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原文传递船用低速柴油机喷油控制用电磁阀研究

论文题名：	船用低速柴油机喷油控制用电磁阀研究
关键词：	喷油控制;流通能力;响应时间;船用柴油机
摘要：	喷油控制用电磁阀作为共轨式喷油系统中的关键部件之一，是控制燃油喷射量、喷射正时、持续期和喷油规律的关键执行部件，对共轨式喷油系统的性能具有决定性的影响。开展船用低速柴油机喷油控制用电磁阀研究，对于我国自主开发船用低速柴油机共轨式电控喷油系统具有十分重要的工程应用和理论研究价值。　　本文作者研制了低速二冲程船用柴油机液力增压式电控喷油器控制用电磁阀及其驱动电路，搭建了电磁阀综合性能测试平台；采用平台试验和仿真计算相结合的技术手段，研究了电磁铁的静态特性和电磁阀的动态特性；利用遗传算法进行了电磁阀多目标综合优化。论文的主要研究内容和结论如下：　　（1）分析了电控液力增压式喷油器对控制用电磁阀的技术要求，进行了电磁铁的材料选型、电磁铁和阀芯的结构设计，设计了阀口流通面积、阀芯中径及行程，进行了电磁线圈、静铁芯和衔铁的结构参数设计。分析了电磁阀响应时间对励磁电流、驱动电路的技术要求，进行了功率放大器的选型设计，开发了基于 PID控制的脉宽调制式驱动电路，完成了电控液力增压式喷油器控制用电磁阀及其驱动电路的研制。　　（2）研制了电磁铁静态特性测量系统、电磁阀动态特性测量系统和性能测量与控制系统。进行了电磁阀综合性能试验平台的电磁阀系列试验研究，主要包括电磁铁静态特性试验、电磁阀空载流量特性试验、电磁阀动态响应时间试验、电磁阀密封试验和电磁铁发热温升试验等。试验结果表明，研制的电磁阀性能指标满足设计要求。　　（3）建立并试验验证了电磁铁电磁场数学模型和有限元模型，研究了铁芯材料、电磁线圈及控制参数、电磁铁装配尺寸、静铁芯和衔铁的结构尺寸等参数对电磁吸力的影响规律；采用试验设计方法，对影响电磁铁静态特性的各参数进行了显著性分析、主效应分析、交互效应及相关性分析；得到了影响电磁吸力的关键参数及最佳取值范围。　　（4）建立并试验验证了电磁阀电路-磁路-机械运动-液压-热力五个子系统数学模型；研究了励磁电流、复位弹簧预紧力与刚度、伺服油进油与回油压力、以及电磁阀工作气隙等参数对电磁阀动态响应时间的影响规律；采用最优拉丁超立方算法进行了电磁阀动态特性仿真试验研究，建立了电磁阀开启与关闭响应时间的多元二次回归模型，为电磁阀的优化设计奠定了基础。　　（5）分析了电磁阀性能提升的潜力，完善了电磁阀工作状态、阀芯与静铁芯结构形式的设计，优化了电磁阀降低温升、铁芯材料热处理及机加工工艺设计；采用遗传算法进行了基于电磁吸力响应面模型的静铁芯和衔铁各结构参数全局优化设计，电磁吸力提升达14.1N；基于电磁阀开启和关闭响应时间多元二次回归模型，采用第二代非劣排序遗传算法（NSGA-II），对电磁阀弹簧、励磁电流等参数进行了多目标优化设计，开启和关闭响应分别提升6.5％和2.9%；为了实现靴型等喷油规律，进行了电磁阀动作的延缓设计；为提高电磁阀性能一致性，对复位弹性进行了蒙特卡罗模拟分析，识别了影响电磁阀稳健性的关键参数。
作者：	贺玉海
专业：	轮机工程
导师：	杨建国
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文