电控燃油喷射系统高速电磁阀建模仿真与特性研究

摘要

高速电磁阀是应用于电控燃油喷射系统中调节系统喷油定时、喷油量以及喷油率的关键执行器，其电—机械能转换所能产生的静态电磁力是其可靠工作与快速响应的保障，而高速电磁阀在电流信号激励下的动态特性对燃油系统喷油的精确控制至关重要。因此，利用建模仿真技术对高速电磁阀的静、动态特性进行研究，更加全面地揭示各关键参数对其静、动态特性的影响规律。
　　首先，利用Ansys Maxwell软件建立了高速电磁阀的静、瞬态有限元仿真模型，利用Ansys Simplorer软件建立了高速电磁阀的机械、电路子模块模型，将瞬态仿真模型与Simplorer机械以及电路子模块模型联合，得到系统的动态联合仿真模型。
　　接下来，对两个难以实际测量的参数—静铁芯材料硅钢片的叠加系数和机械子模块中的阻尼系数进行参数辨识，并对辨识结果进行验证，得到经辨识标定后的有限元仿真模型的静态电磁力最大误差为6％，分别对峰值电流开始时刻、维持电流开始时刻、阀杆升程位移最大值开始时刻、阀杆开始落座时刻以及阀杆落座时刻等五个关键时刻进行标定验证，得到各时刻的最大误差为5%，证明了静、动态仿真模型的精确性。
　　针对高速电磁阀的静态特性进行全工况平面下参数交互作用机理研究，得到了静铁芯磁极长度、励磁线圈匝数及位置、动衔铁厚度、阻尼孔大小及位置等六个参数交互作用形成的6个一次因素以及21个二次因素对电磁力的影响在全工况平面的变化情况。得出一次因素中动衔铁厚度与励磁线圈匝数对电磁力影响显著，而二次因素中的参数自身交互作用因子与各自对应的一次因素对电磁力的影响规律不同，而参数间交互作用形成的二次因素中衔铁厚度与线圈匝数、衔铁厚度与阻尼孔位置、阻尼孔位置与阻尼孔大小对电磁力影响显著，并进一步揭示了这三组参数间交互作用机理。
　　最后，针对高速电磁阀的动态特性以开启延迟时间、关闭延迟时间为目标，并选定维持阶段电磁力进行约束，利用动态联合仿真模型，并结合试验设计与遗传算法方法，对静铁芯的副磁极内径、励磁线圈匝数、动衔铁厚度、残余气隙以及弹簧预紧力等参数进行优化。得到关闭延迟时间提前0.055ms，减小程度7.91%，开启延迟时间提前0.086ms，减小程度15.28%。论文的研究为高速电磁阀系统的设计优化提供支持，也有助于进一步提升柴油机燃油喷射系统的性能。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 电控燃油喷射系统高速开关阀

1.3 电控燃油喷射系统高速电磁阀研究现状

1.4 课题研究的背景与意义

1.5 本文的主要工作

第2章 高速电磁阀工作原理与建模

2.1 高速电磁阀系统及工作原理

2.2 建模软件的简介

2.3 静态有限元仿真模型的建立

2.4 动态联合仿真模型的建立

2.5 本章小结

第3章 高速电磁阀静动态仿真模型参数辨识

3.1 基于近似模型参数辨识的方法

3.2 近似模型的建立

3.3 辨识过程及结果

3.4 本章小结

第4章 高速电磁阀静态特性关键参数交互机理研究

4.1 全工况交互机理研究方法

4.2 全工况点与试验参数的选取

4.3 相关性分析

4.4 参数间交互作用机理分析

4.5 本章小结

第5章 高速电磁阀动态特性的多目标优化

5.1 多目标优化及方法

5.2 高速电磁阀动态特性的多目标优化

5.3 本章小结

第6章 全文总结和工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢