汽车电控喷油器磁场仿真分析

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1、22技术纵横轻型汽车技术2010(10)总254汽车电控喷油器磁场仿真分析杨伟强张振东郭辉，z(1上海理工大学汽车工程研究所2上海工程技术大学汽车工程学院)摘要本文分析了电控喷油器的数学模型，运用ANSYS软件对其进行了二维静态磁场仿真分析，研究了电磁力的大小和喷油器内部的磁力线、磁流密度的分布趋势，为喷油器磁场结构的优化设计提供了更佳的理论依据。关键词：电控喷油器磁场仿真随着国内外排放法规的日益严格和能源紧缺的日益严重，汽车电控汽油喷射系统受到越来越多的关注。电控喷油器是电控汽油喷射系统中的核心部

2、镑进II1件，其性能的好坏直接影响喷油量及喷油效果，从而磁体影响发动机的工作性能。电控喷油器磁场有限元分赞顶头l捌析是研究喷油器性能、进行喷油器磁场结构优化设心计的重要手段。其电磁参数、结构参数直接影响电磁铁管体力的大小及电磁力升高率，以至影响喷油器球阀开阀启与落座的动态响应时间及其线性流量范围。位环座本文针对某型电控喷油器，应用有限元分析软孔网件(ANSYS)对其进行二维静态磁场分析，研究了衔秋碳板铁所受电磁力的大小和喷油器内部的磁力线、磁流图1电控喷油器结构密度的分布趋势，有利于喷油器磁场结构的

3、进一步2电控喷油器数学模型分析优化电控喷油器是一个由电路、磁路、流体运动和1电控喷油器的结构和工作原理机械运动四个子系统构成的复杂系统，各个子系统电控喷油器的结构如图1所示，主要由喷管进中都有影响喷油器性能的重要参数，本文对磁路和口、喷管主体、球阀、衔铁、阀座、弹簧、铁芯、线圈、导机械运动两个子系统进行分析。磁体、喷孔网、防积碳板等组成，其本质上是一种电2．1电控喷油器的磁路分析磁阀。喷油器开始喷油之前，球阀被弹簧和燃油压紧电控喷油器的等效磁路，如图2所示。iN为磁在阀座上。当喷油线圈通电后产生的电

4、磁力大于弹势(i为线圈中电流，N为线圈匝数)；为磁通；簧力、燃油压力及摩擦力之和时，球阀向上开启，燃RM为磁路总磁阻。根据Maxwell公式，工作气隙为油从喷油器的喷孔喷出。喷油器线圈断电后，球阀受u时的电磁吸力为：，1、到的电磁力迅速下降，在弹簧力的作用下，针阀开始Fm=牵

5、2。S＼落座，从而完成一次喷油过程。轻型汽车技术2010(10)总254技术纵横23式中。——真空磁导率方程为：2S——气隙截面积FF一F—mg：m(8)设铁芯外径和内径分别为D：和D，则：dtS=(D22一D1)／4(2)式

6、中：F嘴、FF、m、x分别为电磁力、弹簧力、在不计扩散磁通时，工作气隙L。和滑动气隙L2油压力、运动件质量、球阀的位移。的磁阻分别为：·1111dgRd=—(3)0R(4)其中h为滑动气隙的长度。因为铁心的截面积相对其它部分来说是比较小FSpFmg的，因此在进行磁路计算时，为简化模型可只考虑铁心的磁压降。假定铁心的长度为I_0，则铁心的磁阻图3球阀受力示意图为：nR—IJ0—(5)3建立仿真模型式中——磁体的磁导率ANSYS可采用磁标量法、磁矢量法或者单元边H——磁场强度法进行二维或者三维的磁场分析

7、，根据喷油器的工B——磁感应强度作特性、尺寸对称等特点，本文采用二维静态磁矢H根据磁感应强度B在磁化曲线上查得，在本量法进行分析。计算中，磁化曲线拟合为式(6)形式：、3．1材料参数的选择HIT+．b—B+—c(6)衔铁和铁芯的材料为FeCrl3，其相对磁导率定义为B—H曲线，如图4；线圈、空气的相对磁导率定义为1；导磁体的材料为FeNi合金，其相对磁导率定义为400；喷管主体的材料为FeCrl8，其相对磁导率定义为1．01。风Jr图2电控喷油器的等效磁路忽略磁漏情况下，由安培环路定律可得：图4Fe

8、Crl3的B—H曲线b·RM=i·N(7)式中：R~I=R1+R+R3．2有限元模型的建立2．2球阀的机械运动分析根据喷油器尺寸、材料特性等数据，建立二维在一个喷油周期内，喷油器的球阀受到电磁几何模型，通过划分网格建立有限元模型。由于模力、弹簧力、燃油压力的作用，这些力影响球阀的运型的对称性，只对其模型的1／2进行分析，即可获得动特性。球阀的受力分析如图3所示，其机械运动整个模型的数据，其几何模型和有限元模型如图5。24技术纵横轻型汽车技术2010(10)总254空(a)儿伺模型(b)有限兀模型图5

9、电控喷油器模型图7节点磁流密度等值云图3．3边界条件及载荷分布，由图可观察到磁力线分布基本符合要求，但是有限元模型建立后，根据实验测得的电流数一些磁通并没有流经衔铁，从而造成衔铁上的电磁据，给线圈施加电流密度载荷。根据喷油器磁场的力有所降低，因为衔铁上的电磁力是由流经其上的特性，施加磁力线平行边界条件，然后进行后处理磁通产生的。因此对喷油器的工作气隙、铁芯及磁体求解。结构、线圈匝数等结构参数还应做进一步的改进，从而优化喷油器内部的磁力线分布。4仿真结果及分析4．1电磁