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压电陶瓷式喷油器驱动系统

发布时间:2020-10-11 23:55
   随着能源危机的加剧以及排放法规的日益严格,传统的电磁阀式喷油器越来越难以满足人们对节能和环保的要求。然而,压电陶瓷式喷油器凭借其响应快、体积小、灵敏度高及位移精度与分辨率高等优势,成为喷油器的主流发展方向。因此,对压电陶瓷式喷油器的驱动系统的研究有着十分重要的意义。本文首先对压电陶瓷的特性进行了介绍,接着对压电陶瓷叠堆在喷油器驱动系统上的工作原理进行了详细分析,然后根据压电陶瓷叠堆的特点对比了电压式驱动方式和电流式驱动方式,择优选择了电流式驱动方式。针对电流驱动方式,选择目前比较常见的单峰值电流驱动方式和多峰值电流驱动方式进行分析研究。最后,在理论上针对压电陶瓷式执行器控制系统精确度高、响应速度快的要求,做了深入的理论分析,并设计了一款压电陶瓷式喷油器驱动系统。该系统主要由微控制器MCU、DC/DC升压电路、充放电电路、电压反馈电路、电流反馈电路组成。其工作原理为:喷油器喷油前,通过MCU控制其升压电路将车载蓄电瓶电压12V升至100V,从而驱动压电陶瓷叠堆发生形变,由MCU产生的脉宽调制(PWM)信号作用于充放电电路,进行充电、放电控制,通过电流、电压反馈电路将电路实时信息反馈到MCU中。接着MCU利用模糊PID算法对反馈结果进行处理,处理后的结果再作用于充放电电路,使得驱动电路的驱动电流和电压的值保持在设定的范围内,提高系统的动态稳定性,从而使喷油系统的电流和电压控制更加精确,实现多次喷射。实验结果表明:压电陶瓷式驱动器的充放电时间在100μs(25)200μs之间,电压也能在150μs左右的时间迅速实现变化,满足驱动器的控制要求,验证了系统的正确性与优越性。
【学位单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:U464.136
【部分图文】:

高压共轨,日本,出油量,喷油器


第一章 绪论实现了达到欧 III 标准的目标。2009 年,Delphi 公司决定更换高压共轨系统上的电磁控制器,转而采用目前性能更优的压电材料来作为喷油器的控制器。Delphi 公司引入油器针阀模块,实现喷油器开启与关闭的高效控制。它可以直接通过压电驱动器和位放大机构进行推动,这成为压电喷油器史上的一次伟大的飞跃性创新。此系统与之前比,不仅响应速度发生了飞跃性的提高,而且能源消耗与浪费问题也得到了有效的解决在喷油性能上,有了很大改善,这种性能的提高,具有重要的环保价值[6]。20 世纪初,日本 Denso 公司推出了一款共轨燃油喷射系统,并且命名为 ECD-U2ECD-U2 共轨喷油系统的主要结构如图 1 所示,它主要由限压阀、压力传感器、喷油器燃油分配管、供油泵、油箱以及电子控制单元等组成。通过 ECD-U2 系统中的泵控制的开关组合来控制高压供油泵的燃油出油量的多少,由于燃油出油量与共轨压力呈正关的关系,因此通过调节燃油出油量的多少进而控制此系统的共轨压力的大小[7]。系可以利用燃油压力传感器与泵控制阀完成反馈控制,从而实现对共轨压力的闭环控制

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电荷或负电荷,电荷的密度与所受机械应力大小呈现一种正相关的关系,当把外力后,电荷就会马上消失。该现象就是正压电效应[17][18]。机械应力大小与电荷密度所的公式如下: dT(2-其中 d 为压电常数,T 为应力大小,δ为面电荷密度。在居里兄弟发现正压电效应的第二年,Lippman 利用热力学方法(即利用两大定律电量守恒定律②能量守恒定律),通过反复实验最先发现逆压电效应[19]。之后.Curie 和J.Curie两人又做了大量实验,最终验证:在外电场的影响下,压电晶体出应力、应变现象,使压电晶体产生形变,此外还证实了若采用固态电介质时,其电力学参数之间存有线性耦合效应[20],从而证实逆压电效应的存在。具有正压电效应体材料也会具备逆压电效应,不光如此,还同时获得了石英晶体相同的正、逆压电常数,进一步证明正、逆压电效应有一样的压电常数[21][22]。当电场不是很强的时候电场与形变呈线性的关系,逆压电效应中应变与外加电场关系公式如下[23]:sxdEt (2-2其中x——应变量;SE ——外部施加电场强度;td——压电应变常数

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第二章 压电喷油器驱动原理及驱动方式研究片压电陶瓷叠堆的位移形变量过小,因此通常采用几百片甚至几千片陶瓷片叠加的结构来制成压电执行器[25]。对于压电陶瓷叠堆来说,它的极化方向是沿着它的那么压电陶瓷叠堆的位移量就等于全部压电陶瓷片位移量的和,用公式表示即:s。由方程 2-7 可以得到叠堆总位移:S=ns=ndE,由此式可以看出压电陶瓷叠堆的变量与外加电压值呈现出正相关的关系。叠堆的结构图和实物图如图 2-2 所示:
【参考文献】

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本文编号:2837314

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