电控单体泵燃油系统及其电磁控制阀工作性能仿真研究

发布时间：2017-10-24 17:10

  本文关键词：电控单体泵燃油系统及其电磁控制阀工作性能仿真研究

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【摘要】：随着近年来对柴油机燃油经济性和排放性要求的不断提高,柴油机的电控化是现代柴油机发展的必然趋势。电控单体泵燃油系统是一种主流的电控柴油机燃油供给系统,具有灵活可控、响应速度快等优点,有较高的研究价值。电磁控制阀作为电控单体泵燃油系统的核心部件,其电磁特性、快速响应特性、电磁控制阀周围燃油的流动特性直接影响着整个燃油系统的控制精度与喷油性能,进而决定柴油机的动力性、燃油经济性与排放性。纵观全文,论文研究工作及取得的相关成果主要体现在以下几个方面： 首先,开展了电控单体泵燃油系统的一维液力特性仿真研究。利用AMESim软件建立电控单体泵燃油系统液力仿真模型并完成了模型校准：研究了单体泵燃油供油泵、电磁控制阀、高压油管及喷油器部件特征参数以及系统运行参数对喷油特性的影响规律,得出影响喷油特性的关键参数；在转速及喷油脉宽全工况内,进行了喷油量波动分析,为单体泵燃油系统的优化与匹配提供参考。 其次,开展了电控单体泵燃油系统电磁控制阀静磁力特性仿真研究与影响因素分析。采用Maxwell软件建立静磁力特性有限元模型,并进行了模型验证；揭示了电磁转化中的磁饱和现象、磁场分布特性；研究了电磁控制阀铁芯、线圈与衔铁部件结构参数对静磁力的影响规律,得出了影响静磁力的关键因素；研究了驱动参数对静磁力及涡流损耗的影响；在工作气隙及驱动电流全工况内,进行了静磁力特性分析。 另外,开展了电控单体泵电磁控制阀工作过程仿真研究及响应特性优化分析。建立电磁控制阀动态响应特性有限元模型,分析了电磁控制阀在动态闭合、维持、复位等过程中的电磁力、磁通、衔铁位移等动态响应特性及磁场分布特性；研究了弹簧预紧力、弹簧刚度、线圈匝数、运动件质量、阀芯升程对电磁控制阀动态响应特性的影响规律；通过正交设计法优化电磁控制阀响应特性,得出线圈匝数对闭合时间影响最大,弹簧预紧力次之,而弹簧刚度与运动件质量影响较小,得出电磁控制阀动态响应特性的最优参数组合,与原电磁控制阀特性进行对比分析。 最后,开展了不同阀芯升程下的电磁控制阀周围燃油流动及空化特性仿真研究。建立控制阀周围燃油三维CFD瞬态仿真模型,研究控制阀升程对流体压力分布、速度分布、阀芯出口质量流率等流动特性的影响：分析了阀芯升程对控制阀周围燃油空化分布特性及气相体积分数的影响；得出了阀芯升程越大,流通能力越好,阀芯升程大于0.18mm时对空化及流通能力的影响较小。
【关键词】：单体泵燃油系统 电磁控制阀 动态响应特性 流动特性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-28
• 1.1 研究背景12
• 1.2 国内外研究现状12-25
• 1.2.1 电控单体泵燃油系统液力特性国内外研究现状12-20
• 1.2.2 电磁控制阀电磁及响应特性国内外研究现状20-23
• 1.2.3 电磁控制阀周围燃油流动特性国内外研究现状23-25
• 1.3 研究意义25-26
• 1.4 论文研究内容26-28
• 2 电控单体泵燃油系统液力特性仿真研究28-64
• 2.1 电控单体泵燃油系统结构及工作原理28-29
• 2.2 单体泵系统仿真模型建立及验证29-41
• 2.2.1 仿真软件介绍30-31
• 2.2.2 各部件模型建立31-38
• 2.2.3 仿真模型验正38-41
• 2.3 单体泵系统各部件特征参数对喷油特性的影响41-56
• 2.3.1 柱塞直径对系统喷油特性的影响42-46
• 2.3.2 密封锥角对系统喷油特性的影响46-49
• 2.3.3 油管长度对系统喷油特性的影响49-52
• 2.3.4 喷孔直径对系统喷油特性的影响52-55
• 2.3.5 特征参数对喷油特性影响权重分析55-56
• 2.4 单体泵系统运行参数对喷油特性的影响56-59
• 2.5 单体泵系统全工况循环喷油量波动分析59-61
• 2.6 本章小结61-64
• 3 单体泵系统电磁控制阀静磁力特性及影响因素仿真研究64-90
• 3.1 电控单体泵燃油系统对电磁控制阀特性的要求64
• 3.2 电磁控制阀静磁力特性模型建立64-71
• 3.2.1 数学模型建立65-67
• 3.2.2 仿真模型建立67-70
• 3.2.3 模型验证70-71
• 3.3 电磁控制阀各部件特征参数对静磁力的影响71-80
• 3.3.1 铁芯参数对静磁力影响规律71-73
• 3.3.2 线圈参数对静磁力影响规律73-75
• 3.3.3 衔铁参数对静磁力影响规律75-80
• 3.4 电磁控制阀装配参数对静磁力的影响80
• 3.5 电磁控制阀驱动参数对静磁力及涡流损耗的影响80-85
• 3.6 全工况电磁控制阀静磁力特性分析85-87
• 3.7 本章小结87-90
• 4 电磁控制阀动态工作过程仿真研究及响应特性优化分析90-124
• 4.1 电磁控制阀动态工作过程及原理90-91
• 4.2 电磁控制阀动态工作过程仿真研究91-99
• 4.2.1 线圈激励加载91-92
• 4.2.2 运动属性设置92
• 4.2.3 网格划分92-93
• 4.2.4 工作过程分析93-99
• 4.3 电磁控制阀动态响应特性影响因素研究99-112
• 4.3.1 弹簧预紧力对动态响应特性的影响99-102
• 4.3.2 弹簧刚度对动态响应特性的影响102-105
• 4.3.3 线圈匝数对动态响应特性的影响105-107
• 4.3.4 运动件质量对动态响应特性的影响107-110
• 4.3.5 阀芯升程对动态响应特性的影响110-112
• 4.4 电磁控制阀动态响应特性优化分析112-122
• 4.4.1 正交设计试验方法112-113
• 4.4.2 正交方案设计及结果113-114
• 4.4.3 极差分析114-116
• 4.4.4 方差分析116-117
• 4.4.5 优化结果对比分析117-122
• 4.5 本章小结122-124
• 5 不同阀芯升程时电磁控制阀周围燃油流动及空化特性研究124-140
• 5.1 电磁控制阀周围燃油CFD仿真模型建立124-127
• 5.1.1 燃油几何模型建立124-125
• 5.1.2 网格划分及边界设置125-127
• 5.2 数学模型建立127-130
• 5.2.1 守恒方程127-128
• 5.2.2 湍流模型128-129
• 5.2.3 空化模型129-130
• 5.3 阀芯升程对电磁控制阀周围燃油流动特性的影响130-136
• 5.3.1 阀芯升程对压力分布的影响131-133
• 5.3.2 阀芯升程对速度分布的影响133-134
• 5.3.3 阀芯升程对出口质量流率的影响134-136
• 5.4 阀芯升程对电磁控制阀周围燃油空化特性的影响136-138
• 5.5 本章小结138-140
• 6 总结与展望140-144
• 6.1 全文总结140-142
• 6.2 工作展望142-144
• 参考文献144-150
• 附录150-152
• 作者简历152-156
• 学位论文数据集156

【参考文献】

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本文编号：1089707