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船用大功率高速柴油机电控喷油器电磁阀设计与性能研究
| 论文题名： | 船用大功率高速柴油机电控喷油器电磁阀设计与性能研究 |
| 关键词： | 船用大功率高速柴油机;电控喷油器;电磁阀;参数设计;多目标优化模型 |
| 摘要： | 高速电磁阀作为柴油机电控燃油系统的关键零部件，是控制燃油喷射的终端执行器。电磁阀的静态强电磁力输出与快速响应特性，为喷油器实现对喷油正时、喷油量以及喷油规律的精确控制和柔性调节提供了保障。因此，对电磁阀进行建模仿真，深入研究各参数对其静、动态特性的影响规律，可以为电喷系统电磁阀的设计与优化提供借鉴和参考。 本文根据某电控喷油器的性能需求和内部空间，选定电磁阀的结构为E型圆盘式，采用等效磁路法及经验公式，完成了相关尺寸参数的计算，得到了电磁阀初始设计方案。运用电磁场有限元分析软件建立了电磁阀静态仿真模型，并通过试验数据验证了模型的精度。结合试验设计与灵敏度分析方法，定量分析了六个设计参数对静态电磁力的影响程度。随后详细分析了各关键参数对电磁阀整体磁场以及电磁力的影响规律。 分别搭建了磁场、电路、机械运动子模型，通过联合得到电磁阀瞬态协同仿真模型。分析了峰值电流、衔铁厚度、弹簧预紧力及残余气隙对动态特性的影响规律。通过对电磁阀一个工作周期内的能量转换关系进行研究，发现输入系统的电能中有超过90%转化为焦耳损耗和涡流损耗。由于铁芯为实体结构，涡流效应较为显著且集中出现于吸合与复位阶段，而涡流严重阻碍了软磁材料的磁化及退磁进程，导致电磁阀响应时间延长。针对铁芯结构做出改进后，在一定程度上减少了涡流损耗，使电磁阀的响应特性得到有效提升。 借助代理模型技术，建立了高速电磁阀的代理模型。以此为基础，构建了以吸合及释放响应时间为优化目标，以维持阶段电磁力与弹簧预紧力的差值、焦耳损耗以及各设计变量为约束条件的多目标优化模型。经过优化，电磁阀的吸合响应时间与释放响应时间均得到小幅缩短。 |
| 作者： | 杨继成 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 成晓北 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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