柴油机中压共轨系统大流量高速电磁阀的优化研究

论文摘要

大流量高速电磁阀是中压共轨电控燃油喷射系统和进排气系统中的关键执行器件。本文以200型单缸柴油机电控燃油喷射系统和135型柴油机可变气门系统为应用对象，对二位三通双自由度内锥阀芯大流量高速电磁阀进行了较为全面的研究，提出了该类电磁阀的开发设计方法。为对电磁铁的性能进行研究，开发了一套电磁阀电磁铁性能试验装置，实现了对电磁铁静态电磁力、阀芯运动特性、励磁电流和阀芯运动合力的测量，在此基础上对电磁铁进行了试验研究，分析了电磁铁驱动电压、工作气隙和复位弹簧对电磁铁开关速度的影响。在LabVIEW虚拟仪器开发平台上开发了电磁阀综合测控系统，具体介绍了测控系统的功能以及各个子模块的实现方式。对电磁阀高低压驱动电路进行了设计。以试验研究和Protel软件仿真为手段，着重分析了驱动电路中高电压部分的控制方式以及电路中关键元件的参数选取，并提出了驱动电路的调试方法。以ANSYS软件为开发工具，对电磁阀电磁铁电磁场进行了三维有限元分析，编制了环状多极式电磁铁的开发程序。在电磁铁性能试验装置上验证了计算结果的正确性。借助电磁铁开发程序对电磁铁的极柱数、磁性材料、励磁线圈高度、有效吸合面积以及衔铁厚度进行了系列研究，得出了各参数对电磁力的影响规律。以200型单缸柴油机电控燃油喷射系统为应用对象，进行了大流量高速电磁阀的设计。对设计的电磁阀进行了响应速度和流通能力试验，试验结果表明：所开发的电磁阀性能基本满足喷油系统要求。对开发的电磁阀在200型单缸柴油机中压共轨电控燃油喷射系统中的应用进行了试验研究，分析了电磁阀对喷油系统的控制能力和控制效果。探讨了利用电磁阀在中压共轨系统中实现燃油预喷射的可能性。对电磁阀在135型柴油机可变气门系统中的应用性能进行了试验研究，分析了电磁阀对气门正时、气门持续时间和气门升程的控制能力和控制效果。在HYDSIM软件平台上建立了中压共轨电控燃油喷射系统的仿真模型，着重分析了喷油系统实现燃油高压喷射的途径。

论文目录

第1章绪论

1.1 电磁铁的国内外研究状况

1.1.1 常规“E”型电磁铁

1.1.2 伸长式“E”型电磁铁

1.1.3 多极式“E”型电磁铁

1.1.4 伸长多极式电磁铁

1.2 阀体、阀芯的国内外研究现状

1.3 典型结构分析

1.4 本文的选题背景及意义

1.5 本文的主要研究工作

1.6 本章小结

第2章电磁铁性能试验装置的开发及其试验研究

2.1 电磁铁性能试验装置的设计及测试原理

2.1.1 测试装置的结构设计

2.1.2 测试装置的测量原理

2.1.3 测试装置的传感器选型

2.2 测试装置的初步试验及结果分析

2.3 电磁铁性能试验研究

2.3.1 驱动电压对电磁铁开启响应速度的影响

2.3.2 工作间隙对电磁吸力的影响

2.3.3 复位弹簧对电磁阀开关速度的影响

2.4 测试装置的测量精度分析

2.5 本章小结

第3章电磁阀综合测控系统的开发

3.1 开发工具简介

3.1.1 MATLAB

3.1.2 LabVIEW

3.2 电磁阀综合测控软件的功能设计

3.3 测控系统的硬件配置和传感器选型

3.4 测控系统的软件设计

3.4.1 测控系统功能说明

3.4.2 信号采集模块

3.4.3 PWM脉冲输出模块

3.4.4 共轨压力控制信号输出模块

3.4.5 测量数据的存储和处理

3.5 电磁阀高低压驱动电路的研究

3.5.1 电磁阀高低压驱动电路的设计和原理分析

3.5.2 电磁阀驱动电路的仿真研究

3.5.3 自举电容对电路性能影响的仿真分析

3.5.4 驱动电路的调试原则

3.5.5 驱动电路对电磁阀开关相应速度的影响分析

3.6 本章小结

第4章电磁铁电磁场有限元分析及高速大量电磁阀的开发

4.1 ANSYS有限元分析软件

4.2 电磁铁的结构型式

4.3 电磁铁有限元实体模型的建立

4.4 电磁铁的网格划分和有限元求解

4.4.1 求解结果的分析与试验对比

4.5 电磁力的影响因素分析

4.5.1 电磁铁铁磁性材料对电磁力的影响

4.5.2 电磁铁极柱数和线圈高度对电磁力的影响

4.5.3 衔铁厚度和有效吸合面积对电磁力的影响

4.6 200型单缸柴油机电控喷油系统高速大流量电磁阀的设计

4.6.1 200型单缸柴油机电控喷油系统电磁阀循环供油量的计算

4.6.2 电磁阀流通面积的估算

4.6.3 电磁阀阀口当量直径和开度的初步确定

4.6.4 电磁阀开关响应时间的的初步计算

4.7 电磁阀性能测试结果分析

4.7.1 电磁阀的开关响应特性试验

4.7.2 电磁阀的流量试验

4.8 本章小结

第5章电磁阀在中压共轨电控喷油系统中的应用研究

5.1 柴油机电子-液压控制系统试验台简介

5.2 不同共轨压力对喷油系统性能的影响

5.3 不同电磁阀流通面积对喷油系统性能的影响

5.4 中压共轨电控喷油系统实现预喷的研究

5.4.1 前期预喷的实现方式

5.4.2 相关参数定义

1对预喷的影响'>5.4.3 不同t₁对预喷的影响

2对预喷的影响'>5.4.4 不同t₂对预喷的影响

5.5 本章小结

第6章电磁阀在中压共轨电控可变气门系统中的应用研究

6.1 中压共轨电控可变气门试验装置

6.2 共轨压力对气门运动特性的影响

6.3 高压脉宽对气门运动特性的影响

6.4 电磁阀开度对气门运动特性的影响

6.5 可变气门系统中电磁阀工作可靠性研究

6.6 本章小结.

第7章中压共轨电控燃油喷射系统的仿真研究

7.1 计算模型

7.1.1 HYDSIM软件

7.1.2 电控燃油喷射系统的计算模型

7.2 模拟计算的试验验证

7.3 电磁阀流通面积对喷油压力的影响

7.4 共轨压力对喷油压力的影响

7.5 柱塞行程对喷油压力的影响

7.6 增压活塞直径对喷油压力的影响

7.7 喷嘴结构参数对喷油压力的影响

7.8 本章小结

第8章结论与展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

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