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原文传递电液可变气门系统用高速开关阀及其电-机械转换器的研究

论文题名：	电液可变气门系统用高速开关阀及其电-机械转换器的研究
关键词：	电液可变气门;高速开关阀;电-机械转换器;Fluent软件;结构参数;优化设计
摘要：	汽车发动机变气门技术的发展已有相当长的历史，但由于采用凸轮轴驱动气门启闭方式配气一直存在高能耗和高污染的问题。随着电液可变气门技术的出现，汽车发动机气门配气方式以及可调节性都得到了很大的提高，发动机燃油经济性、动力性也得到了很大的改善。但电液可变气门技术目前由于受到控制元件操作频率低的限制一直无法满足高转速发动机的使用要求，因而本文提出采用高速开关阀控制电液可变气门系统，并且将重点放在高频电—机械转换器的研制上。　　本文通过对比不同电—机械转换器的优缺点并结合电液可变气门系统的高频响要求，决定采用螺管式电磁铁配以小匝数、大电流以及反接卸荷回路PWM控制电路实现高速开关阀的高频响要求，并且借助Ansoft电磁场有限元仿真软件，对隔磁角、隔磁长度、衔铁长度等影响开关电磁铁性能的并且通过经验公式无法获得的结构参数进行优化设计，最终确定了高频电磁铁的所有结构参数。　　本文通过对高速开关阀不同阀芯结构的优缺点分析，决定采用传统的滑阀式阀芯结构，从而有效避免了高频响条件下液动力的影响。通过阀芯结构改进，有效地降低了阀芯质量，并且通过对比弹簧和液压力两种回复方式的优缺点，最后决定采用优化刚度的弹簧回复，有效地平衡了阀芯开启和关闭时间。在AMESim环境下搭建了高速开关阀的空载流量特性、空载压力特性以及带负载条件下的仿真模型。通过仿真分析，优化了高速开关阀的结构参数，并建立了空载流量—占空比特性和空载压力—占空比特性曲线。在有负载仿真模型的分析中，液压缸的最大行程达到了10mm，能够满足电液可变气门升程要求。此外，本文还将液压力回复模型下的仿真结果与弹簧回复模型下的仿真结果进行了对比，结果表明：弹簧回复比液压力回复具备更好的响应特性，并且系统压力不会受到限制。　　通过Fluent软件的前处理器Gambit建立了高速开关阀内部流道流场仿真模型，通过仿真分析获得了不同阀口开度下的稳态液动力、瞬态液动力随阀口开度的变化曲线，获得了不同阀口开度时流道内油液压力分布图以及油液流速变化图，通过分析对阀内油液的湍流、漩涡以及致噪因素等方面有了更为直观的认识。　　设计高频电磁铁以及高速开关阀的特性实验，通过实验获得了高频电磁铁的静态力—位移曲线和动态电流上升曲线。实验结果表明，该电磁铁达到1.4mm行程只需2.0ms左右的时间，并且静态下最大输出力达到了295N。搭建了高速开关阀的空载流量特性实验台，通过实验获得了高速开关阀的空载流量特性曲线，实验结果与仿真分析结果基本吻合，文章还对两种方法获得的结果进行了对比分析。将所设计的高速开关阀应用于电液可变气门系统进行实验研究，实验结果表明：在输入信号频率为133Hz，输入电压幅值为5V，弹簧刚度35N/mm，预紧力265N，系统压力8.5MPa，流量20L/min的条件下，弹簧回复的气门最大升程(10mm)比液压力回复的气门最大升程(8mm)高出25％，从而证实了高速开关阀及其电—机械转换器的有效性。最后，本文还对200Hz信号输入下的电液可变气门系统进行了实验研究，结果表明：采用本文研制的高速开关阀，在其它条件不变的情况下，气门最大升程可以达到5mm。并且根据仿真结果和实验结果的吻合情况，本文推论出：将系统压力提高到10MPa，气门回复弹簧刚度提高到70N/mm时，气门最大升程可以达到8mm，能够满足6000rpm转速发动机电液可变气门系统的频响以及升程要求。
作者：	娄相芽
专业：	机械电子工程
导师：	谢英俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学机械工程学系
学位年度：	2010
正文语种：	中文