动态气门运行特性及二冲程制动性能耦合研究

基于自主研发的变模式气门驱动装置,进行发动机和该气门驱动装置联合仿真,研究了二者的强耦合运行特性,为该装置的装机应用提供理论依据.研究结果表明:缸内压力和气门运行之间的强耦合关系在上止点附近排气门运行阶段尤为明显,尤其是在2300 r/min以下,发动机转速越高,气门动态升程损失程度越大,最大缸内压力越高;高于该转速后,二者变化程度逐渐减小;排气制动凸轮在上止点后设置过渡升程可消除排气门反跳的问题,并且可进一步改善制动功率和最大缸内压力之间的矛盾关系;与理想四冲程制动相比,二冲程制动的制动功率明显增加,最大缸内压力明显降低,发动机转速分别为1600、1900和2400 r/min时,实际二冲程制动功率分别提高了35.94%、45.61%和27.54%,最大缸内压力分别降低了45.42%、27.20%和7.35%.

控制软抓取器的电流变阀门的设计与性能探究

针对电流变流体驱动的软体机器人目前存在的如软体易损坏、复杂的腔体更换成本高、电流变液难以制得等诸多问题,提出一种由电流变阀门控制的软抓取器。该软抓取器使用了模块化的思想,将控制系统集中在了电流变流体控制阀中,而软体手指则是标准件,具有便于装配更换、控制系统简单的优点。电流变效应是指在外加电场作用下,电流变流体会由自由流动状态瞬间变刚度,呈现出凝固状态,当外加电场消失,又能迅速复原。为利用电流变效应去设计控制阀门系统,进行了电流变流体变刚度性能试验,通过试验讨论了不同影响因素对电流变流体变刚度能力的影响。试验结果表明,电场强度、两电极板之间的距离、电极的长度、电极的宽度、硅油的黏度对电流变流体变刚度性能产生不同的影响。通过试验结果,可以筛选出电流变流体工作的最优环境条件。此外,由电流变阀门控制的软抓取器可以通过控制流体的流动方向来控制机械手的抓取模式。软抓取器样机试验验证了其对不同形状物品的抓取能力。

电磁气门驱动设计及其电磁铁静吸力特性试验

根据双弹簧、双电磁铁的电磁气门驱动 (Electromagnetic Valve Actuation,EVA)原理 ,设计制作了用于探索性试验研究的 EVA装置及其电磁铁静吸力特性试验系统 ,测量了电磁铁的静吸力特性。试验结果表明 :1)电磁铁的电磁力达到了设计点的要求 ;2 )在 EVA动态试验中应考虑 3个问题 ,即 :在初始化过程后期线圈逐渐减小电流、保持阶段保证电磁力大于弹簧力以及过渡过程后期线圈所通电流随气隙而变化。

发动机电磁气门驱动动态特性试验研究

在电磁气门驱动(EVA)研究中,设计制作了EVA动态特性试验装置和测试系统,对所研制的EVA进行了初始化试验和往复运动试验。试验结果表明,所设计的EVA能够按照其工作原理和控制系统的要求运动,但在开环控制的条件下,不可能实现软着陆,因此EVA必须采用闭环控制系统。

无节气门负荷控制策略对汽油机性能影响的研究

在汽油机上取消节气门,采用可变气门升程和气门定时控制进气量,继而控制发动机负荷,实现汽油机的无节气门负荷控制。针对一台4缸汽油机采用可变气门驱动负荷控制方式建立了无节气门汽油机仿真模型,并得到试验验证。在此基础上研究了不同负荷控制方式对汽油机性能的影响。结果表明,采用可变气门开启持续期(VET)负荷控制方式可以有效降低汽油机部分负荷泵气损失,最大降低幅度达到57%,同时比油耗降低了5.63%。VET同样可以使全负荷时低速转矩和高速功率得到提高,其中低速转矩提升达到了27.8%。但VET实现汽油机怠速控制较为困难,需要同时采用降低气门升程的(VVL)控制方式,该控制方式下泵气损失有所提高,但是气门升程降低造成进气流通特性的改变使燃油雾化及燃烧得到改善。

发动机全可变液压气门机构进气性能的研究

在全可变液压气门机构中,通过设置在配气凸轮与进气门之间的液压气门驱动机构驱使进气门开启,用泄油控制机构释放液压系统中的油压使进气门关闭。通过模拟计算分析了该液压气门机构中气门运动规律的主要特征,计算结果表明这种液压气门机构可通过改变泄油初始相位角实现进气门最大升程和进气迟闭角的连续可变。新研制了具有全可变液压气门机构的发动机样机,并试验测量了样机的进气性能。试验结果表明,这种全可变液压气门机构能够控制发动机气缸内的进气量。这对于降低发动机泵气损失、研制无节气门汽油机是十分必要的。

柴油机无凸轮轴配气机构

基于1105型单缸柴油机,开发了无凸轮轴电液配气机构。介绍了系统的硬件组成,标定了所用电磁阀打开和关闭延迟,并进行了初步试验。试验表明,该机构具有高的工作可靠性和重复性,可以实现灵活的气门正时控制。同时也指出了机构的不足。

全可变气门机构闭环控制试验研究

为进行均质充量压缩燃烧的研究,开发一套进气门升程和相位、排气门升程和相位等4个参数均可独立自由控制的全可变气门机构。同时为研究可变气门技术的控制策略,开发一套全可变气门机构控制策略研究试验平台,包括一台变频调速电动机、液压及润滑系统、全可变气门机构控制单元及其试验管理系统,该平台可在模拟发动机运行的条件下进行气门机构控制策略研究和评价。对可变升程和可变相位闭环控制策略的试验研究结果表明,整套策略可以实现进排气门升程在0～9．7 mm之间、相位在60°范围内连续、快速、稳定的调节,为提高汽油机的效率和实现均质充量压缩燃烧发动机的运行控制奠定了基础。

发动机电磁气门驱动中的电磁铁结构方案分析

在发动机电磁气门驱动(EVA)研究中,利用电磁驱动通用CAE软件FLUX2D/3D对一已有EVA的电磁铁进行了静吸力计算。仿真结果与试验结果基本相符,说明计算中的几何建模、物理属性的配置以及划分网格等处理均合理可行。在此基础上,对5种电磁铁结构方案进行了静吸力计算和比较分析,得出直流E型电磁铁适用于发动机电磁气门驱动的结论。

气门参数对汽油机可控自燃燃烧控制作用的数值模拟

通过可变气门机构使部分燃烧废气保留在缸内,是实现汽油机可控自燃(controlled auto-ignition,CAI)燃烧的切实可行的办法,然而多参数可调气门机构增加了控制的复杂程度.为此,利用一维循环模拟软件在Simulink环境中建立了带有进、排气门升程及定时均可控的四变量气门执行机构(4-variable valve actuating system,4VVAS)的汽油机仿真试验平台,探讨了气门各参数对循环热废气及CAI燃烧过程的控制作用及控制敏感性.研究结果表明,其他参数相同时,排气门定时对汽油机CAI燃烧的影响主要体现在缸内废气残留量及废气温度的大小,而进气门定时主要通过影响进气回流和有效压缩比来影响燃烧过程;存在一个最佳位置没有进气回流,能够取得最大负荷.在当量比燃烧时,排气门参数对发动机负荷和着火时刻的控制最为直接和有效,是汽油机CAI燃烧的重要控制参数.

发动机无凸轮轴气门驱动的研究与进展

阐述了在发动机上以电磁、电液、电气或其他方式驱动气门 ,实现无凸轮轴气门驱动 ,可以灵活改变气门正时 ,简化发动机结构 ,能有选择地闭缸 ,灵活改变发动机有效压缩比以适应多种燃料要求 ,使发动机获得比采用一般可变气门驱动更多的好处。无凸轮轴气门驱动的主要问题是响应速度不够高、气门落座冲击、能耗过高以及驱动系统复杂昂贵。

进气门晚关对柴油HCCI燃烧和排放影响的数值模拟

将包括完整发动机循环的三维计算流体力学(CFD)模型与详细反应动力学机理耦合,研究进气门晚关(LIVC)对柴油均质压燃(HCCI)发动机燃烧和排放的影响。结果发现,使用LIVC可降低有效压缩比,进而有效地控制着火点并显著降低氮氧化物(NOx)排放,由于降低了燃烧温度和缸内缺少氧气,会增加碳烟、碳氢(HC)和一氧化碳(CO)的排放。为揭示LIVC策略降低柴油HCCI发动机排放的潜力,进一步通过在调整进气门关闭定时的情况下,研究了进气压力、废气再循环(EGR)率和喷油定时(SOI)的影响。计算表明,通过LIVC和增加进气压力可实现NOx的超低排放,保持较低的碳烟、HC和CO排放,但在运行过程中需要足够的EGR量和优化的喷油定时加以辅助。在部分负荷下,通过使用260°CA的进气门关闭时刻、0.18MPa的进气压力、50%的EGR量和20°CABTDC的喷油定时,可避免NOx和碳烟的排放。

HCCI/SI双模式汽油机全可变气门控制的研究

全可变气门技术是目前汽油机上实现均质充量压缩燃烧(HCCI)及HCCI与火花点火(SI)燃烧模式之间过渡最为切实有效的技术途径之一。为了进行HCCI的研究,开发了一套进气门升程、进气门相位、排气门升程和排气门相位等4个参数均可独立自由控制的全可变气门机构控制系统。在介绍了其运动机构、系统构成等方面后,提出了全可变气门自适应PID控制策略,并研究了在不同的发动机运行参数(包括转速、油压和油温)的控制特性,提出了在此控制特性下发动机负荷控制策略及其HCCI/SI模式过渡控制策略。

新型发动机连续可变气门装置原理及分析

为了适应发动机不同工况对进气系统的要求,提出一种新型连续可变气门装置的原理及实现方法。新装置以液压作为驱动进气门运动的动力,其特色在于采用可控转角的调相凸轮调控进气门的相位、采用可控升程的气门升程调节器调控进气门的升程,据此实现发动机配气相位及气门升程的连续无级可变。对一台采纳新型配气机构的摩托车发动机进行了数学建模及仿真分析,结果表明:发动机进气迟闭角(IVC)的调节范围可达16～44℃A,进气早开角(IVO)的调节范围可达8～14℃A,进气门升程h调节范围可达0～7.825 mm,由此将配气机构的最佳适应范围拓宽至常用工况区域,从而有利于改善摩托车在中小负荷和中低转速区的性能,并为研制无节气门汽油机奠定了设计基础。

全可变气门机构动态调节特性对汽油HCCI运行的影响

利用GT-Power和Simulink搭建了进排气门升程相位全可变(4V)HCCI发动机仿真平台,其中包括单缸机模型、HCCI燃烧模型、4V型线生成器模型、4V机构执行器模型及发动机控制器模型．在此平台上分别研究了全可变气门的升程及相位的正向和反向动态调节特性对HCCI过渡运行的影响．仿真结果给出了HCCI过渡运行中相对于气门调节的时间滞后特性,为进一步的HCCI动态过程控制提供了基础数据．

发动机电磁气门驱动(EVA)机构的设计及试验

为给电磁气门驱动(Electromagnetic Valve Actuation,EVA)气门软着陆研究提供适用的平台和探索电磁气门驱动小型化设计,研制了一个装在每缸4气门汽油机缸盖上的EVA装置。采用电磁驱动的传统设计方法与CAE相结合,确定了电磁铁结构、尺寸和线圈参数,其中铁芯由E型硅钢片堆叠而成。EVA装置的总体装配关系中主要考虑了铁芯固定、衔铁运动限位、EVA与缸盖联结等。此外在EVA中布置了电磁铁磁链测量线圈、励磁线圈温度测量电阻。报告了EVA设计过程及初步的仿真和试验结果。

采用磁场分割法进行的发动机电磁气门驱动(EVA)仿真计算

在对发动机电磁气门驱动(Electromagnetic Valve Actuation,简称EVA)进行的仿真计算中,采用磁场分割法建立了电磁铁磁路模型,并根据牛顿第二定律和电压平衡原理分别建立了EVA动力学模型和电路模型,编制了相应的计算程序。计算与试验对比基本符合的情况表明,所建模型反映了EVA的基本特征,整套仿真方法可行。

智能电动执行器可变电感式扭矩测量系统的设计

为避免智能电动阀门执行器由于负载扭矩超过额定值而导致的阀门或执行器损坏,本文提出了一种可变电感式扭矩测量系统。该系统采用机电一体化的可变电感式扭矩传感器,实时、精确测量执行器工作时的扭矩,并通过执行器内置的微处理器对执行器动作进行自动控制,实现对执行器或阀门的扭矩过载保护。

基于PWM方式的变几何涡轮增压器可调喷嘴气动执行机构

本文设计开发了一种用于连续调节变几何涡轮增压器可调喷嘴开度的气动执行机构,该气动执行机构采用两个由PWM方式驱动的快速开关阀控制膜片式单作用气缸工作腔中的充放气量,实现了对可调喷嘴开度的连续调节。仿真和台架测试结果表明,该气动执行机构具有耗气量小、可靠性高的优点,能够满足车用发动机对变几何涡轮增压器可调喷嘴执行机构的要求。

发动机电磁气门驱动动态仿真与分析

用有限元法和集总参数法对一试验用电磁气门驱动(EVA)系统进行了动态仿真。在集总参数法中,根据牛顿第二定律和基尔霍夫电压定律分别建立EVA系统的动力学模型和电路模型,而把电磁力随气隙、电流的变化和电流随气隙、磁链的变化分别做成数据表。用集总参数法进行动态仿真,分析了EVA中电磁铁内涡流、励磁线圈电阻和电磁力对EVA动态工作特性的影响。两种仿真都与实验结果吻合较好,但集总参数法计算效率更高,且可仿真EVA的闭环控制过程。