液壓氣門運動遲滯性研究

王云開　夏遠哲

（裝甲兵技術學院吉林長春130117）

液壓氣門運動遲滯性研究

王云開夏遠哲

（裝甲兵技術學院吉林長春130117）

液壓氣門的特點是可以實現氣門獨立控制，具有較大的靈活性，但是也具有控制的滯后性，本文分析了影響氣門運行遲滯性的主要因素，為機構的設計和改進提供了重要的參考作用。

液壓氣門運行遲滯性氣門正時

液壓氣門靈活控制氣門正時和氣門升程的特點，能夠解決發動機的動力性與排放性之間的矛盾，使之具有較大的應用潛力。但是在控制氣門運動時，由于控制指令與液壓傳動具有一定的延遲性，探索氣門運動的延遲規律，對實現氣門正時和升程的精確控制具有非常重要的作用。［1］

一、試驗臺架的建立

為了驗證液壓氣門的結構是否合理，探索改進其性能的方法和途徑。研制了液壓氣門試驗臺，使液壓氣門不需要發動機就可以工作。該實驗臺結構簡單，操作方便，可以進行液壓氣門的響應性、氣門正時、氣門升程、氣門開啟關閉特性等研究工作。

該臺架主要有發動機模擬裝置、控制單元、液壓源、傳感系統和數據采集系統等組成。圖1為組成示意圖。

圖1　臺架試驗示意圖

利用直流調速電機模擬發動機轉速，利用廣電編碼器和霍爾傳感器分別模擬發動機和凸輪軸轉角信號，其中二者獲得的轉速信號為二比一的關系。利用控制單元控制二位兩通高速電磁閥控制氣門的開啟和關閉，利用非接觸式位移傳感器測量氣門的升程，可以得到控制信號的上沿信號、氣門開啟和關閉的時刻等參數。液壓源提供6-15Mpa的可調壓力，流量滿足系統要求。控制單元為自己開發，利用了Intel 80C196KC單片機，主要由主控單元、電源管理部分、信號輸入部分、信號輸出及驅動部分組成［1］。數據采集系統主要是利用研華818HG數據采集卡已每通道50K的采集的頻率工作［2］，多通道同時采集氣門驅動脈沖信號和氣門升程信號。

二、氣門開啟響應延遲

在下達氣門開啟控制指令氣門后，單片機高速輸出信號給驅動部分，為電磁閥提供電流，電磁閥開啟的延遲時間為3ms，電磁閥開啟到完全開啟需要一定的時間，而液壓系統油液從電磁閥出油口到活塞腔需要一定的流動時間。由于電磁閥的延遲特性取決于自身的特性，基本變化不大，而油液的流動時間，取決于系統液壓力、油液的粘度等，受外界影響較大。當液壓力固定后，油液的粘度主要受到溫度的影響，為此，保持系統的溫度、系統的油壓，對測量結果準確性非常重要。［2］

經試驗，排氣門開啟100次測量動態響應延遲時間的最大偏差為0.5ms，均方差為0.243ms，當模擬的發動機轉速為2200r/min時，0.243ms響應延遲時間為對應的曲軸轉角為4.2度。在實際發動機的應用中，可以考慮進一步通過控制策略來減小因響應延遲造成的對發動機工作的影響。

三、氣門開啟響應延遲

氣門在關閉過程中，氣門彈簧是關閉動力。其延遲主要取決于電磁閥延遲和液壓油的粘度。液壓油的溫度高，氣門關閉響應延遲有下降的趨勢。主要是因為油液粘度隨溫度升高而下降，回流的流動阻力降低加快了氣門的關閉速度。可見只要穩定控制系統的油液的溫度，就可以保證氣門關閉正時的控制精度。進氣門的關閉響應延遲最大偏差為0.4ms，均值均方差

四、結論

通過試驗，氣門的開啟和關閉的延遲符合正態分布，通過前饋與反饋相結合的控制方式，可以得到比較精確的氣門正時和氣門升程控制。

［1］王云開等，無凸輪軸電液配氣機構性能試驗，汽車技術2008，第五期，p45-47.

［2］818HG數據采集卡使用說明書