国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

柴油機(jī)電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)特性

2021-05-06 07:42:20于飛劉波瀾顏超韓耀輝王文泰
兵工學(xué)報(bào) 2021年3期
關(guān)鍵詞:相位角凸輪軸氣門(mén)

于飛, 劉波瀾, 顏超, 韓耀輝, 王文泰

(北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院, 北京 100081)

0 引言

高強(qiáng)化柴油機(jī)功率密度的進(jìn)一步提升帶來(lái)缸內(nèi)爆發(fā)壓力控制更加困難的問(wèn)題,采用米勒循環(huán)是一種可有效降低爆發(fā)壓力的技術(shù)手段,是未來(lái)高強(qiáng)化柴油機(jī)發(fā)展的主流技術(shù)方向[1-2]。米勒循環(huán)控制參數(shù)即米勒率的提高可有效降低壓縮比,研究表明米勒率達(dá)到2左右時(shí)有效壓縮比減少近半,這種情況會(huì)帶來(lái)柴油機(jī)啟動(dòng)困難的問(wèn)題[3]。因此,未來(lái)高強(qiáng)化柴油機(jī)采用可變配氣相位技術(shù),已成為技術(shù)發(fā)展的必然選擇。

可變配氣技術(shù)被民用車輛普遍采用,具有減少泵氣損失、提高充氣效率、實(shí)現(xiàn)可變有效壓縮比、提高怠速穩(wěn)定性、優(yōu)化膨脹比、實(shí)現(xiàn)內(nèi)部廢氣再循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)??勺儦忾T(mén)正時(shí)可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷提供合適的氣門(mén)正時(shí)角,從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)和排放等性能。

目前最常用的可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)包括豐田vvt-i[4]、寶馬vanos[5]等,它們通過(guò)液壓調(diào)節(jié)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變氣門(mén)正時(shí)角,其性能和響應(yīng)受發(fā)動(dòng)機(jī)工況影響較大。無(wú)凸輪式可變氣門(mén)機(jī)構(gòu)成本較高且控制復(fù)雜,短時(shí)間內(nèi)難以應(yīng)用[6-8]。電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制方便,逐漸被國(guó)內(nèi)外研究人員所重視[9-12]。在電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)中,電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置[13],其減速器為執(zhí)行裝置[14],大減速比的減速器可以增加電機(jī)輸出扭矩,減少氣門(mén)正時(shí)角調(diào)節(jié)誤差[15],達(dá)到更好的氣門(mén)正時(shí)角調(diào)節(jié)效果。

電動(dòng)可變配氣相位技術(shù)也是柴油機(jī)逐漸走向電器化的技術(shù)內(nèi)容之一,帶來(lái)柴油機(jī)性能調(diào)節(jié)更大的裕度??勺兣錃庀辔患夹g(shù)在柴油機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用目前較少,這與柴油機(jī)的強(qiáng)化程度及機(jī)構(gòu)的性能有關(guān)系。

本文針對(duì)某柴油機(jī)對(duì)配氣正時(shí)的調(diào)節(jié)需求開(kāi)展新型電動(dòng)配氣相位機(jī)構(gòu)的研究,研究設(shè)計(jì)了基于無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)合大減速比NN型減速器的調(diào)節(jié)系統(tǒng),建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,仿真分析了基本調(diào)節(jié)特性和控制參數(shù)初選,開(kāi)展了模擬臺(tái)架試驗(yàn)研究,驗(yàn)證了基本調(diào)整特性、啟動(dòng)調(diào)節(jié)特性和電壓影響特性等性能,從而為可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)的實(shí)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

1 電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

針對(duì)研究的某型高強(qiáng)化柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)的技術(shù)需求,其進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)角的調(diào)整范圍如圖1所示。配氣的調(diào)節(jié)主要分為兩個(gè)方面,首先,根據(jù)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)節(jié)氣門(mén)晚關(guān)角,在高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷時(shí)采用較大進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)角實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán),從而減少爆發(fā)壓力并提高循環(huán)效率;在低轉(zhuǎn)速低負(fù)荷時(shí)采用較小的進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)角,以提高進(jìn)氣效率、減少對(duì)進(jìn)氣壓力要求。其次,在柴油機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)階段時(shí),需要較小的進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)角來(lái)保證循環(huán)的有效壓縮比處于較高水平,從而保證柴油機(jī)啟動(dòng)過(guò)程缸內(nèi)燃燒順利地進(jìn)行。由此可以看出,所需進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)角的調(diào)節(jié)范圍為26.5°. 為方便研究,本文設(shè)計(jì)電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)角可調(diào)節(jié)范圍為35°.

圖1 不同工況下需要的進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)角Fig.1 Late intake valve closing angle required by different operating conditions

該柴油機(jī)氣門(mén)彈簧剛度40 000 N/m,預(yù)緊力290 N,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 000 r/min時(shí)凸輪軸實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩如圖2所示,其平均轉(zhuǎn)矩為4.7 N·m.

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 000 r/min時(shí)凸輪軸扭矩Fig.2 Cam shaft torque at 1 000 r/min

1.2 電動(dòng)可變配氣機(jī)構(gòu)

電動(dòng)可變配氣相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)基本調(diào)節(jié)原理與電液式的基本相同,即通過(guò)在曲軸- 凸輪軸的主傳動(dòng)系統(tǒng)中加入電機(jī)調(diào)節(jié)凸輪軸的附加運(yùn)行,從而使凸輪軸相對(duì)曲軸發(fā)生相位變化,達(dá)到相位調(diào)節(jié)的效果。電動(dòng)可變配氣相位系統(tǒng)組成如圖3所示,機(jī)構(gòu)總成安裝在凸輪正時(shí)齒輪端面?zhèn)?,分別由無(wú)刷直流電機(jī)、NN型減速器、曲軸相位傳感器、凸輪軸相位傳感器和發(fā)電機(jī)電子控制單元組成。

圖3 電動(dòng)可變配氣相位系統(tǒng)組成Fig.3 Composition of electric variable valve system

其核心裝置NN型減速器總成由5個(gè)主要組件組成,如圖4所示:輸出端外齒輪,即凸輪軸正時(shí)皮帶輪通過(guò)正時(shí)鏈條與曲軸正時(shí)皮帶輪連接,輸出端內(nèi)齒輪連接到凸輪軸,輸入端雙聯(lián)外齒輪套在偏心軸上,與輸入端內(nèi)齒輪嚙合;偏心軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為機(jī)構(gòu)的輸入。

圖4 NN型少齒差行星減速器Fig.4 NN planetary reductor

NN型減速器本質(zhì)上為2K-H行星輪系,為兩套齒圈、行星輪、行星架機(jī)構(gòu)的組合。組件輸出端外齒輪與輸入端內(nèi)齒輪通過(guò)螺釘連接固定旋轉(zhuǎn),輸出端外齒輪在曲軸帶動(dòng)下將轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳遞給輸入端內(nèi)齒輪,即第1套行星系統(tǒng)的齒圈結(jié)構(gòu);兩套行星系統(tǒng)的行星輪同軸固定旋轉(zhuǎn),即雙聯(lián)齒輪中的大齒輪為第1套行星系統(tǒng)的行星輪,小齒輪為第2套行星系統(tǒng)的行星輪。該減速器以第2套行星系統(tǒng)的齒圈(輸出端內(nèi)齒輪)作為輸出,同時(shí)兩套行星輪系的行星架為共用的偏心軸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同,即輸入端內(nèi)齒輪與偏心軸轉(zhuǎn)速相同時(shí),減速器各組件以相同的轉(zhuǎn)速共同旋轉(zhuǎn);當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí),偏心軸帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)速增加,與輸入端內(nèi)齒輪之間形成轉(zhuǎn)速差,該轉(zhuǎn)速差經(jīng)過(guò)行星輪的自轉(zhuǎn)以及圍繞偏心軸的公轉(zhuǎn),減速輸出到輸出端內(nèi)齒輪,從而使輸出轉(zhuǎn)速增加。

該系統(tǒng)的具體工作原理為,當(dāng)氣門(mén)正時(shí)角不需要改變時(shí),曲軸帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)(凸輪軸轉(zhuǎn)速為曲軸的一半),電機(jī)轉(zhuǎn)速保持與凸輪軸轉(zhuǎn)速相同;當(dāng)需要改變氣門(mén)正時(shí)角時(shí),改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,電機(jī)帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)速改變,從而改變氣門(mén)正時(shí)角,相應(yīng)的調(diào)節(jié)原理如圖5所示。

圖5 氣門(mén)正時(shí)角調(diào)節(jié)原理Fig.5 Valve timing angle adjustment principle

1.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

NN型少齒差行星減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖6所示。圖6中,X為輸入端,a為輸入端外齒輪,b為輸入端內(nèi)齒輪,c為輸出端內(nèi)齒輪,d為輸出端外齒輪。

圖6 NN型少齒差行星減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖Fig.6 Schematic diagram of NN planetary reductor transmission

使用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法可以求得傳動(dòng)比計(jì)算公式為

(1)

式中:nX、nd分別為減速器對(duì)應(yīng)部件轉(zhuǎn)速;Za、Zb、Zc和Zd為對(duì)應(yīng)齒輪的齒數(shù)。

氣門(mén)正時(shí)角θ是電機(jī)與凸輪軸速差的積分,

(2)

式中:ne為電機(jī)轉(zhuǎn)速;nf為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;t為工作終止時(shí)刻;τ為時(shí)間。

考慮到電機(jī)尺寸以及輸出扭矩,設(shè)計(jì)NN型少齒差行星減速器齒輪齒數(shù)如下:

(3)

其減速比計(jì)算可得為154,無(wú)刷直流電機(jī)的輸出扭矩由減速器放大(1∶154),一般情況下對(duì)于通用的少齒差減速器,傳動(dòng)效率可取為0.85. 因此,電機(jī)輸出扭矩即使只有0.1 N·m也可以帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

通過(guò)試驗(yàn)可測(cè)得目標(biāo)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 000 r/min時(shí)實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速圖如圖7所示。由圖7可以看出,電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)在±3 r/min,通過(guò)減速器的減速作用,由(4)式可以計(jì)算出實(shí)際氣門(mén)正時(shí)角的控制精度Eθ為0.116°.

(4)

式中:Ene為電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)誤差(°/s)。

圖7 電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)Fig.7 Motor speed fluctuation

2 系統(tǒng)建模

由第1節(jié)分析可知,該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所需功能是根據(jù)外部輸入的目標(biāo)轉(zhuǎn)角信號(hào),通過(guò)調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變氣門(mén)正時(shí)角大小。設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)圖如圖8所示,電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)NN型減速器的偏心軸,電機(jī)內(nèi)部有閉環(huán)調(diào)速器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,該閉環(huán)調(diào)速器的輸入為參考轉(zhuǎn)速,參考轉(zhuǎn)速由反饋控制器及前饋控制器給出。本文中電機(jī)及其控制器被視為執(zhí)行器,輸入為參考凸輪相位以及凸輪負(fù)載,輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速并經(jīng)過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算后得到實(shí)際凸輪相位。

圖8 機(jī)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)圖Fig.8 Control structure of system

2.1 電機(jī)模塊

本文所用電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī),其等效電路圖如圖9所示,分析無(wú)刷直流電機(jī)的等效數(shù)學(xué)模型作為其建模的依據(jù)。圖9中,U為電源電壓,R為繞樞電阻,i為回路電流,L為繞樞電感,E為電機(jī)反電動(dòng)勢(shì),Te為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩,n為電機(jī)轉(zhuǎn)速,TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩,θe為電機(jī)轉(zhuǎn)角,M為電機(jī)本體。

圖9 直流電機(jī)等效電路圖Fig.9 Equivalent circuit diagram of brushless DC motor

由基爾霍夫電壓定律,可得

(5)

電磁轉(zhuǎn)矩E與電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)Te分別為

(6)

式中:Ce為反電動(dòng)勢(shì)常數(shù);Cm為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。

根據(jù)負(fù)載平衡關(guān)系,可得

(7)

式中:J為電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

2.2 機(jī)構(gòu)模型

基于Simulink軟件建立系統(tǒng)模型如圖10所示,相位調(diào)節(jié)器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊均為PID控制器,其輸入為目標(biāo)值與實(shí)際值的差值;電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的作用是調(diào)整電機(jī)的工作電壓,通過(guò)改變脈沖調(diào)制(PWM)波占空比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn);直流電機(jī)模塊依據(jù)2.1節(jié)數(shù)學(xué)公式進(jìn)行建模,其輸入包括工作電壓與凸輪負(fù)載,模型中凸輪負(fù)載為通過(guò)對(duì)凸輪軸克服氣門(mén)彈簧帶動(dòng)氣門(mén)開(kāi)關(guān)所需的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算,取一個(gè)工作周期的平均值。相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)模塊通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速差值的積分求取實(shí)際氣門(mén)正時(shí)角。

圖10 電動(dòng)氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)控制模型Fig.10 Control model of electric valve timing system

3 仿真結(jié)果分析

3.1 恒定轉(zhuǎn)速相位調(diào)節(jié)

圖11所示為凸輪軸轉(zhuǎn)速保持1 500 r/min不變的情況下,隨著目標(biāo)氣門(mén)正時(shí)角的變化,電機(jī)轉(zhuǎn)速變化規(guī)律以及實(shí)際氣門(mén)正時(shí)角的跟蹤情況。由圖11可以看出:當(dāng)目標(biāo)氣門(mén)正時(shí)角不變時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速與凸輪軸的轉(zhuǎn)速相同;當(dāng)目標(biāo)氣門(mén)正時(shí)角變大時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速增加;當(dāng)目標(biāo)氣門(mén)正時(shí)角變小時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速降低。目標(biāo)氣門(mén)正時(shí)角在5 s時(shí)發(fā)生階躍,實(shí)際角度迅速跟蹤并出現(xiàn)超調(diào),隨后實(shí)際角度緩慢下降并逐漸趨于穩(wěn)定,穩(wěn)態(tài)時(shí)間為4 s.

圖11 凸輪軸轉(zhuǎn)速1 500 r/min時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速和正時(shí)角Fig.11 Motor speed and timing angle at camshaft speed of 1 500 r/min

3.2 變轉(zhuǎn)速相位調(diào)節(jié)

圖12所示為凸輪軸轉(zhuǎn)速?gòu)? 500 r/min增加到2 000 r/min、氣門(mén)正時(shí)角從20°變化到30°的電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線和實(shí)際氣門(mén)正時(shí)角跟蹤曲線。由圖12可見(jiàn),調(diào)節(jié)過(guò)程可以分為3個(gè)階段:第一階段是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)始變化,目標(biāo)相位角剛剛開(kāi)始發(fā)生變化到相位角第1次達(dá)到目標(biāo)值。這段時(shí)間內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很快上升至調(diào)節(jié)過(guò)程的峰值,然后振蕩下降。在這段時(shí)間內(nèi),引起電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的主要原因是相位角目標(biāo)值的突變,電機(jī)轉(zhuǎn)速快速增加以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)相位角的變化。第二階段為相位角第1次達(dá)到目標(biāo)值至相位角的超調(diào)過(guò)程結(jié)束。在這個(gè)階段,影響電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的兩個(gè)要素是相位調(diào)節(jié)的需要和凸輪軸轉(zhuǎn)速的跟隨,二者比重接近,電機(jī)轉(zhuǎn)速表現(xiàn)為從高轉(zhuǎn)速急速下降后再迅速貼近凸輪軸的轉(zhuǎn)速。第三階段為相位調(diào)節(jié)的超調(diào)過(guò)程結(jié)束到系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)定。這個(gè)階段電機(jī)轉(zhuǎn)速基本與凸輪軸保持一致,相位角已不產(chǎn)生明顯變化。此時(shí),影響電機(jī)轉(zhuǎn)速的主要因素為凸輪軸轉(zhuǎn)速。

圖13所示為凸輪軸轉(zhuǎn)速?gòu)? 500 r/min減小到1 000 r/min、氣門(mén)正時(shí)角從20°變化到10°的電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線和實(shí)際氣門(mén)正時(shí)角角跟蹤曲線。由圖13可以看出:該調(diào)節(jié)過(guò)程與轉(zhuǎn)速增加的情況類似,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小、所需氣門(mén)正時(shí)角也減小時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速降低,實(shí)際氣門(mén)正時(shí)角減小并出現(xiàn)超調(diào),然后電機(jī)轉(zhuǎn)速增大直至實(shí)際值接近目標(biāo)值且穩(wěn)定,電機(jī)與凸輪軸保持相同轉(zhuǎn)速。

圖12 凸輪軸轉(zhuǎn)速增大時(shí)目標(biāo)氣門(mén)角跟蹤曲線Fig.12 Tracking curve of target valve angle when camshaft speed increases

圖13 凸輪軸轉(zhuǎn)速減小時(shí)目標(biāo)氣門(mén)角跟蹤曲線Fig.13 Tracking curve of target valve angle when camshaft speed decreases

4 電動(dòng)可變配氣相位試驗(yàn)系統(tǒng)

4.1 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)的實(shí)際可行性,以及探究該機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作過(guò)程中氣門(mén)正時(shí)角變化響應(yīng)速度等,設(shè)計(jì)試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖如圖14所示,該系統(tǒng)包括3個(gè)組成部分:控制模塊、無(wú)刷直流電機(jī)、NN型減速器構(gòu)成電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng);變頻柜、直流電機(jī)、曲軸正時(shí)皮帶輪、氣門(mén)、凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成凸輪驅(qū)動(dòng)部分;曲軸信號(hào)盤(pán)、凸輪軸信號(hào)盤(pán)、齒輪傳感器、信號(hào)采集裝置構(gòu)成信號(hào)采集部分。各部分組成如表1所示,搭建模擬臺(tái)架如圖15所示。

圖14 試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖Fig.14 Schematic diagram of test system

圖15 試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意圖Fig.15 Schematic diagram of test bench structure

試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理為:潤(rùn)滑油泵將油箱潤(rùn)滑油輸送到機(jī)構(gòu)各摩擦副,并循環(huán)回到潤(rùn)滑油箱;電控柜控制直流電機(jī)的開(kāi)關(guān)與轉(zhuǎn)速,帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn),曲軸正時(shí)皮帶輪與減速器通過(guò)正時(shí)鏈條連接,速度傳遞關(guān)系為2∶1,模擬帶動(dòng)凸輪軸的旋轉(zhuǎn);12 V穩(wěn)壓直流電源帶動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),從而通過(guò)減速器帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng),與曲軸形成轉(zhuǎn)速差,進(jìn)而改變氣門(mén)正時(shí)角。凸輪軸端的轉(zhuǎn)速信號(hào)盤(pán)和轉(zhuǎn)速傳感器用以采集凸輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào),曲軸端的轉(zhuǎn)速信號(hào)盤(pán)和轉(zhuǎn)速傳感器用以采集曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào),伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)采集電機(jī)自帶轉(zhuǎn)速信號(hào)得到。

表1 試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)各部分組成Tab.1 Components of test bench system

試驗(yàn)裝置具體參數(shù)為:電控柜控制的直流電機(jī)額定功率為5.5 kW,工作電壓為380 V. 轉(zhuǎn)速傳感器均為中國(guó)德克傳感器廠生產(chǎn)的CY12-02PK型霍爾傳感器,其響應(yīng)頻率可達(dá)20 kHz. 示波器型號(hào)為美國(guó)泰克公司生產(chǎn)的Tektronic TDS3032C,帶寬為300 MHz,采樣率為2.5 GS/s. 伺服電機(jī)選取日本豐田公司生產(chǎn)的無(wú)刷直流電機(jī),工作電壓12 V.

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.2.1 基本正時(shí)調(diào)節(jié)試驗(yàn)

根據(jù)電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)的工作原理,電機(jī)轉(zhuǎn)速大于凸輪軸轉(zhuǎn)速將增大氣門(mén)正時(shí)角,電機(jī)轉(zhuǎn)速等于凸輪軸轉(zhuǎn)速時(shí)氣門(mén)正時(shí)角保持不變,電機(jī)轉(zhuǎn)速小于凸輪軸轉(zhuǎn)速時(shí)氣門(mén)正時(shí)角減小。圖16所示為凸輪軸轉(zhuǎn)速保持600 r/min時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速變化以及對(duì)應(yīng)氣門(mén)正時(shí)角的變化。由圖16可以看出:當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)速不變時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速增加、氣門(mén)正時(shí)角變大;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速減小時(shí)氣門(mén)正時(shí)角變小。該變化規(guī)律與分析相同,從而驗(yàn)證了電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)改變氣門(mén)正時(shí)角的可行性。

4.2.2 啟動(dòng)工況正時(shí)角調(diào)節(jié)試驗(yàn)

圖17所示為發(fā)動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)氣門(mén)正時(shí)角調(diào)節(jié)到最大時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速與氣門(mén)角變化曲線圖。發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)工況下5 s時(shí)轉(zhuǎn)速可達(dá)到1 000 r/min,本次試驗(yàn)凸輪軸轉(zhuǎn)速變化模擬冷啟動(dòng)工況。由圖17可以看出,氣門(mén)正時(shí)角只需要5 s即可得到最大角度,驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工況下的工作性能。

4.2.3 蓄電池電壓對(duì)機(jī)構(gòu)性能影響試驗(yàn)

對(duì)于電驅(qū)動(dòng)可變配氣機(jī)構(gòu)而言,蓄電池電壓直接影響機(jī)構(gòu)的性能,無(wú)刷直流電機(jī)的工作電壓為12 V. 圖18和圖19分別為蓄電池電壓13 V和11 V相位調(diào)節(jié)過(guò)程電機(jī)轉(zhuǎn)速和相位角變化曲線。結(jié)合圖16可以看出:當(dāng)蓄電池電壓降低后,提前相位所需要的時(shí)間增加,電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)增加。由于電機(jī)輸出功率的下降,相位角達(dá)到最大所需的時(shí)間大幅延長(zhǎng);當(dāng)電壓提高到13 V后,電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)過(guò)程比12 V時(shí)更小。

圖16 凸輪軸轉(zhuǎn)速600 r/min時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速和正時(shí)角Fig.16 Motor speed and timing angle at camshaft speed of 600 r/min

圖17 啟動(dòng)工況電機(jī)轉(zhuǎn)速和正時(shí)角Fig.17 Motor speed and timing angle under starting conditions

圖18 電壓13 V時(shí)相位調(diào)節(jié)過(guò)程中電機(jī)轉(zhuǎn)速與正時(shí)角Fig.18 Motor speed and timing angle in the process of phase adjustment at 13 V

圖19 電壓11 V時(shí)相位調(diào)節(jié)過(guò)程的電機(jī)轉(zhuǎn)速與正時(shí)角Fig.19 Motor speed and timing angle in the process of phase adjustment at 11 V

圖20所示為不同蓄電池電壓相位角到達(dá)最早所需的時(shí)間,圖21所示為不同蓄電池電壓相位角到達(dá)最晚所需的時(shí)間。從圖20和圖21可知,蓄電池電壓的降低對(duì)相位提前有較大影響,但電壓的變化并不影響相位角延后所需的時(shí)間。

圖20 不同蓄電池電壓下相位角到達(dá)最早所需的時(shí)間Fig.20 Time required for reaching the earliest phase angles at different battery voltages

圖21 不同蓄電池電壓下相位角到達(dá)最晚所需的時(shí)間Fig.21 Time required for reaching the latest phase angles at different battery voltages

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu),針對(duì)該機(jī)構(gòu)搭建臺(tái)架進(jìn)行了試驗(yàn)和仿真分析研究。得到以下主要結(jié)論:

1)電動(dòng)可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)的氣門(mén)正時(shí)角可以通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變。電機(jī)轉(zhuǎn)速大于凸輪軸轉(zhuǎn)速時(shí)可以增大氣門(mén)正時(shí)角,電機(jī)轉(zhuǎn)速小于凸輪軸轉(zhuǎn)速時(shí)可以減小氣門(mén)正時(shí)角。

2)模擬試驗(yàn)條件下,發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)氣門(mén)正時(shí)角在5 s達(dá)到最大角度。

3)模擬試驗(yàn)條件下,蓄電池電壓對(duì)機(jī)構(gòu)性能有直接影響。一定范圍內(nèi),蓄電池電壓的降低對(duì)相位提前有較大影響,但電壓的變化并不影響相位角延后所需的時(shí)間。

猜你喜歡
相位角凸輪軸氣門(mén)
開(kāi)封地區(qū)健康成人相位角及其影響因素
Empa 創(chuàng)新氣門(mén)總成可節(jié)省燃油約20%
相位角對(duì)容性耦合電非對(duì)稱放電特性的影響?
共軸剛性旋翼直升機(jī)旋翼控制相位角問(wèn)題分析
精確檢測(cè)電網(wǎng)電壓矢量相位角方法的研究
凸輪軸高速數(shù)控磨削在位測(cè)量技術(shù)
氣門(mén)與氣門(mén)座密封不良的診斷與檢修
多種原因造成拖拉機(jī)氣門(mén)有敲擊聲
凸輪軸孔軸線與止推面垂直度超差問(wèn)題研究
河南科技(2014年16期)2014-02-27 14:13:21
Delphi公司的新型電動(dòng)凸輪軸相位調(diào)節(jié)器
神木县| 卢氏县| 昌宁县| 交口县| 博爱县| 宁武县| 稻城县| 瑞安市| 东乌珠穆沁旗| 龙口市| 尖扎县| 鹤峰县| 阜新| 任丘市| 静安区| 醴陵市| 襄城县| 新安县| 翁源县| 乐都县| 图们市| 寿光市| 康平县| 沙坪坝区| 东丽区| 玛曲县| 习水县| 卓资县| 大关县| 磴口县| 开封市| 澜沧| 阳山县| 英山县| 台江县| 嘉定区| 惠安县| 龙里县| 马龙县| 中卫市| 平泉县|