船用柴油机电控喷油器电磁阀设计

发布时间：2017-09-15 15:37

  本文关键词：船用柴油机电控喷油器电磁阀设计

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【摘要】：共轨式电控燃油喷射技术是提高柴油机燃油经济性、降低NOx和碳烟排放的关键技术。共轨式燃油系统中电磁阀由电子控制单元（ECU）发出控制信号控制喷油器针阀的动作，实现燃油喷射的柔性控制。电磁阀的高速响应特性是精确控制喷油正时、喷油持续期以及实现多次喷射规律的关键；电磁阀流通能力是保证柴油机不同工况循环喷油量的关键。然而电磁阀的流通能力和响应速度往往是相互矛盾，提高流通能力需要增大阀口中径或阀芯行程，这将导致响应速度的降低。为满足电控喷油器燃油喷射控制要求，电磁阀设计相关的主要研究工作及结论如下： 1．以低速二冲程柴油机电控液力增压式喷油器的燃油喷射控制为目标，通过电磁阀的流通能力计算，确定了电磁阀的阀口中径和行程；通过电磁阀的响应速度计算，，确定了电磁阀电磁力的大小；根据行程及电磁力需求，通过磁路计算确定了电磁铁的结构参数，完成了电磁阀的初步设计。 2．运用Maxwell电磁有限元分析软件，建立了电磁铁的有限元模型；通过静磁场参数化分析，研究了电磁铁铁心材料、极柱数、外径、磁轭厚度和衔铁厚度等参数对电磁力的影响，优化了电磁铁的各结构参数；设置了电磁铁的激励电路和负载，以柴油机单次循环喷油的脉宽对电磁铁进行了瞬态磁场仿真，研究电磁铁的开关响应特性，分析了铁心涡流效应对磁感应强度分布的影响。 3．在AMESim软件平台建立了电磁阀的动态仿真模型，实现了电磁铁、H桥驱动电路和阀芯的动态耦合；通过电磁阀动态仿真，分析了电磁阀工作过程中驱动电流、电磁力、阀芯位移、阀口液体流动、控制腔压力及泄漏流量的耦合关系；以电磁阀响应速度为目标，通过动态仿真，优化了阀芯结构尺寸。 4．通过电磁阀的动态特性分析，确定了开启电流值为50A和维持电流值为4A，在200bar~300bar工作压力内电磁阀开启响应时间小于1ms，关闭响应时间小于2ms，电磁阀单次开启的最小脉宽小于1ms，多次开启的最小时间间隔小于2ms。电磁阀动态响应和工作频率均满足燃油喷射控制要求。
【关键词】：电磁阀 喷油控制 流通能力 响应速度 有限元 动态仿真
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 电控喷油执行器研究现状11-13
• 1.2.1 电磁铁11-12
• 1.2.2 压电执行器12
• 1.2.3 超磁致伸缩执行器12-13
• 1.3 高速大流量电磁阀研究现状13-17
• 1.3.1 高速强力电磁铁13-15
• 1.3.2 高速大流量电磁阀15-17
• 1.4 电磁阀设计计算方法17-18
• 1.5 本文的主要内容18-20
• 第2章 电磁阀初步设计20-32
• 2.1 电磁阀设计技术指标20-21
• 2.2 电磁阀选型21-22
• 2.3 阀芯初步设计22-24
• 2.3.1 阀芯中径及行程设计22-23
• 2.3.2 外阀芯受力设计23-24
• 2.4 电磁铁初步设计24-31
• 2.4.1 电磁铁工作点设计24-25
• 2.4.2 铁心材料选择25-27
• 2.4.3 电磁铁结构尺寸设计27-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 电磁铁有限元分析32-47
• 3.1 Ansys Maxwell 电磁场计算原理32-34
• 3.1.1 Maxwell 3D 静磁场32-33
• 3.1.2 Maxwell 3D 瞬态磁场33-34
• 3.2 有限元模型的建立及简化34-37
• 3.3 电磁铁结构参数优化37-44
• 3.3.1 铁心材料和极柱数对电磁力的影响37-38
• 3.3.2 外径极柱高度对电磁力的影响38-40
• 3.3.3 磁轭厚度对电磁力的影响40-41
• 3.3.4 衔铁厚度对电磁力的影响41-42
• 3.3.5 1J22 电磁铁结构参数优化42-43
• 3.3.6 电磁铁多参数优化43-44
• 3.4 电磁铁工作范围参数化分析44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 电磁阀动态仿真47-62
• 4.1 LMS AMESim 软件介绍47-48
• 4.2 AMESim 电磁铁仿真模型48-51
• 4.2.1 AMESim 电磁铁数据查询模型48-49
• 4.2.2 AMESim 电磁铁磁路仿真模型49-50
• 4.2.3 两种电磁铁模型仿真结果对比50-51
• 4.3 驱动电路设计51-53
• 4.3.1 H 桥驱动电路原理52
• 4.3.2 电磁铁与驱动电路耦合仿真52-53
• 4.4 电磁阀动态仿真模型53-56
• 4.4.1 内锥阀芯及外阀芯53-54
• 4.4.2 外阀芯承压面受力54-55
• 4.4.3 配合面液压油泄漏55-56
• 4.4.4 电磁阀动态仿真模型56
• 4.5 电磁阀动态仿真研究56-60
• 4.5.1 电磁阀动作57-58
• 4.5.2 液体流动及压力变化58-60
• 4.6 阀芯结构尺寸优化60-61
• 4.7 本章小结61-62
• 第5章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目68-69
• 附录A 1J22 电磁铁结构参数优化69-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：857390