共轨系统高压变量泵用高速比例电磁铁的研究

论文摘要

共轨系统是现代柴油机电控系统的先进技术之一,它能够使柴油机能够满足日趋严格的排放法规要求,同时可提高其经济性和舒适性。高压共轨式喷油系统对喷油量和喷油规律的控制都是通过对高速电磁阀的精确控制实现的。在高压油泵的进、出油口,高压喷油器等关键部位均有高速电磁阀调节控制。因此,高速电磁阀的性能直接决定了共轨式燃油喷射系统的功能。高速电磁阀由电磁铁与控制阀两部分组成,其中电磁铁是重点。本课题以共轨系统高压变量泵用高速比例电磁铁为研究对象,采用理论计算,计算机仿真与实验分析相结合的方法,研究高压变量泵用高速比例电磁铁的结构设计与性能优化。本论文建立了高速比例电磁铁动态数学模型,结合电磁场有限元仿真手段分析了比例电磁铁结构参数与其整体性能的耦合关系,总结出高速比例电磁铁的优化设计原则。在理论设计计算和仿真分析的基础上,成功研制出了第一代高速比例电磁铁样品,实验结果显示,自主开发的比例电磁铁样品基本满足国内共轨系统高压变量泵对高速比例电磁铁性能的要求。本课题研究工作对我国车用比例电磁铁领域和提升我国柴油机高压共轨燃油喷射系统的自主开发能力具有重要的理论意义和工程应用价值。本论文的主要内容可分为6章,现分述如下:第一章,阐述了共轨系统及比例电磁铁的发展应用和国内外研究现状,提出了高速比例电磁铁的研究意义和课题的主要研究内容。第二章,深入地分析了比例电磁铁的静态和动态控制特性,并推导出了行程控制型单向比例电磁铁的动态数学模型。第三章,通过理论计算对比例电磁铁进行了结构设计,并对比例电磁铁选用磁性材料进行了总体分析,总结出了研制高速比例电磁铁选用的磁性材料应当具备的基本特性,为选材提供一定的理论依据。第四章,用电磁场有限元分析软件建立了高速比例电磁铁的仿真模型,并进行了相关静态和动态仿真分析。对不同的磁性材料分别建立了仿真模型,对它们的特性仿真结果进行了对比,分析了各种材料的优势和缺陷。第五章,结合现有的实验条件,对研制出的高速比例电磁铁样品进行了静态和动态特性的实验研究,给出了相关实验结果。第六章,概括了全文的主要研究工作和成果,并展望了今后需要进一步研究的工作和方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 共轨系统及比例电磁铁发展概述
• 1.1.1 共轨系统的发展与应用
• 1.1.2 比例电磁铁的结构、工作原理及分类
• 1.1.3 电液比例技术及比例电磁铁发展概况
• 1.2 课题的背景和研究意义
• 1.3 课题的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 比例电磁铁的控制特性与数学模型
• 2.1 比例电磁铁的控制特性
• 2.1.1 比例电磁铁的稳态控制特性
• 2.1.2 比例电磁铁的动态控制特性
• 2.2 比例电磁铁的数学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 高速比例电磁铁的结构设计和选材分析
• 3.1 初算
• 3.1.1 比例电磁铁的结构因数
• 3.1.2 励磁线圈的设计
• 3.2 复算
• 3.2.1 电磁力的复算
• 3.2.2 励磁线圈的复算
• 3.3 结构设计
• 3.3.1 导套
• 3.3.2 隔磁环工作角度α和宽度C
• 3.3.3 衔铁长度
• 3.4 磁性材料的选择
• 3.4.1 软磁材料的分类
• 3.4.2 磁性材料的技术磁化
• 3.4.3 影响磁性的因素
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于MAXWELL的电磁场有限元仿真研究
• 4.1 有限元法与仿真工具简介
• 4.1.1 有限元法发展概况
• 4.1.2 有限元法的优越性与局限性
• 4.1.3 Ansoft Maxwell电磁场有限元分析软件简介
• 4.2 结构参数的仿真分析
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 参数化仿真结果及分析
• 4.2.3 静磁场仿真结果及分析
• 4.2.4 瞬态仿真结果及分析
• 4.3 材料的仿真分析
• 4.3.1 不同材料的仿真结果性能对比
• 4.3.2 隔磁环选材仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验研究
• 5.1 高速比例电磁铁静态特性实验
• 5.1.1 比例电磁铁的静态特性
• 5.1.2 静态特性实验结果与仿真结果的对比
• 5.2 高速比例电磁铁动态特性实验
• 5.2.1 比例电磁铁的动态特性
• 5.2.2 动态特性实验结果与仿真结果的对比
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢