可变配气相位控制系统的优化设计及仿真研究
发动机电液全可变配气系统建模与同步仿真
发动机电液全可变配气系统建模与同步仿真路勇;李建;李博;熊丽君;侯秀芹【摘要】发动机电液全可变配气技术能突破传统机械凸轮机构的限制,实现气阀配气参数柔性调节,改善柴油机性能.为了研究全可变配气系统对柴油机性能的影响,基于CY4102BG柴油机,借助GT-power建立柴油机整机与全可变配气系统的同步仿真模型,利用优化得到的气阀运动最佳配气参数,完成电液全可变配气柴油机的性能同步仿真.仿真实验结果表明:在中低转速工况下,柴油机有效功率的增幅为0.33%~5.65%,有效油耗率的降幅为0.33%~5.35%;在高转速工况下,柴油机的性能改善不明显.%Fully variable electro-hydraulic valve technology can realize the flexible regulation of valve parameters, improve the performance of diesel engine, and thus overcome the limitations of traditional mechanical cam mechanisms.By using a CY4102BG diesel engine and GT-power, we established a synchronous simulation model on the complete diesel engine and the full variable valve system.These steps were carried out to study the effect of a fully variable gas distribution system on diesel engine performance.Furthermore, by using the optimum gas distribution parameters on valve motion, which were attained via optimization, we achieved the synchronous simulation on the performances of the electro-hydraulic full variable distribution diesel engine.The simulation results indicate that, under the low-speed conditions, the effective power of a diesel engine can be improved by 0.33%~5.65% and that fuel consumption rate can be reduced by 0.33%~5.35%.However, the improvement is not significant under high-speed conditions.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2017(038)007【总页数】6页(P1129-1134)【关键词】发动机;电液;全可变配气;建模;同步仿真;配气参数【作者】路勇;李建;李博;熊丽君;侯秀芹【作者单位】哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TK421.3随着内燃机行业的高速发展，低能耗和低污染已经成为发动机的发展目标。
基于AMESim和遗传算法的发动机配气相位仿真与优化
基于AMESim和遗传算法的发动机配气相位仿真与优化张文铎;王自勤;田丰果;陈家兑【摘要】为了验证一种新型全可变配气系统的工作效果和为下一步发动机台架试验提供数据参考,基于AMEsim软件建立了单缸自然吸气汽油发动机模型,并以函数模块形式在发动机模型中嵌入上述新型全可变配气系统.结合上述全可变配气系统的调节特性,使用遗传算法对全可变配气系统的配气调节参数进行优化,分别以最大充量系数和最小泵气损失为优化目标,得到满负荷不同转速下的最佳进气晚关角和排气早开角.经过优化,发动机充量系数和扭矩均有一定程度提高.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】5页(P20-23,28)【关键词】全可变配气系统;发动机;AMESim;遗产算法;优化;配气相位【作者】张文铎;王自勤;田丰果;陈家兑【作者单位】贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550000;贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550000;贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550000;贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550000【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK417发动机可变配气技术是通过改变发动机进、排气门开启和关闭时刻以及气门升程，以满足发动机不同转速和负荷工况下对进、排气流通特性的要求，从而有效地提高充气效率，改善发动机的燃油经济性、动力性和排放[1-4]。
目前，国外实现大规模商用的技术方案有丰田的VVT-i，本田的i-VETC，宝马的Valvetronic等，这些技术方案主要是基于机械式的，只能实现改变凸轮轴转角或者凸轮形线的阶段式突变或者配气相位和升程的有限连续可变[2-3]。
而国内对此项技术研究起步相对较晚，国产汽车厂商主要以仿制国外技术为主，缺少拥有自主知识产权的可变配气技术。
贵州大学发动机可变配气技术课题组提出了一种基于机械与液压装置的新型全可变配气系统，可对气门相位角和气门升程的进行独立、连续调节，能满足发动机各个转速和负荷工况下的最佳配气策略需求。
汽车发动机可变配气定时的研究与优化设计
汽车发动机可变配气定时的研究与优化设计下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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动力学配气机构试验分析仿真与优化
动力学配气机构试验分析仿真与优化【摘要】目前机械系统设计分析的有力手段是多体系统动力学运用到机械的仿真中，本文针对某发动机配气机构系统，建立参数化的多体系统动力学模型，以多体系统动力学分析软件ADAMS为仿真平台。
采用试验设计的方法进行动力学仿真试验，分析出对响应影响显著的因子，运用回归分析得到响应变量关于试验因子的响应面方程，以此作为优化目标进行寻优计算，实现了对配气机构的设计参数和局部凸轮型线的动力学优化。
【关键词】动力学;配气机构;参数;仿真与优化1.引言配气机构作为内燃机的重要组成部分，四冲程的内燃机都采用气门式配气构机构。
由于配气机构的设计又在很大程度上影响内燃机的动力性与可靠性，其性能好坏对内燃机的性能指标有着重要的影响。
配气机构系统动力学模型有很多种。
一般来说，低速系统配气机构，转速低、载荷小，进行运动学分析即可。
对于中速系统，转速和载荷较高，气门偏离理论运动规律较大，并出现构件在润滑、磨损、强度等方面问题，因此需要用动力学模型研究其动力学特性。
对于高速系统，转速和载荷很大，气门将显著偏离理论运动规律，并受到机构在开始和落座时的冲击反跳，在工作阶段的飞脱，以及润滑、磨损、强度等多方面问题制约，必须用动力学模型研究其特性，并尽可能考虑非线性因素的影响。
目前运用比较多的配气机构动力学模型有离散质量模型—包括单质量模型，多质量模型以及多体动力学模型，有限元模型等。
随着计算机技术、传感器技术以及信号处理相关方法和技术的发展，配气机构的实验也能更精确地反映配气机构工作情况下的实际情况和得到更精确的动力学数据。
实验的目的不仅仅是得到配气机构的动力特征，也可以通过实验得到模型的原始数据。
由于配气机构组件在高速运动过程中表现出一定的柔性特征，部分组件产生一定的变形，导致组件的实际运动规律偏离凸轮型线。
而配气机构动力学特性实验可以测量机构组件的实际运动规律，分析配气机构参数对组件实际运动规律的影响。
发动机可变配气相位技术探析优秀论文
摘要2一、可变气门正时技术3（一）、可变气门正时系统的原理31、可变配气相位调整原理42、可变配气相位技术条件5（二）、可变气门正时技术的现状5（三）、可变气门正时技术的发展趋势6二、国内外可变气门配气机构的现状和发展趋势7（一）、可变配气机构分类7（二）、可变气门技术的发展现状7三、可变配气相位技术研究意义8三、连续可变配气凸轮轴设计浅析9（一）、连续可变凸轮轴作用9（二）、连续可变配气凸轮轴的工作原理9（三）、连续可变配气凸轮轴与传统可变配气技术凸轮轴优缺点比较9（四）、可变配气相位技术条件11四、可变气门正时技术的发展趋势11参考文献13本文介绍了从进气晚关角及进排气的动态效应几方面着手，不断改进发动机的配气相位以及进排气系统，使发动机的实际性能曲线逐步接近计算机仿真曲线。
配气相位、进气门间隙、排气门间隙、转速、负荷五个调整参数之间是相互影响的。
通过在配气机构多刚体模型中引入柔性体,描述了配气机构的动力学性能。
建立了柔性体气门弹簧,分析了气门弹簧动刚度的非线性行为,并且依据模态技术计算得到其动态应力。
该方法为优化设计配气机构等机械产品及对其进行疲劳性能研究提供了依据。
该仪器可检测各种汽、柴油发动机的启动性能、高压点火性能、燃油喷射性能、充电性能、动力性能、配气相位、发动机异响震动分析等30余种技术参数，并分析故障产生的原因、检测过程中，可随时显示各种波形及技术参数和结果并可随机打印，该仪器内存有一百多种国内外发动机技术参数，内容十分丰富，随时可以与检测结果对比。
Passat B5轿车有4缸和6缸两种发动机,4缸机有4G54与4G64两种型号,6缸机型号为6G72,其配气机构均采用顶置凸轮轴式配气机构。
介绍了气门间隙自动调整器的结构、工作原理,以及其维护与保养。
目前，汽车工业的发展正在面临着两个主要问题——能源的枯竭与环境的污染。
汽车发动机的配气相位对其动力性、经济性以及排气污染都有重要的影响，在传统汽车发动机中，发动机转速变化时，气流的速度和进排气门早开迟闭的绝对时间都发生了变化，由于发动机的气门开闭由凸轮驱动，进、排气门的早开角、迟闭角固定不变，这实际上只能使发动机在某一转速范围下处于最佳的配气相位，而在发动机转速很低或者很高的时候，其配气相位处于不理想的状态。
废气涡轮增压汽油机可变配气相位的优化研究
４ ７５ ６ ．
６ ５ ｍ ｎ增 压基 础再加上可变配气正时后 ， ０ ／ ｉ） ２ ｒ 汽油 机的扭矩和功率 ，都较单纯增压和原机都有大幅度
增加 ， 但充气效率略微有所提高。整体来看 ， 优化后 增压汽油机的性 能 ，在低速段和高速段改善得相对 中速段要 明显 ， 中充气效率 、 其 功率 、 扭矩 的最大增
加一套附加机构 ，同时不需要对原有凸轮轴作太大的 维持原机的参数即可 ； 在高速段（ ０ ６ ５ ｍ ｎ ５ ０ ０ ／ｉ） ６ ２ ｒ 改动 ， 相对而言较好实现， 原理也相对简单网 。
应适当延迟开 闭进气门， 排气门正时基本维持不变 。 优化配气相位后的计算对 比如图 １ 所示。
２５ ６
３ ０ Ｏ ０
（ 当于 ＩＯ早 开 １． （Ａ 。 相 Ｖ ８ 。Ｃ ） ５ Ｉ ＶＣ早闭 １ ． （Ａ） ８ 。Ｃ ） ５
４ ５ ４
（ 当于 Ｅ Ｏ迟开 １。Ｃ ） 相 Ｖ ５（ ， Ａ Ｅ Ｃ迟闭 １ 。Ｃ ） Ｖ ５ （ Ａ）
２５ ６
在本章完成 了可变配气相位优化 的工作 ，配气 相位优化后得到以下结论 ： 其一 ， 是在低速段（ ０ ～３ ０ ｍ ｎ应该适当 １ ０ ０ ／ ｉ） ０ ５ ｒ
能够得到完全地发挥 。 叫
开启 时的曲轴角度 。
若采用可变配气相位技术 ，则可 以使汽油机在 选用这种技术 ，是 因为 ：根据 国内外现有的机 不同工况下采用不同的配气相位 ，以此来满足汽油 构 ， 对进气和排气 凸轮轴实行调节相位 ， 能够非常显
收稿 日期 ：Ｏ １ ｌ一 １ ２ ｌ－ Ｏ １ 基金项 目： 广西 自然科学基金项 目（ 桂科基 ０ ９ ０ ３ ９ １０ ） 作者简介 ： 李露露 （９ ６ ）女 （ １ ８一 ， 壮族 ）广西 河池人 ， ， 硕士研究生 ， 究方 向为 内燃 机节能与排放控制 。 研 ８
任务一 可变配气相位控制系统和可变进气系统
谐波增压控制系统 ACIS
低速时，进气控制阀关闭，压力波传播距离长，发动机低 速性能好。 高速时，进气控制阀打开，压力波传播距离短，发动机高 进气控制阀 进气道 速性能好。
喷油器 空气滤清器 节气门 进气室
任务一 可变配气相位控制系统 和可变进气系统
进气控制系统
目的：提高进气量，改善发动机动力性能。 类型：动力阀控制系统、谐波进气增压系统（ACIS）、可变配气相位控制系统 （VTEC）等多种。
动力阀控制系统：是控负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。 谐波进气增压系统：利用了进气管内的压力波与进气门的开启配合，当进气门 开启时，使反射回来的压力波正好传到该气门附近，从而形成进气增压的效果， 提高发动机的充气效率和功率。 可变配气相位控制系统：根据发动机转速、负荷等参数变化来控制VTEC
2. VTEC机构的组成
中凸轮升程最大，次 凸轮升程最小。 主凸轮的形状适合发 动机低速时单气门工 作的配气相位要求； 中凸轮的形状适合发 动机高速时双进气门 工作的配气相位要求。
3.VTEC工作原理
发动机低速时，电磁阀断电，油道关闭。在弹簧作用下，各活塞均回 到各自孔内，三个摇臂彼此分离。此时，主凸轮通过主摇臂驱动主进 气门，中间摇臂驱动中间摇臂空摆（不起作用），次凸轮升程非常小， 通过次摇臂驱动次进气门微量开闭，以防止进气门附近积聚燃油。配 气机构处于单进、双排气门工作状态。
发动机高速运转，且发动机转速、负荷、冷却液温度及车速均达到设 定值时，电磁阀通电，油道打开。在机油作用下，同步活塞A和同步 活塞B分别将主摇臂与中间摇臂、次摇臂与中间摇臂插接成一体，成 为一个同步工作的组合摇臂。此时，由于中凸轮升程最大，组合摇臂 由中凸轮驱动，两个进气门同步工作，进气门配气相位和升程与发动 机低速时相比，气门的升程、提前开启角度和迟后关闭角
一种新型发动机可变配气相位与气门升程机构的设计
一
匐 似
种新型发动机可变配气相位 与气 门升程机构的设计
Ｄｅｓｉ ｇｎ ｏｆ ａ ｖａｒａｂｌ ｉ ｅ ｖａｌ ｖｅ ｐｈａｓ ａｎｄ ｖａｌ ｉｔｍ ｅｃｈａｎｉ ｅ ｖｅ ｌ ｆ ｓｍ ｏｒｎｅｗ ｆ ｅｎｇｉ ｏｄｅｌ ｎｅ ｍ
务Ｉ
种 类 型 。此 类 机 构 结 构 原 理 简 单 ，可 以保 持 原 发
匐 似
动 机 电 脑 （ ＣＵ）控 制 。 步 进 电 机 控 制 原 理 如 Ｅ 图 ３ 示 。 发 动 机 电 脑 主 要 根 据 转 速 、 负 荷 、 水 所
动 机 气 门 系统 不 变 ， 只用 一 套 额 外 的 机 构 来 改变 凸轮 轴 相 角 ， 对 原 机 改 动 较 小 ，便 于 采 用 ；其 缺
陈建 华
高 志贤
ＣＨＥＮ Ｊａｎ ｈ ａ． ｉ － ｕ ＧＡＯ ｉ ｉ ｎ Ｚｈ． ａ ｘ
（ 邯郸职业技术学 院，邯郸 ０ ６ ０ ） ５ ０ １
摘
要 ：本 文分 析了可变配气相位 技术的研究现状 ，提 出了一种新的发动机可变 配气相位与气门升程机 构的设计思路 ，能方便实现对进 、排 气门的配气相位及气 门升程的全范围控制 。
点是 不能 改变 气 门升 程和 气 门开 启持 续时 间 。 ２ ）变 换 凸轮 曲线的 可变 配 气相位 机 构 这 类 机 构 可 以提 供 两 种 以 上 凸轮 曲线 ，在 不 同 转 速 和 负 荷 下 采 用 不 同的 凸轮 曲线 驱 动 气 门 。 如本 田公 司 的 可变 配 气 相 位 与 气 门升 程 （ Ｅ ） ＶＴ Ｃ 机 构 ，就 能根 据 发 动 机 运 行 工 况 的 变 化 ，通 过 变 换 驱动 气 门 的 凸 轮 ，来 实 现 对 配 气 相 位 及 升 程 的控 制 。但 此 种 机 构 可 变 配 气 相 位 与可 变 气 门升 程 不 是连 续变 化 的 ， 而 只是 分 成 两 个 阶 段 ， 因此 ，还 是不能 满 足所 有 工况 变化 的需 要 。 ３ ）既 改变 凸轮 轴 相 角又 变换 凸轮 曲线 的 可变 配 气 相位 机构 丰 田公 司 的智 慧型 可变 气 门正 时 及 升 程 控 制 系统 （ ＶＶＴ —） 由两 部 分 组 成 。一 部 分 由ＶＶ ｉ Ｌｉ Ｔ—
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可变配气相位控制系统的优化设计及仿真研究
发表时间：2018-04-03T16:30:34.417Z 来源：《基层建设》2017年第34期作者：何巍[导读] 摘要：随着自动化控制技术的不断发展，给发动机系统提出了更高的要求。
长沙矿山研究院有限责任公司湖南省长沙市 410000
摘要：随着自动化控制技术的不断发展，给发动机系统提出了更高的要求。
为了使发动机系统性能更加优越，必须要对可变配气相位控制系统进行优化和改造。
目前模糊P1D控制技术在该领域的应用具有巨大优势，成为可变配气相位控制系统优化设计的关键技术。
鉴于此，文章重点就模糊P1D控制技术在可变配气相位控制系统优化设计中的应用及仿真研究进行分析，以供参考和借鉴。
关键字：模糊PID；控制系统；可变配气相位；仿真分析
引言
模糊控制已成为智能自动化控制研究中最为活跃而又富有成果的领域，其中模糊P1D控制技术扮演了十分重要的角色，并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一，这完全可以从过去的传统与现代控制技术的应用发展历史来理解。
到目前为止，现代控制理论从许多控制应用中获得了大量成功的范例，然而在工业过程控制中，PID类型的控制技术仍然占有主导地位，特别是在化工、冶金过程控制中，众多量大面广的控制过程（温度、流量、压力、液位等），基本上仍然是应用着PID类型的控制单元。
虽然未来的控制技术应用领域会越来越宽广、被控对象可以是越来越复杂，相应的控制技术也会变得越来越精巧，但是以PID为原理的各种控制器将是过程控制中不可或缺的基本控制单元。
1模糊PID控制原理
1.1模糊PID控制系统结构
模糊PID控制系统分为两个部分，即可控PID系统和模糊控制系统。
可控系统主要任务是完成直接通知，模糊控制主要任务是对PID参数的在线修正。
1.2PID参数调整规则
数字式PID控制器一般用以下函数表示：
2基于模糊PID控制的可变配气相位控制系统研究
2.1VCT控制系统的组成
图1为VCT系统结构图，发动机管理系统（EMS）对凸轮相位传感器和曲轴位置传感器传来的信号来判断凸轮相位相对于上止点的位置，EMS根据相位的实际位置和MAP图来控制机油控制阀动作，完成可变配气相位的控制。
EMS有一个专门用于凸轮轴相位的特性场，根据发动机数据匹配的目标，在转速-负荷表格中设定了这些凸轮轴相位，凸轮轴相位由一个闭环控制回路根据VCT特性场进行调节。
机油控制阀为比例电磁阀，根据控制电流的大小，输出不同的电磁力，使阀杆处于不同位置，进而控制VCT液压油的流动方向及流通的截面积。
根据流动方向确定相位调节的方向，通过改变流通截面积控制相位调节的速度。
通过分析可知，在比例电磁阀工作区间内，液压执行元件的响应与占空比之间不是完全的线性关系，这增加了控制的难度。
图1VCT系统的结构图
2.2模糊变量确定
3基于模糊PID控制的可变配气相位控制系统仿真研究其输出经过执行器以后，产生一个主动控制力作用于被控对象，得到的仿真控制效果如图3，图2为常规PID的控制效果图。
从图中各控制方法的阶跃响应曲线可以看出，应用PID在电液比例系统的控制过程实现了较为理想的控制效果。
将两种控制结果相比较，PID控制系统阶跃响应效果在大相位调整阶跃响应曲线具有上升快、过渡过程时间短、超调量小的优点。
在小相位调整时，差别不太明显，这表明利
用PID可以基本实现VCT系统的准确控制。
图2传统PID阶跃响应控制
图3本次研究中PID阶跃响应控制
结束语
综上所述，传统的可变配气相位控制系统中存在些许的缺陷和不足，导致发动机性能受到严重影响。
而本次研究中引入了模糊集合论，将模糊PID控制技术合理应用其中，通过仿真研究发现，可变配气相位控制系统克服了原有的缺陷，提高了整体性能，具有重要的应用价值。
参考文献
[1]陶建武,李理光,苏岩,肖敏,曾朝阳.基于智能控制的汽车发动机可变配气相位系统[J].机械工程学报,2003,(09):101-105.
[2]陶建武,李理光,常文秀,肖敏.基于神经网络和模糊控制的可变配气相位系统[J].仪器仪表学报,2003,(03):304-308.
[3]桑海浪.无凸轮电液驱动配气机构的控制研究[D].天津大学,2007.。