柴油机可变气门机构的实验与仿真研究

发布时间：2017-08-09 00:05

  本文关键词：柴油机可变气门机构的实验与仿真研究

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【摘要】：石油能源逐步枯竭与环境污染是目前汽车工业必须要面对的现实问题,开发低能耗、环境友好的车用发动机是当今汽车工业的主要发展方向。传统发动机气门由凸轮驱动,固定凸轮型线决定了气门运动规律,这往往只能保证发动机某一工况的性能,很难使发动机在各种工况下都达到最佳性能。可变气门技术根据发动机运行工况实现可变气门升程(VVL)和气门正时(VVT),是一种有效的改善发动机性能、降低发动机有害排放的方法。本文以DK4柴油机为研究对象,设计了一款机-电-液一体的电控液压可变气门机构,然后搭建了基于可变气门机构的试验台架,并研究了该电控液压可变气门机构的特性。为了更加具体的研究电控液压可变气门机构的工作特性,按照电控液压可变气门的工作顺序,将电液可变气门完成一次完整启闭过程分成6个区间来研究,这六个区间分别为:电磁阀开启延迟(t1)、管路长度不同引起的管路延迟(t2)、气门惯性延迟(t3)、液压腔的充油时间(t4)、泄油时间(t5)、电磁阀关闭延迟(t6)。本文以这六个区间为基本研究对象,研究了每一个区间的运行时间在实际运行的一个周期内所占的比例,并研究了每一个区间内的压力波动特性。通过对电控液压可变气门六个区间运行时间的实验发现:在不同的实验工况(不同的供油压力和不同的控制脉宽)下,液压腔的充油时间(t4)、泄油时间(t5)在一次完整周期内运行时间占比较大,而其他四个区间所占时间比例较小;随着供油压力增大,液压腔的充油时间(t4)逐渐缩短,而泄油时间(t5)基本维持不变;在相同的供油压力下,控制脉宽对液压腔的充油时间(t4)、泄油时间(t5)影响不大。通过对电控液压可变气门六个区间内的压力波动实验发现:在电磁阀的启闭瞬间和液压腔负荷突然发生变化时,管路内会出现激烈的压力波动;由于电磁阀的突然开启造成的压力下降(△P1)约为供油压力(P)的20%;在液压活塞产生附加升程的过程中,当液压活塞的加速度为零时,液压腔内会出现急速的压力升高(△P2),此压力波动对应的时刻会随着供油压力的升高而提前,且液压腔内产生的压力波动会影响到电磁阀前的压力波动;在电控液压可变气门的工作过程中,压力突变率(△P/△t)最大的地方出现在液压腔变负荷瞬间,且此压力突变率会随着供油压力的增大而增大,控制脉宽变化对其影响不明显。通过对电控液压可变气门管路内的压力波动研究,得到了电控液压可变气门产生压力波动的原因,提出了通过衡量液压腔的充泄油时间和液压腔内的压力突变率来评价电液可变气门性能优劣的指标。最后利用GT-POWER软件建立了一个电控液压可变气门的模型并通过实验数据验证了准确性,在此基础上分析了不同的结构参数对电控液压可变气门工作的六个区间和压力波动的影响。结果显示:液压腔的充油时间(t4)主要由进油孔的直径决定,随着进油直径的增大,液压腔的充油时间变短,而泄油时间(t5)基本维持不变,同时进油孔的直径大小也决定了液压腔的压力突变率(△P/△t),进油孔直径越大,液压腔的压力突变率越大;液压腔的泄油时间(t5)主要由液压活塞的直径决定,液压活塞直径越大,液压腔的泄油时间(t5)越长,当液压活塞直径为50mm时,液压腔内液压油已完全不能泄出,而液压活塞直径的增大,对液压腔的充油时间(t4)影响不大,随着液压活塞的增大,液压腔内的压力突变率(△P/△t)略有升高,但是增加幅度不大;发动机转速越高,液压活塞的最大位移变小,但是不改变液压腔的充油时间和泄油时间,随着发动机转速的提高,液压腔内的压力突变率(△P/△t)逐渐减小;气门弹簧的弹性系数(K)和气门弹簧的预紧力(F0)对液压腔的充油时间(t4)、泄油时间(t5)影响不大,且随着气门弹簧的弹性系数(K)和气门弹簧的预紧力(F0)的增加,液压腔内的压力突变率(△P/△t)呈现先增大,后减小的趋势。
【关键词】：柴油机 可变气门 充油时间 泄油时间 压力波动 仿真计算
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-27
• 1.1 引言10-14
• 1.1.1 能源危机10-12
• 1.1.2 环境压力12-14
• 1.2 可变气门系统发展历程与现状14-15
• 1.3 可变气门技术的分类与实现方式15-22
• 1.3.1 基于凸轮轴的可变气门15-20
• 1.3.2 无凸轮轴的可变气门机构20-22
• 1.4 柴油机可变气门系统的研究进展22-25
• 1.5 本文研究内容及意义25-27
• 2 电控液压可变气门机构平台搭建及测试原理27-35
• 2.1 电控液压可变气门系统机构的构成27-28
• 2.2 电控液压可变气门系统机构的组成部分28-32
• 2.2.1 液压系统29
• 2.2.2 驱动系统29-30
• 2.2.3 控制系统30-31
• 2.2.4 采集系统31-32
• 2.3 电控液压可变气门系统的工作过程32-33
• 2.4 电控液压可变气门机构的测试平台33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 电控液压可变气门机构性能的试验35-45
• 3.1 控制参数对电磁阀启闭延迟特性的影响38
• 3.2 控制参数对气门惯性延迟和管路延迟特性的影响38-39
• 3.3 控制参数对液压腔充油和泄油时间的影响39-40
• 3.4 控制参数对液压腔总延迟的影响40-42
• 3.5 控制参数对电控液压可变气门总周期的影响42-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 电控液压可变气门机构压力波动分析45-56
• 4.1 压力波动的危害45-46
• 4.1.1 空化现象45
• 4.1.2 压力波动对电磁阀阀芯的影响45-46
• 4.2 电控液压可变气门机构压力波动的原因46-50
• 4.3 控制参数对电控液压可变气门压力波动的影响50-55
• 4.3.1 电磁阀突然开启形成的压力波动与控制参数之间的关系50-52
• 4.3.2 液压腔变负荷形成的压力波动与控制参数之间的关系52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 电控液压可变气门机构的仿真分析56-75
• 5.1 仿真的意义56
• 5.2 系统仿真的GT-power实现56
• 5.3 电控液压可变气门机构结构参数对系统特性的影响56-72
• 5.3.1 驱动活塞直径对系统特性影响规律59-62
• 5.3.2 进油孔直径对系统系统特性影响规律62-64
• 5.3.3 气门弹簧弹性系数对系统特性的影响规律64-67
• 5.3.4 气门弹簧预紧力对系统特性的影响规律67-70
• 5.3.5 不同的转速对系统特性影响规律70-72
• 5.4 结构参数对电液可变气门的特性分析72-73
• 5.5 本章小结73-75
• 6 全文总结与展望75-78
• 6.1 全文工作总结75-77
• 6.2 工作展望77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果81-82
• 致谢82-83

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本文编号：642597