二甲醚预混合燃烧系统控制阀工作特性研究

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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。
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