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原文传递高低压驱动方式的研究及其在电液变气门系统的应用

论文题名：	高低压驱动方式的研究及其在电液变气门系统的应用
关键词：	变气门系统;高低压驱动;PWM控制电路;高速电磁铁;Simulink仿真;汽车发动机;气门配气
摘要：	可变气门技术，使得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。传统的凸轮轴式可变气门执行系统的气门特性，受到凸轮型线的限制。要达到气门正时、气门升程、气门开启持续期以及气门动作速度在各种转速和负荷条件下均可以进行柔性调节，就有必要取消凸轮轴，从而使气门的动作和发动机脱开固定的联接关系，而不再受凸轮型线的限制。　　本文主要研究了基于电液原理的变气门执行机构。主要包括系统关键的元器件、驱动电路以及针对高低压驱动电液变气门系统的仿真与实验研究。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，选择并研究了螺管式电磁铁结构。　　通过建立高速电.机械转换器的理论模型、有限元模型，分析关键结构参数对其驱动特性和动态响应的影响，进而得到优化后的最佳结构参数。通过建立系统的理论模型，分析推导了气门升程与控制信号之间的关系，通过仿真确定高低压控制最优的参数。　　以比例电磁铁作为系统的电/机械转化器，设计了PWM高速驱动电路板，并应用到变气门系统，对高低压驱动方案进行验证。实验结果表明高低压驱动方式明显的提高了变气门系统的频率响应，验证了仿真模型的正确性。　　本文的第1章，首先回顾了变气门系统的国内外研究现状和研究成果，详细列举了几种最典型的变气门系统方案及各自的优缺点。其次，列举了典型的高低压电路的驱动方案以及高低压驱动电路的典型应用。最后，简单说明了本课题的研究背景、研究内容和步骤，并分析了研究意义。　　第2章对重点研究了电磁铁的各个参数，包括材料参数、结构参数、温度参数。建立了电磁铁静态输出吸力的理论模型；通过Ansoft有限元计算，分析力电磁铁的静态特性，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，最终确定了高速电磁铁的所有结构参数。　　第3章设计了系统实现方案，并阐述了高速开关阀/比例阀驱动的电液变气门系统的工作原理。首先以比例电磁铁作为驱动器，推导了电液变气门系统的数学模型，给出了气门稳态升程与控制信号之间的数学关系；其次对于本文所侧重的高低压驱动方式，通过仿真，给出了驱动信号的最优高电压保持时间7.8ms，进而分析对比了常规驱动方式与高低压驱动方式对整个系统不同的影响。　　第4章根据所提出的高低压驱动技术，阐述了在电液变气门系统中的实现方案，并搭建了实验系统，对高低压驱动、常规控制信号驱动分别进行了实验。实验结果表明：对比例电磁铁驱动的电液变气门系统，常规的驱动信号，系统的频响为25Hz；采用高低压驱动技术，系统的频响可以提高至51Hz。实验结果与仿真结果基本吻合，再次验证了高低压驱动方案的正确性与可行性，提高了系统的频响。　　第5章为总结与展望，总结了本论文得出的主要研究结论，并提出了今后的规划步骤和研究方向。
作者：	高镇
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
学位年度：	2011
正文语种：	中文