液壓氣門運動特性仿真

摘要：液壓氣門實現的氣門的柔性控制是未來發動機的一個發展方向。本文在設計的液壓氣門的基礎上，建立了氣門運動方程，并進行了仿真計算，研究了不同因素對氣門運動的影響。

液壓氣門是利用液壓力驅動氣門，與傳統的凸輪軸式驅動氣門相比，屬于柔性控制，在發動機上應用后，更有可能實現任意時刻的氣門開啟和關閉正時和氣門升程的控制。無論在動力性匹配還是在排放控制等方面具有凸輪軸式驅動氣門不可比擬的優勢。但是，液壓氣門的運動速度影響因素、落座沖擊控制、指令的滯后性等方面的研究是制約該類機構大范圍實際應用的主要原因。

關鍵詞：液壓氣門；運動仿真；影響因素； 柔性控制

中圖分類號： TK413 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）10（b）-0000-00

1.液壓氣門的設計性能

應用的發動機為柴油機，最高轉速為2300r/min。氣門最大升程為12mm，氣門的開啟146°CA ATDC，關閉時刻380°CA BTDC。因此，設計的技術性能要求如下：①氣門升程可以連續變化，滿足最大升程。②氣門的正時可以連續變化。③滿足發動機在2200r/min下的性能要求。

設計的液壓驅動氣門的具體結構如圖所示。圖中1、3為活塞，2為活塞體、4為氣門彈簧、5為氣門、6為進油口，單獨設計有液壓源，利用二位兩通電磁閥控制液壓油路的開啟和關閉。該液壓驅動氣門為單向液壓作用力，氣門的回位依靠彈簧。氣門工作時，從6進油口進油，液壓油進入活塞體內推動活塞1、3，當液壓推力大于氣門彈簧力4后，活塞下行，推動氣門打開。如果液壓力不變，氣門保持在開啟位置，當電磁閥換向后，油口6與油箱接通，在彈簧的作用下，氣門向上運動，當活塞關閉6口的下油道后，油液經6口上油道回流，油路上設置有薄壁節流孔，產生落座緩沖力。

2仿真模型建立

利用牛頓方程和伯努利方程建立了氣門的仿真模型[1]，并利用Matlab[2]進行了仿真計算。利用仿真研究了活塞直徑、液壓力、節流孔直徑、等因素對氣門運動性能的影響。以圖2相同壓力不同直徑的仿真結果來說明。

可以看到隨著柱塞直徑的增大，氣門開啟時段速度相應增大，但是到達一定時間后，柱塞直徑14mm的氣門運動速度反而下降了，低于柱塞直徑12mm的氣門運動速度。這是因為，活塞體內的壓力，隨著柱塞運動速度增大和流量增大，體內壓力相應降低。可見，并不是活塞直徑越大，氣門的速度就越大，還要受到液壓系統流量或電磁閥的流量約束。如果系統的流量或電磁閥的性質已選定，會有一個最佳的活塞直徑滿足開啟速度大而到達最高位置的沖擊下的要求。

3結論

建立了液壓氣門運動數學模型，利用Matlab建立的仿真計算平臺，對探索液壓氣門運動性能的影響因素，作為液壓氣門機構的輔助設計、確定和優化系統參數及縮短機構開發周期等方面具有重要作用。

參考文獻

[1].周云龍，洪文鵬.工程流體力學[M].中國電力出版社. 2006年；

[2].許回江.柴油機電-液驅動可變氣門系統研究[D].武漢理工大學，2007，04.

[3]胡順堂；謝輝；陳韜；趙華；；可變進氣門升程對汽油機泵氣損失的控制及對燃燒過程的影響[J]；燃燒科學與技術；2011年01期