两种柴油机电液执行器的比较研究

　　前言

　　电液执行器因采用高速数字开关阀作为控制元件，因而具有响应速度快、输出推力大及环境适应性强等优点，近年来被广泛应用于发动机电控系统以提高发动机的燃油经济性。按液压缸工作方式的不同，液压执行机构主要有三种形式(见图1)。文献[1]对差动式执行机构的控制精度进行了研究，文献[2-4]对弹簧复位式执行器进行了研究，文献[5]则研究了带液压蓄能器的电液执行机构。由于图1(b)中的弹簧与图1(c)中的蓄能器均为储能元件，两者均用以提供液压缸回程时所需要的能量，因此这两种结构形式并无本质上的区别。为此，本文仅对差动式电液执行器与弹簧复位式电液执行器进行比较研究。

图1 电液执行器的三种形式

　　1.1差动式

　　(1)活塞右行(差动连接)：

　　(1)活塞右行：

　　式中：p为油源压力；ΔpL、ΔpR分别为开关阀L、R的压力损失；A1、A2分别为液压缸左、右腔有效工作面积；m为活塞移动部件质量；x为活塞位移；F为负载；B为粘性阻尼系数；Q1、Q2分别为液压缸左、右腔流量；Cl为液压缸内泄漏系数；k为复位弹簧刚度。

　　2两种执行器响应速度比较

　　对电控柴油机而言，当外负载变化时，为提高转速控制精度，应使电液执行器适时驱动喷油泵齿杆增减喷油量。因此，液压缸必须具有较高的动态响应速度。从以上数学模型可以看出，无论是差动式电液执行器还是弹簧复位式电液执行器，活塞左行与右行时的受力情况都是不相同的，为兼顾活塞左行与右行时的响应速度，可适当改变系统结构参数以使活塞左行与右行时的响应速度相同。

　　对差动式电液执行器，只要适当调整活塞杆直径d即可实现。对弹簧复位式电液执行器而言，则应通过调整复位弹簧刚度k来实现。为此，根据所建立的数学模型，给图1(a)与图1(a)中的开关阀输入图2所示的占空比控制信号，并设定如表1所示的参数进行仿真，得两种电液执行器的位移响应曲线分别如图3、图4所示。

表1 电液执行器主要参数