二甲醚预混合燃烧系统控制阀工作特性研究

摘要

近年来，随着汽车工业的迅速发展，能源短缺和环境污染两大难题越发引入关注，寻找新的发动机清洁代用燃料及优化燃烧效率十分有必要。二甲醚(Dimethyl Ether，简称DME)十六烷值高、碳烟排放为零，具有作为柴油机清洁替代燃料的潜力。类似HCCI燃烧模式的二甲醚预混压燃(Premixed ChargeCompression Ignition，简称PCCI)燃烧，由于其具有良好的操作性，受到学者们的高度关注。位于二甲醚发动机两燃烧室通道中的控制阀是实现二甲醚高效PCCI燃烧模式的关键，对控制阀驱动方式的设计及动态响应特性的探究显得尤为重要。
　　首先，本文结合控制阀的工作特性，提出了电液控制系统。介绍了电液控制系统的组成结构，阐述了该系统在二甲醚PCCI燃烧模式下的具体工作过程，建立了数学模型，分析了影响控制阀动态特性的主要参数。根据二甲醚发动机实际工作需求，分析了控制阀工作过程中需要满足的动态特性要求。
　　其次，根据电液控制系统工作原理，运用AMESim软件搭建仿真模型。揭示了系统供给压力、液压活塞直径、控制阀质量、复位弹簧刚度、供油管长度等主要因素对控制阀动态特性的影响规律及正时、升程的可变控制特性。结果表明:系统供给压力、液压活塞直径越大，控制阀最大升程及速度越大，液压活塞直径对阀门在最大升程处震荡频率影响较大;阀体质量对控制阀最大升程及速度影响不大，但对阀门在最大升程处的振幅影响较大;复位弹簧刚度越大，控制阀最大升程越小，同时关闭所需时间也越短;供油管长度对控制阀动态特性影响不大。
　　最后，针对控制阀落座冲击问题采取阻尼孔液压制动和PID闭环控制策略进行优化设计。采用AMESim优化设计功能并借助遗传算法求得合适的PID控制参数，并运用到闭环控制仿真模型中进行仿真计算。结果表明，采用节流阀阻尼孔液压制动闭环控制策略后，控制阀的落座速度从2m/s左右下降到0.35m/s左右，能很好地满足阀门落座速度要求，从而实现对控制阀落座的柔性控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 代用燃料DME的应用与发展

1．3 二甲醚发动机控制阀可变控制国内外研究现状

1．3．1 有凸轮轴驱动的可变配气机构

1．3．2 无凸轮轴驱动的可变配气机构

1．4 本课题研究的意义和主要内容

1．4．1 课题资助项目及课题研究意义

1．4．2 课题研究的主要内容

第2章 控制阀电液控制系统的理论分析

2．1 二甲醚可控预混合燃烧系统

2．2 控制阀电液控制系统的结构及工作原理

2．2．1 控制阀电液控制系统结构

2．2．2 控制阀电液控制系统工作过程

2．3 控制阀电液控制系统的动力学分析

2．3．1 控制阀开启阶段

2．3．2 控制阀关闭阶段

2．4 本章小结

第3章 AMESim电液控制系统建模

3．1 LMS lmgine．Lab AMESim软件简介

3．2 控制阀电液控制系统仿真模型的建立

3．2．1 控制阀电液控制系统AMESim仿真模型

3．2．2 电液控制系统AMESim仿真模型主要模块介绍

3．3 电液控制系统关键部件的选型要求

3．3．1 液压泵的选型要求

3．3．2 储能器的选型要求

3．3．3 电磁阀的选型要求

3．4 二甲醚发动机控制阀动态特性需求分析

3．4．1 控制阀升程要求分析

3．4．2 控制阀速度要求分析

3．5 本章小结

第4章 控制阀动态特性仿真结果分析

4．1 控制阀机械驱动装置及动态特性分析

4．2 控制阀动态特性仿真研究

4．2．1 系统供给压力对控制阀动态响应特性的影响

4．2．2 液压活塞直径对控制阀动态响应特性的影响

4．2．3 控制阀质量对控制阀动态响应特性的影响

4．2．4 复位弹簧刚度对控制阀动态响应特性的影响

4．2．5 供油管长度对控制阀动态响应特性的影响

4．2．6 控制阀最大升程持续时间可变控制

4．3 本章小结

第5章 电液控制系统优化设计

5．1 电液控制系统存在的问题

5．2 电液控制系统的优化设计

5．2．1 电液控制系统闭环系统设计思路

5．2．2 PID控制

5．3 基于AMESim的控制模型设计

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 本文主要创新点

6．3 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目