基于磁网络的高速电磁阀建模仿真及性能研究

发布时间：2020-06-18 00:03

【摘要】：高速电磁阀是电控燃油喷射系统的关键执行器。其强电磁力和快速响应特性直接影响燃油喷射的控制精度及灵活喷射规律,因此提高高速电磁阀的静态和动态特性对燃油喷射具有重要意义。本文以一种具有低功耗,强电磁力,高响应特性的永磁高速电磁阀为研究对象,对其建立磁网络模型并进行静动态性能研究。首先,对磁网络分析法进行阐述,考虑系统的漏磁和边缘效应,对常规高速电磁阀和永磁高速电磁阀的静态磁网络模型进行建立,利用Steffensen加速迭代法进行求解。在静态模型的基础上,结合电路子模型和机械运动子模型,同时采用四阶龙格库塔微分方程求解方法创建永磁高速电磁阀动态数学模型。利用MATLAB平台开发高速电磁阀磁网络仿真分析软件,对软件的架构和磁网络核心计算求解流程进行阐述,对磁网络分析软件流程进行说明,利用试验测试平台对电磁阀的静动态响应进行验证,对仿真模型的准确性加以验证,得到利用磁网络法与试验的静态电磁力误差约为5.1%,动态仿真模型最大误差为4.3%,证明了该模型可以实现计算精度和速度的兼顾。根据高速电磁阀磁网络模型对永磁高速电磁阀的静、动态特性进行研究。静态特性主要选取了主磁极半径、衔铁厚度、线圈匝数、工作气隙和永磁环高度等研究参数,揭示了高速电磁阀的电磁力输出和各部分的磁通特性变化规律。对于永磁高速电磁阀的动态特性研究,得出以驱动电压、弹簧预紧力、永磁体高度、残余气隙为例对高速电磁阀动态响应均具有影响,需要综合考虑。为提高永磁高速电磁阀的动态响应提供了理论支持,对提高电控燃油喷射系统的性能具有重要实用价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK423
【图文】：

电磁铁

作为柴油机电控燃油喷射系统的关键部件，高速电磁阀的响应速度、流通能力等需要具有很高的标准，接下来将从结构形式、驱动与控制、研究方法等方面对高速电磁阀进行相关研究内容的介绍。1.2.1 结构形式国外对于高速电磁阀的研究是伴随着柴油机电控喷射系统技术发展的，早在五十年代末就开始了数字阀的研制工作。最早开发并应用于高速电磁阀上的一类电磁铁是常规“E”型电磁铁，如图 1.1，该电磁阀具有结构简单、形状规则的特点，但存在电磁力与响应速度之间的矛盾，即为了增大电磁力，衔铁质量增大速度大于电磁力的增大速度[22]为了解决 E 型电磁阀的问题，国内外研究人员从 E 型电磁阀的结构出发进行改造。图1.2 所示的为最常见的一种改动，E 型螺线管电磁阀，将原来的方形结构改变为环形结构，主要包括 E 型铁芯、励磁线圈和衔铁三部分，与图 1.1 进行比较可以看出结构变得紧凑，运动件质量减小，电磁力更大，从而成为电控喷油器中应用最广的一类电磁阀，但该电磁阀存在电磁力提高并不能使动态速度提高的不足。

螺线管式,电磁铁

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