内燃机用动磁式电磁驱动气门的研究

论文摘要

目前,节能、高效、低排放成为现代汽车内燃机的发展方向。配气相位直接影响内燃机性能。传统的内燃机受制于机械凸轮连杆机构,并不能达到高自由度配气相位调节。电磁气门驱动执行机构直接驱动气门,取消了凸轮轴及其附属动件,实现了气门可控的最大自由度。论文对传统电磁气门进行了深入分析,认识到传统电磁气门固有的缺点。提出了一种新型内置永磁体动磁式电磁气门。新型电磁气门动子在极限位置处能够依靠永磁体产生的磁场力保持住,实现自锁,减少了机构能量消耗。由于自身结构的特点,当气门运行时,它相当于永磁直流直线电机,仍能够快速调节电磁力,控制气门运动。从而克服了传统电磁气门能量消耗大,而且衔铁远离电磁铁后气隙增大,无法有效控制气门运动等缺点。对包含电磁气门控制单元的发动机电控单元系统做了说明,明确了电磁气门控制单元的作用。分析了新型电磁气门的设计原则,给出了新型电磁气门关键部分的设计方案。动磁式电磁气门中磁场由永磁体和线圈电枢共同产生,磁路复杂。本文对电磁气门运行周期内的磁场变化做了定性分析。利用专业的有限元软件,对电磁气门运行过程中的静态磁场进行了分析,计算出了磁场、电磁力和电感量变化规律,为电磁气门的控制策略提供基础。对机械、电路、磁路子系统模型进行了深入分析,搭建了电磁气门运行的数学模型。根据电磁气门运行中的永磁直流直线电机特性,设计了主电路和控制器各部分硬件电路。电磁气门解锁后,运动中采用外环能量环,内环电流环的双闭环控制策略。并对控制系统进行了仿真。仿真结果表明新型内置永磁体动磁式电磁气门总体结构合适和控制策略可行。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 可变配气机构技术的发展
• 1.2.1 凸轮驱动气门可变机构
• 1.2.2 无凸轮驱动可变气门机构
• 1.3 电磁驱动气门机构的研究进展
• 1.4 电磁驱动气门的优势
• 1.5 电磁气门存在的问题
• 1.6 论文的主要研究工作
• 第二章 动磁式电磁气门的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 车用电磁驱动气门系统概述
• 2.2.1 发动机电控单元
• 2.2.2 电磁气门控制单元
• 2.2.3 车载电网
• 2.3 传统电磁气门运行过程和缺点
• 2.4 动磁式直流直线电机结构电磁气门的提出
• 2.5 新型动磁式电磁气门设计分析
• 2.5.1 机械运动部分影响
• 2.5.2 电磁特性影响
• 2.6 新型动磁式电磁气门关键部分方案分析
• 2.6.1 永磁体材料选取
• 2.6.2 动子的设计
• 2.6.3 静子铁心的设计
• 2.6.4 电磁气门安装
• 2.7 本章小结
• 第三章 动磁式电磁气门磁路分析与关键参数计算
• 3.1 引言
• 3.2 电磁驱动气门磁路分析
• 3.3 电磁驱动气门的磁场有限元分析
• 3.4 线圈电感计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 动磁式电磁气门控制模型仿真分析与硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 电磁气门系统建模
• 4.2.1 机械系统分析
• 4.2.2 电磁系统分析
• 4.2.3 电路系统分析
• 4.3 电磁气门模型分析
• 4.4 电磁气门双闭环控制策略
• 4.5 控制系统硬件设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢