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可变凸轮轴配气相位机构的测试及分析

作　者: 刘小平
导　师: 姚春德
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 发动机凸轮轴可变配气相位仿真配气相位器测试技术及装置
分类号: TK403
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

节约能源,控制有害排放,已成为内燃机技术发展的主导方向。传统气门驱动系统具有一定局限性,通常只能保证在某一工况优化发动机的性能,其凸轮型线在出厂时即已经固定,无法在运行过程中进行调节,它使得发动机的性能难以在各种工况下都达到优化。可变气门正时能够较好的满足发动机不同转速、负荷工况对于配气正时的不同要求,从而整体提高发动机综合性能,可变气门技术已成为衡量发动机性能的关键技术之一。本文在广泛参阅国内外研究及生产现状基础上,结合企业合作项目的实际情况,采用模型分析,仿真分析计算,设计制造,试验测试和整机试验相结合的研究模式,对可变凸轮轴配气相位器系统(VCT)进行了较为系统和深入的研究。主要研究工作可以概括如下:1.通过研究可变凸轮轴配气相位系统的工作机理,建立了可变凸轮轴配气相位系统的机、电、液、磁仿真模型,利用MATLAB\SIMULINK软件对系统进行仿真计算。揭示了相位器系统各结构参数及各种运行参数对其系统性能的影响规律,以便对相位器的设计制造提供可靠的参数和依据。2.通过对相位器液压部分的分析,研究了可变凸轮轴配气相位可能的泄漏情况,建立了系统泄漏的数学模型,对可能存在的内外泄漏进行计算,并对泄漏控制进行分析。通过对相位器系统的泄漏分析,揭示了系统各种间隙对其泄漏的影响,为相位器系统的设计制造提供可靠的参数和依据。3.在分析典型可变配气相位机构特点,剖析配气相位中影响发动机性能的各种可变因素的基础上,确定了基于凸轮轴调相的可变配气相位结构方案。通过仿真计算和借鉴国外的开发经验,设计了一套可变凸轮轴配气相位机构。分别从叶片、密封、锁止销和油道布置等方面对叶片式连续可变凸?轮相位器本体结构着重分析与选择,并阐述了进、排气相位器的不同设计考虑,明确了材料的选取原则。另外,对相位器的设计原则进行了详细阐述,指出设计相位器的要满足的技术关键。4.建立了可变配气相位器的试验测试系统,为可变相位器系统的深入研究及产品开发提供了有效的工具。针对液压油驱动VCT系统液力、机械结构具有非线性特征及系统时变性等特点提出了PID控制策略,研究表明,PID控制来说有较好的执行性能,提出的控制算法具有结构简单、实时性好、响应快等优点,较好的满足了VCT控制要求。并利用测试系统分析和探讨了相位器系统机构工作过程中参数的变化规律。测试系统采用电控,智能,集成的控制方式及友好的测试界面。5.对新研制的可变配气相位器在发动机上进行试验研究,完成对相位器本体系统进行最终的实机测试。结果显示,新研制得可变配气相位器可以满足发动机要求,表明为此研制的性能测试装置已经可以用于新开发的相位器性能检测。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-26
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 可变气门正时技术的在国外的发展现状及其技术特点  11-21
    1.2.1 可变气门正时机构的研究现状（无凸轮机构）  12-13
    1.2.2 可变气门正时机构的研究现状（有凸轮机构）  13-20
    1.2.3 不同机构特点比较  20-21
  1.3 可变气门正时技术在国内的发展现状  21
  1.4 可变凸轮轴配气相位的发展方向  21-24
    1.4.1 可变凸轮轴配气相位技术的优越性  22-24
    1.4.2 研究可变凸轮轴配气相位技术的难点  24
    1.4.3 可变凸轮轴配气相位技术的发展趋势  24
  1.5 课题的意义与本文的主要工作  24-26
第二章可变凸轮轴配气相位机构的设计研究  26-39
  2.1 总体方案的确定  26-27
  2.2 可变配气相位系统构成及工作原理  27-30
  2.3 进气相位器、排气相位器对比  30-31
  2.4 相位器的结构设计  31-36
    2.4.1 叶片  32-33
    2.4.2 密封  33-34
    2.4.3 锁止销  34-35
    2.4.4 油道  35-36
    2.4.5 弹篝  36
  2.5 相位器零部件的设计  36-38
  2.6 本章小节  38-39
第三章可变凸轮轴配气相位系统的建模仿真、泄漏分析与实用性开发  39-65
  3.1 可变?凸轮轴配气相位器系统的建模仿真与分析  39-56
    3.1.1 可变配气相位系统主要构成  39-42
    3.1.2 系统数学模型的建立  42-48
    3.1.3 可变凸轮轴配气相位器系统的仿真计算与分析  48-56
  3.2 可变凸轮轴配气相位器的泄漏分析  56-61
    3.2.1 可变凸轮轴配气相位器结构分析  56-57
    3.2.2 泄漏分析  57-60
    3.2.3 泄漏测试装置  60
    3.2.4 计算与实测结果分析  60-61
  3.3 可变配气相位器的实用性开发  61-64
    3.3.1 总体要求  61-62
    3.3.2 参数确定  62-64
  3.4 本章小节  64-65
第四章可变凸轮轴配气相位机构测试系统  65-94
  4.1 试验测试系统的研究与开发  65-68
    4.1.1 测试系统的总体设计方案  65-67
    4.1.2 测试系统主要测试和控制项目  67-68
    4.1.3 测试系统实现  68
  4.2 测试系统机械部分  68-72
    4.2.1 机械部分的设计要求和总体构想  68-69
    4.2.2 试验系统机械部分总体结构设计  69-72
  4.3 测试系统电控系统的设计  72-84
    4.3.1 MCU 的性能介绍  72-74
    4.3.2 电控单元硬件设计  74-77
    4.3.3 测试装置电控单元软件设计  77-84
  4.4 上位机软件设计  84-87
  4.5 测试系统的控制  87-93
    4.5.1 PID 控制方法  87-90
    4.5.2 PID 控制器参数整定  90-91
    4.5.3 实验结果及结论  91-93
  4.6 本章小结  93-94
第五章可变凸轮轴配气相位机构的试验及结果分析  94-110
  5.1 运行参数对进气相位器的影响  94-103
    5.1.1 空载时的影响特性  94-98
    5.1.2 负载时的影响特性  98-100
    5.1.3 径向负载时的影响特性  100-103
  5.2 运行参数对排气相位器的影响  103-109
    5.2.1 无径负载时的影响特性  103-107
    5.2.2 径向负载时的影响特性  107-109
  5.3 本章小结  109-110
第六章可变凸轮轴配气相位机构在发动机上的试验研究  110-116
  6.1 试验装置  110-112
    6.1.1 试验用发动机  110-111
    6.1.2 VCT 与发动机相关的几个问题  111-112
  6.2 试验方法  112-113
    6.2.1 响应速度试验  112-113
    6.2.2 稳态特性试验  113
  6.3 试验结果与分析  113-115
    6.3.1 响应速度  113
    6.3.2 稳态特性  113-115
  6.4 本章小结  115-116
第七章全文工作总结及展望  116-119
  7.1 本文的主要研究成果  116-117
  7.2 本文的创新  117
  7.3 今后工作的展望  117-119
参考文献  119-123
发表论文和科研情况说明  123-124
致谢  124

可变凸轮轴配气相位机构的测试及分析

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