电控单体泵高速电磁阀电磁力的影响参数量化分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)哈尔滨工程大学动力与能源学院 作者:范立云

  利用Ansoft软件建立了电控单体泵高速电磁阀三维有限元模型,通过与试验数据对比得出电磁力最大偏差为9%,验证了仿真模型的准确性。应用仿真模型研究了全工况平面内磁极长度、线圈匝数、线圈位置、衔铁厚度、阻尼孔位置和阻尼孔大小等关键参数对电磁力的影响。通过量化分析,得出全工况平面内各参数对电磁力影响的百分比量化指标及其变化规律,磁极长度变化占0.03%~1.26%,线圈匝数变化占20.6%~80.9%,线圈位置变化占1.9%~15.5%,衔铁厚度变化占11.5%~55.6%,阻尼孔位置变化占3.5%~8.6%,阻尼孔大小变化占1.6%~7.8%,其中线圈匝数和衔铁厚度2个关键参数对电磁力影响最大。

概述

  电控单体泵应用于柴油机上,是可满足排放法规和改善燃油经济性的时间控制式燃油喷射系统。高速电磁阀是其关键部件之一,它的快速响应直接影响了喷油系统的喷油量、喷油定时等关键特性。电磁阀的电磁力大小决定了其快速响应性能。目前研究只限于对电磁阀电磁力的单因素影响分析,未分析全工况平面内各种因素变化对电磁力的影响和对电磁力的贡献程度。本文在Ansoft软件环境下建立电控单体泵高速电磁阀三维有限元仿真计算模型,并试验验证了仿真模型的准确性,然后应用仿真模型研究了电控单体泵高速电磁阀全工况平面内铁芯磁极长度、线圈匝数、线圈位置、衔铁厚度、阻尼孔位置和大小等参数变化对电磁力的影响,并对电磁力的变化进行量化分析,得出各参数对电磁力影响的百分比量化指标,从而得到全工况平面内影响电磁力的关键参数,为电磁阀的优化设计提供理论指导。

1、电磁阀结构组成和工作原理

  电控单体泵电磁阀主要包括电磁铁、衔铁、控制阀杆、衔铁复位弹簧、出油堵头等零部件,如图1所示。其中,电磁铁主要由铁芯、励磁线圈、封装外壳等组成。通电后,电磁铁吸合衔铁,拉动控制阀杆,关闭密封锥面,切断燃油回路,从而在泵腔内建立起燃油喷射所需的高压;断电后,复位弹簧迫使衔铁推动控制阀杆复位,密封锥面被开启,卸载泵腔内的高压燃油,停止燃油喷射。该方式实现了对燃油喷射过程的数字控制,改变了传统喷油泵的机械控制方式,对喷油量和喷油定时的控制通过调节控制阀杆的闭合时间长度和闭合时刻来实现。

电控单体泵及其电磁阀结构图

图1 电控单体泵及其电磁阀结构图

5、结论

  (1)验证了Ansoft建立的高速电磁阀三维有限元模型的准确性,利用仿真模型得到了电控单体泵电磁阀全工况平面内各参数对电磁力的影响规律。

  (2)通过量化分析,揭示了全工况平面内各参数对电磁力影响的百分比量化指标及其变化规律。在全工况平面内,磁极长度对电磁力影响百分比为0.03%~1.26%,线圈匝数对电磁力影响百分比为20.6%~80.9%,线圈位置对电磁力影响百分比为1.9%15.5%,衔铁厚度对电磁力影响百分比为11.5%~55.6%,阻尼孔位置对电磁力影响百分比为3.5%~8.6%,阻尼孔大小对电磁力影响百分比为1.6%~7.8%。

  (3)全工况平面内对电磁力影响最大的2个关键参数是励磁线圈匝数和衔铁厚度。其余参数对电磁力的影响由大到小依次为线圈位置、阻尼孔位置、阻尼孔大小、磁极长度。

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