程大小由配气凸轮型线决定；图3-5正常工况的排气门升程曲线和泄油角度示意图（2）柴油机处于缸内制动工况时的排气门升程曲线和泄油角度示意图如图3-6所示，此时直流电机控制排气阀套从初始位置向阀芯转动的反方向旋转，使排气阀套泄油孔和阀芯泄油孔接通的时刻提前，使得高压系统在排气主凸轮工作段和小升程工作段都处于不泄油状态，都能驱动排气门开启。图3-6缸内制动工况的排气门升程曲线和泄油角度示意图1.2气门运动规律试验台架在对整机进行性能试验之前，需要先搭建气门运动规律试验台架，对FHVVS的功能进行验证，并对制动工况下的气门运动规律进行测量，防止因为零部件加工误差、装配误差等对气门运动规律产生较大影响，在整机制动性能试验时造成气门杆断裂、零部件变形等严重后果。由于选取的试验样机为顶置凸轮轴发动机，凸轮轴布置在气缸盖上，因此通过电机驱动配气机构来模拟配气机构在发动机上的运行状态，一方面可以减小试验台架的体积，另一方面可以便于试验设备的安装以及气门运动规律的测量。图3-7为气门运动规律试验台架示意图，主要由三部分组成：第一部分为机械传动系统，主要包括驱动电机、齿轮箱、凸轮轴等，用于驱动配气机构；第二部分为液压泵站，主要作用是为全可变液压气门系统提供清洁的液压油，并为凸轮等运动件提供润滑油；第三部分为数据采集系统，主要由激光位移传感器、转速传感器、采集卡以及计算机等组成，用于试验数据的采集。图3-7气门运动规律试验台架示意图气门运动规律试验台架的实物图如图3-8所示。驱动电机通过齿轮传动带动凸轮轴转动，通过调节变频器频率可以模拟柴油机转速在0~2100r/min范围内的运行状态。液压泵站可以调节油液压力在0~0.5MPa范围内变化，在润滑的同时为FHVVS提供正常工作必需的工作介质。数据采集系统通过各种传感器获取试验台架测得的多个参数信号，主要有激光位移传感器测量的气门升程信号、转速传感器采集的曲轴转角信号及上止点信号灯，采集到的数据通过采集卡传送给计算机。图3-8气门运动规律试验台架实物图试验过程中用到的主要仪器设备如表3-1所示。采集到的试验数据需要利用MATLAB软件进行处理：对采集到的转角信号中相邻两个上升段间对应的位移值进行线性插值处理，将位移值转化为相应的气门升程数据，然后通过光顺、滤波等方式得到平滑的气门升程曲线，从而将转角信号转化为相对应的曲轴转角，将位移信号转化为相应的气门升程。表3-1试验主要仪器设备仪器设备名称型号生产厂家变频器VFD25AMS43AFSAA台达变频电机YE2160L-8荣成市恒力电机激光位移传感器ILD2300-50米依转速传感器SCHA-250BM-G50L威海三丰电子采集卡MP426北京双诺测控技术1.3小结本章对适用于顶置式凸轮轴-六缸整体式缸盖柴油机的FHVVS的结构、控制原理以及验证其功能的试验台架进行了介绍，主要内容如下：（1）介绍了FHVVS的整体结构。FHVVS在进行布置时，最大程度地保留了原机缸盖的结构，仅在高度方向上略有增加，保证了缸盖的通用