【摘要】：高速電磁閥作為電控燃油噴射系統(tǒng)的關(guān)鍵控制部件,其強(qiáng)電磁力和快速響應(yīng)特性直接影響燃油噴射的控制精度及靈活噴射規(guī)律。而傳統(tǒng)高速電磁閥難以解決其有限設(shè)計(jì)空間與驅(qū)動(dòng)力、低功耗與驅(qū)動(dòng)力以及高響應(yīng)速度與低功耗間的矛盾問題,制約了電控燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展。本文提出了一種具有低功耗、強(qiáng)電磁力和高響應(yīng)特性的永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥,但其實(shí)際開發(fā)與應(yīng)用仍存在以下難題亟待突破:一是缺乏永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥數(shù)值仿真模型,無法開展其靜、動(dòng)態(tài)特性的仿真研究;二是永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥的電磁力輸出特性以及其特征結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理尚未全面掌握,難以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);三是永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥磁場瞬變以及能量轉(zhuǎn)換對其動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律未完全揭示,無法對其實(shí)施優(yōu)化控制;四是高速電磁閥是一個(gè)電、磁、機(jī)、液多物理場耦合系統(tǒng),存在場內(nèi)、場間多參數(shù)交互作用,永磁/電磁復(fù)合磁路的引入使得系統(tǒng)更加復(fù)雜,如何實(shí)現(xiàn)多物理場耦合與參數(shù)交互作用環(huán)境下,永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥多目標(biāo)多參數(shù)的優(yōu)化匹配。為此,本文主要開展了以下幾個(gè)方面的研究:(1)永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥數(shù)值建模研究。闡明了永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥的結(jié)構(gòu)與工作原理,設(shè)計(jì)了其原理樣件。采用磁網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇?gòu)建了永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥靜態(tài)仿真模型,通過利用軟磁材料磁導(dǎo)率與磁通間的連續(xù)特征函數(shù)提高了對磁網(wǎng)絡(luò)變截面單元磁阻的計(jì)算精度,同時(shí)考慮了系統(tǒng)的漏磁與邊緣磁通,實(shí)現(xiàn)了高效計(jì)算與數(shù)值精度的兼顧;同時(shí)應(yīng)用場-路耦合時(shí)步有限元法創(chuàng)建了其動(dòng)態(tài)仿真模型,考慮了電、磁、機(jī)、液多物理場耦合的作用以及磁滯與渦流效應(yīng),并對驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了詳細(xì)的建模。試制了永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥樣件,并通過試驗(yàn)對仿真模型進(jìn)行了驗(yàn)證與校核,靜態(tài)仿真模型最大誤差為6.5%,動(dòng)態(tài)仿真模型最大誤差為4.3%,結(jié)果表明:永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥仿真模型具有較高的精度,為其靜、動(dòng)態(tài)特性的研究提供了有利工具。(2)永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥靜態(tài)特性研究。為揭示永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥的電磁力輸出特性,分析對比了新型與傳統(tǒng)高速電磁閥的力-電流和力-位移特性,得出永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥具有更寬范圍的工作行程以及更強(qiáng)的電磁力輸出。為全面掌握永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥特征結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理,開展了其特征結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁力的影響研究,揭示了特征結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理;并考慮了永磁/電磁復(fù)合磁路下系統(tǒng)參數(shù)間的交互作用,采用響應(yīng)面法構(gòu)建了電磁力響應(yīng)面模型,得到了影響電磁力的關(guān)鍵參數(shù)及交互作用顯著因子;同時(shí)揭示了交互作用顯著因子的作用機(jī)理及其對電磁力的影響規(guī)律,得出了交互參數(shù)間的優(yōu)化匹配原則。(3)永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥動(dòng)態(tài)特性研究。為揭示永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥磁場瞬變以及能量轉(zhuǎn)換對其動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律,分析了永磁/電磁復(fù)合勵(lì)磁磁場的動(dòng)態(tài)變化特性,揭示了復(fù)合磁場的瞬變規(guī)律。開展了復(fù)合磁場下系統(tǒng)能量變化與轉(zhuǎn)換研究,揭示了永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥工作過程能量變化與轉(zhuǎn)換規(guī)律,得出了高速電磁閥優(yōu)化策略。并進(jìn)一步從能量角度分析了驅(qū)動(dòng)、鐵芯材料、裝配等參數(shù)對永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響,發(fā)現(xiàn)峰值激勵(lì)電壓、峰值電流、一階維持電流以及一階維持電流時(shí)間等參數(shù)不僅對電磁閥開啟響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響,而且對關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響,加大了驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)的優(yōu)化匹配難度;同時(shí)得出應(yīng)盡量保證系統(tǒng)磁場狀態(tài)在電磁閥銜鐵剛到達(dá)最大位移時(shí)刻和斷電時(shí)刻的差異最小,以減小不同噴射脈寬下電磁閥關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間的不一致,降低系統(tǒng)油量控制的非線性程度。(4)永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥多目標(biāo)優(yōu)化研究。為實(shí)現(xiàn)電、磁、機(jī)、液多物理場耦合與參數(shù)交互作用環(huán)境下永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥多參數(shù)多目標(biāo)的優(yōu)化,提出了基于序貫整定組合近似模型的多目標(biāo)優(yōu)化方法;構(gòu)建了以最小化開關(guān)響應(yīng)時(shí)間、電磁閥熱損耗為目標(biāo),驅(qū)動(dòng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及裝配參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量的永磁/電磁復(fù)合磁路新型高速電磁閥多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型;基于遺傳算法獲得了Pareto解集,并采用最大距離法得出了優(yōu)化解,使得開啟響應(yīng)速度提升了38%,關(guān)閉響應(yīng)速度提升了44.5%,電磁閥熱損耗降低了27.7%。本課題研究為電控燃油噴射系統(tǒng)低功耗、強(qiáng)電磁力、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)電磁閥的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了理論支撐,對提升電控燃油噴射系統(tǒng)的性能具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U664.58
【圖文】：

Fig. 1.1 Common rail injector in operation電磁閥國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電磁閥作為柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，一直是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)眾多學(xué)者和科研人員開展了大量的研究工作，目前高速電磁閥的相關(guān)

鐵芯圖 1.4 環(huán)狀多極式電磁閥 圖 1.5 Disole 電磁閥Fig. 1.4 Multiple electromagnetic valve Fig. 1.5 Disole electromagnetic valve

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉鵬;范立云;白云;馬修真;宋恩哲;;高速電磁閥電磁力近似模型的構(gòu)建與分析[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年16期

2 程強(qiáng);張振東;郭輝;謝乃流;;GDI噴油器電-磁-熱耦合分析[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2015年03期

3 范立云;劉鵬;馬修真;宋恩哲;白云;;柴油機(jī)電控單體泵高速電磁閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響因素分析[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2014年04期

4 劉鵬;范立云;馬修真;王昊;白云;宋恩哲;;高速電磁閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性響應(yīng)面預(yù)測模型的研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2014年05期

5 劉艷芳;毛鳴

本文編號：2723252