可变几何涡轮增压器液控执行机构的建模与仿真

　　可变几何涡轮(VGT)增压技术为实现增压器和车用发动机的良好匹配提供了一种有效手段,它已引起各国的普遍重视,在有的工业发达国家已实现商品化。VGT废气涡轮增压器主要由泵轮、涡轮和执行机构组成。泵轮和涡轮由一根轴相连,也就是转子,发动机排出的废气驱动泵轮,泵轮带动涡轮旋转,涡轮转动后给进气系统增压。增压器安装在发动机排气一侧,所以增压器的工作温度很高,而且增压器在工作时转子的转速非常高,可达到每分钟十几万转,如此高的转速和温度使得常见的机械滚针式或滚珠式轴承无法为转子工作,因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承,由机油来进行润滑,还有冷却液为增压器进行冷却。VGT电子控制系统可分为软件系统和硬件系统两大部分,而在硬件系统中,最关键的又是VGT的执行机构。该执行机构的设计受涡轮排气温度、执行器动力来源、振动以及机构尺寸等因素的限制,并且要求其反应迅速、驱动可靠、精确灵活。该系统的开发有一定难度。

　　VGT涡轮增压器的执行机构作为位置控制系统主要用于控制废气进入涡轮的通道开度,来增压功率,提高效率。VGT气动执行机构主要用于六缸机等车上配有气源的变几何涡轮增压器,在四缸机的可变几何涡轮增压器的研制过程中,由于车上没有气源系统,因此不能采用气动执行机构驱动叶片的几何角度变化。在四缸机的可变几何涡轮增压器研制中,一般采用电控或者液控的执行机构驱动叶片角度变化,由于电控执行机构的步进电机不能承受涡轮增压器的环境温度,所以四缸机用VGT一般采用液控执行机构。

　　1 液控执行机构模型的建立

　　1.1 液控执行机构组成及原理

　　液控执行机构的结构简图如图1所示, A口为滑油进口, B口为滑油出口, C腔与活塞6的左腔相通, D腔与活塞6的右腔相通。阀芯3在比例电磁铁和弹簧的共同作用下可以在阀套2内左右移动。

　　在凸轮转角一定的平衡态,阀芯在电磁力和弹簧力的共同作用下处于关闭状态,各腔封闭。当增大比例电磁铁的控制电流时,阀芯所受的电磁力大于弹簧力,阀芯向右移动, A口与D腔连通, B口与C腔连通,活塞杆右移,通过齿轮齿条机构推动凸轮正转(顺时针为正)。凸轮正转使弹簧套向左移动,弹簧受到压缩,弹簧力增大。当弹簧力大于电磁力时,推动阀芯向左移动,使滑阀关闭,此时凸轮停在一个新的转角位置上;同理,当控制电流减小时,阀芯左移, A口与C腔连通, B口与D腔连通,活塞杆左移,凸轮反转,带动弹簧套向右移动,弹簧力减小,阀芯右移,使滑阀关闭,凸轮停在一个新的转角位置。以此通过控制比例电磁铁的控制电流来控制凸轮转角的大小。在该液控执行机构中,比例电磁铁电流大小与输出的转角存在一定的比例关系。在结构设计中,为了减小零件数量和便于装配,凸轮轴与齿轮采用一体化设计。