收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电控燃油喷射系统复合磁路高速电磁阀设计与特性研究

刘鹏  
【摘要】:高速电磁阀作为电控燃油喷射系统的关键控制部件,其强电磁力和快速响应特性直接影响燃油喷射的控制精度及灵活喷射规律。而传统高速电磁阀难以解决其有限设计空间与驱动力、低功耗与驱动力以及高响应速度与低功耗间的矛盾问题,制约了电控燃油喷射系统的发展。本文提出了一种具有低功耗、强电磁力和高响应特性的永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀,但其实际开发与应用仍存在以下难题亟待突破:一是缺乏永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀数值仿真模型,无法开展其静、动态特性的仿真研究;二是永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀的电磁力输出特性以及其特征结构的作用机理尚未全面掌握,难以进行优化设计;三是永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀磁场瞬变以及能量转换对其动态特性的影响规律未完全揭示,无法对其实施优化控制;四是高速电磁阀是一个电、磁、机、液多物理场耦合系统,存在场内、场间多参数交互作用,永磁/电磁复合磁路的引入使得系统更加复杂,如何实现多物理场耦合与参数交互作用环境下,永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀多目标多参数的优化匹配。为此,本文主要开展了以下几个方面的研究:(1)永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀数值建模研究。阐明了永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀的结构与工作原理,设计了其原理样件。采用磁网络拓扑分析法构建了永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀静态仿真模型,通过利用软磁材料磁导率与磁通间的连续特征函数提高了对磁网络变截面单元磁阻的计算精度,同时考虑了系统的漏磁与边缘磁通,实现了高效计算与数值精度的兼顾;同时应用场-路耦合时步有限元法创建了其动态仿真模型,考虑了电、磁、机、液多物理场耦合的作用以及磁滞与涡流效应,并对驱动电路进行了详细的建模。试制了永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀样件,并通过试验对仿真模型进行了验证与校核,静态仿真模型最大误差为6.5%,动态仿真模型最大误差为4.3%,结果表明:永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀仿真模型具有较高的精度,为其静、动态特性的研究提供了有利工具。(2)永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀静态特性研究。为揭示永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀的电磁力输出特性,分析对比了新型与传统高速电磁阀的力-电流和力-位移特性,得出永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀具有更宽范围的工作行程以及更强的电磁力输出。为全面掌握永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀特征结构的作用机理,开展了其特征结构参数对电磁力的影响研究,揭示了特征结构的作用机理;并考虑了永磁/电磁复合磁路下系统参数间的交互作用,采用响应面法构建了电磁力响应面模型,得到了影响电磁力的关键参数及交互作用显著因子;同时揭示了交互作用显著因子的作用机理及其对电磁力的影响规律,得出了交互参数间的优化匹配原则。(3)永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀动态特性研究。为揭示永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀磁场瞬变以及能量转换对其动态特性的影响规律,分析了永磁/电磁复合励磁磁场的动态变化特性,揭示了复合磁场的瞬变规律。开展了复合磁场下系统能量变化与转换研究,揭示了永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀工作过程能量变化与转换规律,得出了高速电磁阀优化策略。并进一步从能量角度分析了驱动、铁芯材料、装配等参数对永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀动态响应特性的影响,发现峰值激励电压、峰值电流、一阶维持电流以及一阶维持电流时间等参数不仅对电磁阀开启响应时间产生影响,而且对关闭响应时间产生影响,加大了驱动控制参数的优化匹配难度;同时得出应尽量保证系统磁场状态在电磁阀衔铁刚到达最大位移时刻和断电时刻的差异最小,以减小不同喷射脉宽下电磁阀关闭响应时间的不一致,降低系统油量控制的非线性程度。(4)永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀多目标优化研究。为实现电、磁、机、液多物理场耦合与参数交互作用环境下永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀多参数多目标的优化,提出了基于序贯整定组合近似模型的多目标优化方法;构建了以最小化开关响应时间、电磁阀热损耗为目标,驱动参数、结构参数以及装配参数作为设计变量的永磁/电磁复合磁路新型高速电磁阀多目标优化数学模型;基于遗传算法获得了Pareto解集,并采用最大距离法得出了优化解,使得开启响应速度提升了38%,关闭响应速度提升了44.5%,电磁阀热损耗降低了27.7%。本课题研究为电控燃油喷射系统低功耗、强电磁力、高动态响应电磁阀的设计与优化提供了理论支撑,对提升电控燃油喷射系统的性能具有重要理论意义和实用价值。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U664.58

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘鹏;范立云;白云;马修真;宋恩哲;;高速电磁阀电磁力近似模型的构建与分析[J];农业工程学报;2015年16期
2 程强;张振东;郭辉;谢乃流;;GDI喷油器电-磁-热耦合分析[J];吉林大学学报(工学版);2015年03期
3 范立云;刘鹏;马修真;宋恩哲;白云;;柴油机电控单体泵高速电磁阀动态响应特性的影响因素分析[J];内燃机工程;2014年04期
4 刘鹏;范立云;马修真;王昊;白云;宋恩哲;;高速电磁阀动态响应特性响应面预测模型的研究[J];哈尔滨工程大学学报;2014年05期
5 刘艳芳;毛鸣翀;徐向阳;梁健;;液压电磁阀多物理场耦合热力学分析[J];机械工程学报;2014年02期
6 常远;欧阳光耀;刘振明;关培恩;陈海龙;;高压共轨喷油器电磁阀新型驱动控制技术研究[J];内燃机工程;2015年02期
7 黄涛;阮江军;张宇娇;甘艳;孙梦云;刘海龙;;瞬态运动电磁问题的时步有限元方法研究[J];中国电机工程学报;2013年06期
8 范立云;高明春;马修真;石勇;孙军;;电控单体泵高速电磁阀电磁力的影响参数量化分析[J];内燃机工程;2013年01期
9 白思春;禇全红;孟长江;姜承赋;贾利;杨薇;李晨;苏莉;陈鲜萍;;高压共轨系统高速电磁阀驱动参数优选方法研究[J];车用发动机;2012年06期
10 郭树满;苏万华;陈礼勇;刘二喜;;高压共轨电控单元喷油一致性研究[J];内燃机工程;2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 田丙奇;柴油机高压共轨喷油系统动态特性研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
2 魏昕;基于元模型的全局优化算法研究[D];华中科技大学;2012年
3 郭树满;高压共轨柴油机燃油喷射控制系统的开发及喷油一致性的研究[D];天津大学;2012年
4 李恩颖;近似模型优化体系关键技术研究及应用[D];湖南大学;2009年
5 彭名华;直升机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 黄茂杨;柴油机高压共轨燃油喷射系统[D];东南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 王伟宏;电控单体泵燃油系统及其电磁控制阀工作性能仿真研究[D];北京交通大学;2015年
2 刘彩亚;船用柴油机电控喷油器电磁阀设计[D];武汉理工大学;2014年
3 杨国栋;基于变量筛选的偏最小二乘回归方法及其应用[D];中南大学;2013年
4 田磊;混合动力汽车动力分配器壳体结构改进及优化[D];吉林大学;2012年
5 高明春;柴油机电控单体泵高速电磁阀特性研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 乔德治;基于等效磁网络法改进Halbach阵列的研究[D];北京工业大学;2010年
7 刘晓霞;种群规模对遗传算法性能影响的研究[D];华北电力大学(河北);2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 丁衡宇;阮江军;刘海龙;黄涛;;变频供电异步电机径向电磁力仿真研究[J];微电机;2015年08期
2 刘鹏;范立云;白云;马修真;宋恩哲;;高速电磁阀电磁力近似模型的构建与分析[J];农业工程学报;2015年16期
3 邱燕;;模块时序和电感对电磁发射用脉冲电源系统的影响[J];自动化仪表;2015年07期
4 陈杰;;WAPS双阀ECU驱动电压选择的试验研究[J];现代车用动力;2015年01期
5 吕玥婷;权龙;;液压滑阀液固热多物理场耦合分析研究[J];液压与气动;2014年12期
6 汝晶炜;向忠;史伟民;;大流量气动高速开关阀的优化设计[J];机电工程;2014年10期
7 孟飞;陶刚;陈慧岩;;一种用于自动变速器的比例电磁阀研究[J];机械工程学报;2014年20期
8 段炼;胡林峰;袁寿其;俞建达;夏兴兰;王凌云;;基于MC和RSM的共轨喷油器一致性的参敏分析[J];内燃机工程;2015年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨俊祺;模型驱动的汽车被动安全系统设计架构及方法研究[D];重庆大学;2018年
2 赵文圣;基于化学动力学的船用双燃料发动机稀燃特性研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 刘鹏;电控燃油喷射系统复合磁路高速电磁阀设计与特性研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
4 赵紫岩;基于DOE和代理模型的结构优化设计方法及应用研究[D];西安建筑科技大学;2017年
5 刘志钊;武器装备效能仿真评估与优化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
6 黄海波;基于系统目标决策的汽车NVH设计理论与方法研究[D];西南交通大学;2017年
7 叶鹏程;代理模型技术研究及其在水下滑翔机外形设计中的应用[D];西北工业大学;2017年
8 吴岳辛;物联网异构环境互操作关键技术研究[D];北京邮电大学;2017年
9 孙丰勇;超声速状态航空推进系统耦合特性与综合控制优化研究[D];南京航空航天大学;2017年
10 杨竣博;考虑工艺的复合材料层合结构变刚度铺层优化设计[D];西北工业大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋乃绪;中断风险下考虑横向转运的分销网络模型研究[D];青岛理工大学;2018年
2 常海天;种牛体尺非接触测量系统研究[D];长春工业大学;2018年
3 臧九余;混合动力汽车模式切换协调性控制研究[D];江苏大学;2018年
4 李星;云环境下的任务负载特性分析及调度算法研究[D];湖南大学;2018年
5 刘世伯;城市地区列车过轨运营组织及其实施效果评估[D];北京交通大学;2018年
6 何柏君;发动机连续可变凸轮相位器响应特性研究[D];西华大学;2018年
7 徐晓东;发动机可变气门正时系统比例电磁阀静态及动态特性研究[D];西华大学;2018年
8 胡士成;基于样本投影空间算法的光谱识别[D];温州大学;2018年
9 颜光;偏最小二乘回归在高炉炼铁中的应用[D];浙江大学;2018年
10 崔睿;三种数据缺失下高维数据的变量筛选方法比较[D];山东大学;2018年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范立云;许德;费红姿;冯力东;刘鹏;周伟;;高速电磁阀电磁力全工况关键参数相关性分析[J];农业工程学报;2015年06期
2 陈礼勇;刘二喜;郭树满;苏万华;;基于PSPICE喷油器电磁阀双电源双边驱动电路的设计与优化研究[J];内燃机工程;2015年01期
3 陈海龙;欧阳光耀;邓志明;高浩鹏;;增压式高压共轨系统性能试验控制系统软硬件设计[J];内燃机工程;2013年03期
4 李丕茂;张幽彤;倪成群;欧阳巍;;共轨喷油电磁阀动态特性仿真与实验[J];农业机械学报;2013年05期
5 范立云;高明春;马修真;石勇;孙军;;电控单体泵高速电磁阀电磁力的影响参数量化分析[J];内燃机工程;2013年01期
6 沈建新;李鹏;郝鹤;杨光;;高速永磁无刷电机电磁损耗的研究概况(英文)[J];中国电机工程学报;2013年03期
7 林抒毅;许志红;;交流电磁阀三维温度特性仿真分析[J];中国电机工程学报;2012年36期
8 宋睿智;李丽;夏少华;袁亚飞;耿文娟;;汽油直喷高压泵电磁阀线圈设计与电磁特性仿真[J];现代车用动力;2012年04期
9 张雪彪;杨玉龙;刘玉君;;钢板高频感应加热过程电磁-热耦合场分析[J];大连理工大学学报;2012年05期
10 刘慧娟;傅为农;;薄壳单元法在接触物体间电磁力计算中的应用[J];电机与控制学报;2012年08期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 李克;共轨式发动机控制单元(ECU)的研究[D];天津大学;2010年
2 徐权奎;基于仿真的电控柴油机通用型ECU研究[D];上海交通大学;2009年
3 刘斌;物理、化学因素对清洁高效柴油燃烧过程影响的试验研究[D];天津大学;2008年
4 张晓宇;MULINBUMP复合燃烧过程中物理、化学因素耦合作用的研究[D];天津大学;2007年
5 陈小前;飞行器总体优化设计理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2001年
6 曹恒;基于模糊逻辑的内燃机车大功率柴油机智能控制系统的研究[D];大连理工大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈娜;柴油机高速电磁阀电磁场分析及结构优化研究[D];上海工程技术大学;2013年
2 高国席;共轨喷油器喷油嘴内空化流动特性数值模拟研究[D];北京交通大学;2012年
3 陆方迪;高压共轨系统轨内压力波动特性的仿真研究[D];北京交通大学;2012年
4 李扬;高速强力电磁铁的设计与仿真[D];清华大学;2012年
5 高明春;柴油机电控单体泵高速电磁阀特性研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 刘长亮;鼓式制动器动力学分析及制动性能优化[D];吉林大学;2011年
7 田丙奇;电控单体泵喷油系统全工况循环喷油量波动的量化分析[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 李心怡;轴向磁场无刷直流电机及其控制器的研究[D];西华大学;2010年
9 夏爱龙;有限元/边界积分法的研究分析[D];南京理工大学;2009年
10 张东旭;差速耦合式混合动力汽车系统建模与性能仿真[D];吉林大学;2009年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 文欣荣;如何检修集散系统中电磁阀控制系统[J];有色设备;2000年04期
2 肖任情;黎军民;;钢铁企业压风干燥机电磁阀的修复[J];涟钢科技与管理;2013年05期
3 刘忠信;一种低成本的比例电磁阀控制系统[J];工业仪表与自动化装置;2005年06期
4 张然治;单电磁阀控制的喷油泵[J];车用发动机;1990年05期
5 孙菊妹;;基于前馈补偿的比例电磁阀控制方法[J];电子器件;2019年01期
6 王璋;;单电磁阀控制的燃油泵[J];国外汽车;1990年06期
7 韩玉和;推荐一种用三通先导电磁阀控制的截止阀门[J];深冷技术;1980年03期
8 王裕鹏;刘兴华;刘福水;贾宁;;高压双电磁阀控制燃油喷射系统特性的试验研究[J];汽车工程;2012年01期
9 张声艳;荣刚;王健康;刘飞;;基于互锁双指令控制的电磁阀驱动电路设计[J];宇航计测技术;2018年06期
10 齐明;;福特6F35变速器的电磁阀控制策略[J];汽车与驾驶维修(维修版);2019年03期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 徐海华;;电磁阀在冰箱中的精准控制方法[A];2017年中国家用电器技术大会论文集[C];2017年
2 肖邦;李军;韩志强;王江全;张振兴;苏子杰;;电磁阀开启相位对附加升程下降阶段的影响研究[A];四川省机械工程学会第三届学术年会论文集[C];2018年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 江西 曾海萍;HFV-1双阀式喷射呼吸机电磁阀控制电路原理与检修[N];电子报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘鹏;电控燃油喷射系统复合磁路高速电磁阀设计与特性研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 汪志刚;柴油机中压共轨系统大流量高速电磁阀的优化研究[D];武汉理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 范超;电磁阀的故障诊断方法研究[D];华中科技大学;2017年
2 冯志远;基于电磁阀电流闭环控制的柴油机电控系统设计及实现[D];电子科技大学;2018年
3 许德;电控燃油喷射系统高速电磁阀建模仿真与特性研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
4 储俊;滚控测量装置关键技术的研究与实现[D];中北大学;2015年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026


丁香五月 啪综合