隨著能源危機(jī)的加劇以及排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,傳統(tǒng)的電磁閥式噴油器越來(lái)越難以滿足人們對(duì)節(jié)能和環(huán)保的要求。然而,壓電陶瓷式噴油器憑借其響應(yīng)快、體積小、靈敏度高及位移精度與分辨率高等優(yōu)勢(shì),成為噴油器的主流發(fā)展方向。因此,對(duì)壓電陶瓷式噴油器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究有著十分重要的意義。本文首先對(duì)壓電陶瓷的特性進(jìn)行了介紹,接著對(duì)壓電陶瓷疊堆在噴油器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析,然后根據(jù)壓電陶瓷疊堆的特點(diǎn)對(duì)比了電壓式驅(qū)動(dòng)方式和電流式驅(qū)動(dòng)方式,擇優(yōu)選擇了電流式驅(qū)動(dòng)方式。針對(duì)電流驅(qū)動(dòng)方式,選擇目前比較常見(jiàn)的單峰值電流驅(qū)動(dòng)方式和多峰值電流驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分析研究。最后,在理論上針對(duì)壓電陶瓷式執(zhí)行器控制系統(tǒng)精確度高、響應(yīng)速度快的要求,做了深入的理論分析,并設(shè)計(jì)了一款壓電陶瓷式噴油器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由微控制器MCU、DC/DC升壓電路、充放電電路、電壓反饋電路、電流反饋電路組成。其工作原理為:噴油器噴油前,通過(guò)MCU控制其升壓電路將車載蓄電瓶電壓12V升至100V,從而驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷疊堆發(fā)生形變,由MCU產(chǎn)生的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)作用于充放電電路,進(jìn)行充電、放電控制,通過(guò)電流、電壓反饋電路將電路實(shí)時(shí)信息反饋到MCU中。接著MCU利用模糊PID算法對(duì)反饋結(jié)果進(jìn)行處理,處理后的結(jié)果再作用于充放電電路,使得驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電流和電壓的值保持在設(shè)定的范圍內(nèi),提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,從而使噴油系統(tǒng)的電流和電壓控制更加精確,實(shí)現(xiàn)多次噴射。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:壓電陶瓷式驅(qū)動(dòng)器的充放電時(shí)間在100μs(25)200μs之間,電壓也能在150μs左右的時(shí)間迅速實(shí)現(xiàn)變化,滿足驅(qū)動(dòng)器的控制要求,驗(yàn)證了系統(tǒng)的正確性與優(yōu)越性。
【學(xué)位單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U464.136
【部分圖文】：

第一章 緒論實(shí)現(xiàn)了達(dá)到歐 III 標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。2009 年，Delphi 公司決定更換高壓共軌系統(tǒng)上的電磁控制器，轉(zhuǎn)而采用目前性能更優(yōu)的壓電材料來(lái)作為噴油器的控制器。Delphi 公司引入油器針閥模塊，實(shí)現(xiàn)噴油器開啟與關(guān)閉的高效控制。它可以直接通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器和位放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行推動(dòng)，這成為壓電噴油器史上的一次偉大的飛躍性創(chuàng)新。此系統(tǒng)與之前比，不僅響應(yīng)速度發(fā)生了飛躍性的提高，而且能源消耗與浪費(fèi)問(wèn)題也得到了有效的解決在噴油性能上，有了很大改善，這種性能的提高，具有重要的環(huán)保價(jià)值[6]。20 世紀(jì)初，日本 Denso 公司推出了一款共軌燃油噴射系統(tǒng)，并且命名為 ECD-U2ECD-U2 共軌噴油系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，它主要由限壓閥、壓力傳感器、噴油器燃油分配管、供油泵、油箱以及電子控制單元等組成。通過(guò) ECD-U2 系統(tǒng)中的泵控制的開關(guān)組合來(lái)控制高壓供油泵的燃油出油量的多少，由于燃油出油量與共軌壓力呈正關(guān)的關(guān)系，因此通過(guò)調(diào)節(jié)燃油出油量的多少進(jìn)而控制此系統(tǒng)的共軌壓力的大小[7]。系可以利用燃油壓力傳感器與泵控制閥完成反饋控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)共軌壓力的閉環(huán)控制

電荷或負(fù)電荷，電荷的密度與所受機(jī)械應(yīng)力大小呈現(xiàn)一種正相關(guān)的關(guān)系，當(dāng)把外力后，電荷就會(huì)馬上消失。該現(xiàn)象就是正壓電效應(yīng)[17][18]。機(jī)械應(yīng)力大小與電荷密度所的公式如下： dT（2-其中 d 為壓電常數(shù)，T 為應(yīng)力大小，δ為面電荷密度。在居里兄弟發(fā)現(xiàn)正壓電效應(yīng)的第二年，Lippman 利用熱力學(xué)方法(即利用兩大定律電量守恒定律②能量守恒定律)，通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)最先發(fā)現(xiàn)逆壓電效應(yīng)[19]。之后.Curie 和J.Curie兩人又做了大量實(shí)驗(yàn)，最終驗(yàn)證：在外電場(chǎng)的影響下，壓電晶體出應(yīng)力、應(yīng)變現(xiàn)象，使壓電晶體產(chǎn)生形變，此外還證實(shí)了若采用固態(tài)電介質(zhì)時(shí)，其電力學(xué)參數(shù)之間存有線性耦合效應(yīng)[20]，從而證實(shí)逆壓電效應(yīng)的存在。具有正壓電效應(yīng)體材料也會(huì)具備逆壓電效應(yīng)，不光如此，還同時(shí)獲得了石英晶體相同的正、逆壓電常數(shù)，進(jìn)一步證明正、逆壓電效應(yīng)有一樣的壓電常數(shù)[21][22]。當(dāng)電場(chǎng)不是很強(qiáng)的時(shí)候電場(chǎng)與形變呈線性的關(guān)系，逆壓電效應(yīng)中應(yīng)變與外加電場(chǎng)關(guān)系公式如下[23]：sxdEt （2-2其中x——應(yīng)變量；SE ——外部施加電場(chǎng)強(qiáng)度；td——壓電應(yīng)變常數(shù)

第二章 壓電噴油器驅(qū)動(dòng)原理及驅(qū)動(dòng)方式研究片壓電陶瓷疊堆的位移形變量過(guò)小，因此通常采用幾百片甚至幾千片陶瓷片疊加的結(jié)構(gòu)來(lái)制成壓電執(zhí)行器[25]。對(duì)于壓電陶瓷疊堆來(lái)說(shuō)，它的極化方向是沿著它的那么壓電陶瓷疊堆的位移量就等于全部壓電陶瓷片位移量的和，用公式表示即：s。由方程 2-7 可以得到疊堆總位移：S=ns=ndE,由此式可以看出壓電陶瓷疊堆的變量與外加電壓值呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。疊堆的結(jié)構(gòu)圖和實(shí)物圖如圖 2-2 所示：
【參考文獻(xiàn)】

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5 董全;隆武強(qiáng);田江平;石間経章;川島久宜;;直噴汽油機(jī)壓電晶體控制外開軸針式噴油器的噴霧場(chǎng)粒子特性[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2013年02期

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3 李晶晶;柴油機(jī)電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)控制策略及仿真研究[D];北京交通大學(xué);2011年

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6 何正胤;壓電晶體噴油器及驅(qū)動(dòng)策略的研究[D];浙江大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2837314