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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳泓宇
研究生(外文):Hong-Yu Chen
論文名稱:引擎永磁電磁複合式電子氣閥之測試與最佳化分析
論文名稱(外文):Test and Optimization of a PM/EM Hybrid Electromagnetic Valve for Engines
指導教授:蕭耀榮蕭耀榮引用關係
指導教授(外文):Yao-Jung Shiao
口試委員:劉建章楊勝明
口試委員(外文):Jian-Jang LiuSheng-Ming Yang
口試日期:2012-07-19
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:車輛工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:142
中文關鍵詞:電子氣閥進排汽門汽門正時無凸輪引擎
外文關鍵詞:electromagnetic valveintake-exhaust valvevalve timingcamless engine
相關次數:
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改善內燃機引擎技術,是現今車輛動力系統的發展趨勢,其主要方向在發展低耗能、低廢氣、提升引擎效率之內燃機引擎;無凸輪引擎電子氣閥系統可獨立控制,不需透過凸輪軸驅動,相較於傳統凸輪軸帶動的氣門機構,可提供高自由度的氣門正時。傳統電子氣閥系統,係利用電磁線圈來維持氣閥在開啟與關閉位置,此設計能量消耗較大。本論文提出一新型複合式電子氣閥,採用永久磁鐵與電磁線圈複合式之機構設計,並利用順向引導式磁路的方式來驅控氣閥之啟閉,有別於一般逆向抵銷式磁路的設計,可避免永久磁鐵產生退磁的現象;而上下對稱式的磁路設計可增加氣閥在開啟與關閉時的氣閥維持力。
  本研究針對引導式磁路進行分析,藉由磁路分析軟體模擬電子氣閥的磁路變化及氣閥在磁場影響下的表現,探討引導磁路效果不佳之原因,找出主要影響因素,求得較佳之改善方法。研究中並針對造成氣閥磁飽和的影響因素,透過最佳化分析,求得複合式電子氣閥之最佳化結果;提出改良氣閥之設計,解決了磁飽和的問題,並提升氣閥作用力。本研究將建立電子氣閥測試平台,進行電子氣閥實體測試,獲得電子氣閥作用力、電流激磁性能與氣閥作動情形,並驗證電子氣閥在改良設計後能有效使電樞作釋放,未來可望能將此電子氣閥運用於引擎上。


Improving internal combustion engines is the current developing trend of vehicle power train system, in which this trend mainly focuses on developing internal combustion engines with low fuel consumption, low emission pollution, and better engine efficiency. Electromagnetic valve (EMV) system for camless engine could be controlled independently without camshaft driving, so EMV could provide valve timing with high degree of freedom compared with the traditional camshaft-driven valve structure. Conventional electromagnetic valve system uses double solenoids to maintain valve at its opening or closing position. This design consumes higher energy.
A new type of EMV system was proposed in this study. This EMV adopts hybrid EMV design of permanent magnet and electromagnet (PM/EM) to reduce operational actuating energy, and also uses technique of forward bypassed magnetic flux to control the valve opening and closing. This forward bypassed magnetic flux, in which the demagnetization of permanent magnet could be avoided, is different from general technique of backward counterweight magnetic flux used in conventional EMVs. The horizontally symmetrical magnetic flux could increase the holding force of valve at valve opening and closing positions.
This study discussed the factors that influenced hybrid electromagnetic valve, and performed optimum analysis about this electromagnetic valve. The factors that had not been considered in the past design were revised one by one. Simulation of magnetic field about EMV was performed to evaluate and the performance of valve under the influence of magnetic field. The influence of magnetic saturation in EMV was also discussed, so as to further investigate how to avoid magnetic saturation during design stage. Thus, the optimum design of EMV with PM/EM hybrid was obtained so as to confirm the function of bypassed magnetic flux in EMV.
Besides, this study established an experimental platform for testing performances of electromagnetic valve, i.e., EMV function, current magnetic performance, and valve motion This EMV is expected to be actually used in an engine in the near future.


中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 5
1.3 文獻回顧 5
1.4 研究方向 11
1.5 論文大綱 12
第二章 電子氣閥結構設計與動態分析 14
2.1電子氣閥結構設計 14
2.1.1引導式磁路 15
2.1.2 作用原理 16
2.2 電子氣閥尺寸分析 17
2.2.1 電樞 18
2.2.2 永久磁鐵 20
2.2.3 導磁通道 22
2.3 電子氣閥系統動態分析 25
2.3.1 電子氣閥動態模組 25
2.3.2 機械系統 26
2.3.3 電子系統 28
2.3.4 電磁系統 30
2.4 電子氣閥控制策略 31
2.5 電流與電樞吸附力分析 33
第三章 引導式磁路分析 35
3.1 永久磁鐵分析 36
3.1.1 磁鐵位置 41
3.1.2 磁力大小 49
3.2 機構設計分析 55
3.2.1 機構寬度 56
3.2.2 導磁通道 59
3.3 磁力與導磁通道分析 61
3.3.1 相對導磁率0.05 61
3.3.2 相對導磁率0.1 63
3.3.3 相對導磁率0.2 65
3.3.4 相對導磁率0.3 66
3.3.5 相對導磁率0.4 69
3.4 導磁通道設計與分析 70
3.4.1 接觸式導磁通道 71
3.4.2 延伸式導磁通道 72
3.4.3 氣閥作用力分析 74
第四章 電子氣閥實驗建立與測試 77
4.1 電子氣閥改良設計 77
4.2 氣閥作用力測試 80
4.3 氣閥彈簧 85
4.3.1 彈簧規格設計 85
4.3.2 彈簧力分析 86
4.3.3 彈簧力測試 87
4.4 磁通密度測試 89
4.5 實驗結果與討論 92
第五章 電子氣閥改良設計與最佳化分析 93
5.1 電子氣閥原始設計 94
5.2 電樞設計 98
5.3 磁鐵設計 108
5.4 導磁通道設計 112
5.5 最佳化分析結果 117
5.6 實驗測試與結果 120
5.6.1 電子氣閥電樞設計 121
5.6.2 實驗測試 123
第六章 結論與未來展望 127
6.1 結論 127
6.2 未來展望 128
參考文獻 129
附錄A 132
附錄B 133
附錄C 134
符號彙整 140


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