船用柴油机电控喷油器电磁阀设计

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1、船用柴油机电控喷油器电磁阀设计刘彩亚（武汉理工大学，能源与动力工程学院）摘要：共轨式电控燃油喷射技术是提高柴油机燃油经济性、降低NOx和碳烟排放的关键技术之一。在共轨式燃油系统中，电磁阀根据电子控制单元（ECU）发岀的控制信号，控制喷油器针阀的动作，实现燃油喷射的柔性控制。因此，电磁阀的高速响应特性是精确控制喷油止时、喷油持续期以及实现多次喷射规律的关键；电磁阀的流通能力是保证大功率柴油机循环喷油量的关键。本设计采用有限元分析结合系统仿真的方法，设计燃油喷射控制用电磁阀。首先，在Maxwell电磁场有限元仿真平台上，搭建了电磁铁的有限元仿真模型，通过静磁场有限元分析，研究了电磁铁的工作气隙和

2、线圈电流对电磁力的影响；设置了电磁铁的激励电路和负载，以柴油机一次喷油量对应的控制脉宽，对电磁铁进行了瞬态磁场仿真，分析了电磁铁的开启和关闭响应速度，及铁心涡流效应对磁感应强度分布的影响。然后，运用AMESim平台，搭建电磁阀的动态仿真模型，包括电磁铁仿真模型、驱动电路仿真模型、阀芯液压系统仿真模型。其中，电磁铁为环形多极式电磁铁，分别用静磁场计算结果及磁路结构分析两种方法搭建，考虑铁芯涡流效应，仿真结果与瞬态磁场有限元仿真结果进行对比，确保模型的精度；驱动电路采用PI控制H桥电流驱动的方式，可实现线圈电流的精确控制；阀芯结构为ECD-U2电磁阀，建模考虑阀芯配合面泄露、阀口射流等。通过对电

3、磁阀的动态仿真,分析了电磁阀工作过程中驱动电流、电磁力、阀芯位移、阀口液体流动、控制腔压力及泄漏流量等参数间的相互耦合关系；以提高电磁阀响应速度为目标，对阀芯中径和行程进行优化；进一步确定最佳的触发电流值、维持电流值为，电磁阀在200bar^300bar的工作压力范围内的开启和关闭响应时间，电磁阀用于多次喷射控制时单次开启的最小脉宽,多次开启的最小时间间隔。关键词：电磁阀，喷射控制，流通能力，响应速度，动态仿真DesignofSolenoidValveforMarineDieselEngineElectronicControlledInjectorLiuCaiya(SchoolofEnerg

4、yandPowerEngine,WuhanUniversityofTechnology)Abstract:Electronic-controlledhighpressurecommonrailfuelinjectiontechnologyisconsideredoneofthemostpromisingtechnologiesofdieselengineforitcouldreduceNOxandsootemissionsofdieselengineandimprovethefueleconomysimultaneously.Inthecommonrailsystem,thesolenoid

5、valveplaysacrucialroleforitcontrolstheinjector'saction,andthusrealizestheflexiblecontroloffuelinjection,accordingtothefuelinjectionsignalfromtheECU.Thesolenoidvalveneedstoresponsefastenoughinorderforanaccuratecontrolofinjectiontiming,injectiondurationandrealizationofmultipleinjection.Thesolenoi

6、dvalveflowcapacityneedstobelargeenoughtoguaranteetheneededcyclefuelinjectionquantityofmarinelargepowerdieselengineinallitsworkingrange.However,responsespeedandflowcapacityareparadoxicalforacertaintypeofsolenoidvalve.Toincreaseflowcapacity,eitherspoondiameterorstrokeneedstobeenlarged,whichinturnwill

7、slowdowntheresponsespeed・Toensureboththeresponsespeedandtheflowcapacityofthesolenoidvalvemeetthedemandsofelectronic-controlledfuelinjector,theelectromagneticfieldfiniteelementanalysiscombinedwithsystemmode