基于碰撞机理的非破坏性全气缸取样系统开发

论文摘要

全气缸取样技术是探索柴油机缸内有害污染物生成机理、形成过程及影响因素的一种有效的研究手段,利用该技术可在任意曲轴转角取出缸内大部分燃烧过程中的准稳定中间产物,从而实现对有害物生成、转换的燃烧学机理研究。以往的取样系统以筒刀、膜片式破坏性结构为主,每次采样后需重新安装,试验周期长,很难在短期内完成同一工况试验,取样结果的离散度较大,影响了研究精度。本文提出了基于碰撞机理、无破坏元件的全气缸取样机构设计思想。开发了机械式和电子式两种取样系统,并基于模拟气缸、实际发动机进行了采样历程分析,探讨了两种取样系统的适用性,主要内容及结论如下:1.应用ADAMS软件建立了弹簧-电磁式取样机构模型,进行理论碰撞分析计算;设计并优化了取样机构关键部件的结构参数。2.基于仿真结果确定的关键部件参数开发了由撞击块,取样阀,电磁铁,回位弹簧等构成的弹簧-电磁式取样系统。3.建立了基于弹簧-电磁式取样系统的模拟试验采样平台,进行了模拟气缸采样历程的研究。结果表明在初始气缸压力为9MPa到6MPa范围条件下,短时间（3.3ms）内能够有80%的样气流出,证明该取样机构可用于实际采样。4.进行了取样机构的响应离散度计算,结果表明在转速n =1500r/min下该取样机构对应的曲轴转角离散度51.8°CA,远超预期值5°CA。5.利用弹簧-电磁式取样机构在样机上进行了n = 1500r/min,T = 25N.m稳态工况采样试验,示功图表明在有效的采样曲轴转角（28°CA）内,有大约80%的样气从气缸内流出,与模拟结果相近。6.针对机械式取样机构响应重复性差的缺点,提出了以直线电机为核心部件的电子式全气缸取样机构方案。以直线电机单一元件取代电磁铁、弹簧及传动件实现复位、驱动全部功能的电子式取样系统构架。7.为验证电子式取样系统的可行性,完成了电机相位,控制环参数调试,并基于CME2TM软件对驱动器内部编程实现了电机运动规律的控制。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 全气缸取样技术国内外研究概况
• 1.3 基于碰撞机理的全气缸取样机构设计
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 弹簧-电磁式全气缸取样系统开发
• 2.1 取样机构方案设计
• 2.2 系统模拟仿真
• 2.3 取样机构设计
• 2.4 本章小节
• 第三章 弹簧-电磁式全气缸取样系统评价
• 3.1 取样系统离散度分析
• 3.2 系统取样历程分析
• 3.3 系统离散度来源及改进
• 3.4 本章小节
• 第四章 电子式全气缸取样系统设计
• 4.1 基于直线电机的取样机构方案设计
• 4.2 控制策略
• 4.3 关键部件选取
• 4.4 本章小结
• 第五章 电子式全气缸取样系统评价
• 5.1 取样系统的调试
• 5.2 CVM（Copley Virtual Motion）执行程序
• 5.3 取样系统的分析评价
• 5.4 本章小节
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 图表索引
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 致谢