缸内直喷汽油机喷油器高速电磁阀特性研究.pdf

．设 计 开发 ． 缸内直喷汽油机喷油器高速电磁阀特性研究 戈 非 张 亮 中国第一汽车股份有限公司技术中心 【 摘要】 采用 A N S Y S 有限元分析软件研究了一款高速电磁阀的电磁静态吸力与电磁阀装配位置的关系， 并且采 用测量砝码悬重的试验方法验证 电磁 阀有 限元模型 的正确性 对高速电磁 阀进行 瞬态磁场分析． 并模拟喷油器电磁 阀在 3段式电流驱动下 的工作过程 。仿真结果表 明， 该 电磁 阀的开启延迟 时间和关闭延迟时间满 足设计要求 。 主题词 缸内直喷汽油机喷油器高速电磁阀性能 中图分类号 U 4 6 4 ． 1 3 6 ． 1 文献标识码 A文章编号 1 0 0 0 3 7 0 3 2 0 1 3 1 2 0 0 0 5 0 3 Re s e a r c h o n t h e Pe r f o r ma n c e o f Hi g h - S p e e d S o l e n o i d Va l v e f 0 r Ga s o l i n e D i r e c t I n j e c t i o n I n j e c t o r G e F e i ， Z h a n g L i a n g C h i n a F A W C o ． ， L t d R D C e n t e r 【 A b s t r a c t ] I n t h i s p a p e r ， t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e s t a t i c e l e c t r o ma g n e t i c f o r c e a n d t h e a s s e m b l y p o s i t i o n o f t h e h i g h - s p e e d s o l e n o i d v a l u e H S S V i s s t u d i e d w i t h A N S Y S ． T h e t e s t me t h o d w i t h m e a s u r i n g w e i g h t h a n g i n g l o a d i s u s e d t o v a l i d a t e t h e s o l e n o i d v a l v e F E mo d e 1 ． T h e t r a n s i e n t ma g n e t i c fi e l d o f t h e HS S V i s a n a l y z e d a n d t h e o p e r a t i n g p r o c e s s o f t h e i n j e c t o r s o l e n o i d v a l v e i n t h e 3 - s t a g e c u r r e n t d r i v e i s s i m u l a t e d ， w h i c h i n d i c a t e s t h a t t h e o p e n i n g a n d c l o s i n g d e l a y t i me o f t h e v a l v e s a t i s fi e s r e q u i r e me n t o f d e s i g n s p e c i fic a t i o n ． Ke y w o r d s GDI e n g i n e ， I n j e c t o r ， HS S V， P e r f o r ma n c e 1 前 言 2 电磁 阀开发 目标和设计方案 汽油缸 内直 喷 G D I 技术 可以对喷油量 、 喷 油压力 、 喷油速率和 喷油 时刻等进行灵活控制 ， 从 而优化燃烧过程 ． 提 高汽油机 的性 能 而这些控制 都 是通 过 G D I汽油 机 喷油器 上 高速 电磁 阀来 实 现 的．因此高速 电磁 阀响应特性 直接影响喷油器 的性能I 1 l 。 高速电磁阀的快速响应能力和电磁作用力等性 能直接影响燃油喷射系统 的控制精度 ．进而决定 了 汽油机的动力性 、 燃油经济性和排放。 G D I 汽油机燃 油喷射系统要求高速电磁 阀能够在超过 1 5 MP a的 高压条件下． 以高速的频率准确打开和关闭 高 性能地完成既定喷油任务 ．因此对 电磁 阀的性能提 出了很高的要求 本文首先运用 A N S Y S有限元分 析软件建立电磁 阀有限元模型，分析了电磁阀结构 型式及装配位置对电磁力的影响规律 ，然后将有限 元分析结果与试验结果进行对比。 2 0 1 3 年第 1 2 期 2 ． 1 电磁 阀开 发 目标 。 本文通过研究 ． 设计开发出一款应用于 G D I 汽 油机喷油器上的电磁阀， 其开发 目标为[ 2 1 a ． 输 出最大电磁力 8 5 N b ． 位移 0 ． 0 5 5 n l m c ． 开启延迟时间 ≤0 ． 4 m s ； d ． 关闭延迟时间 ≤0 ． 4 5 i n s ； e ． 最高压力 1 5 MP a f ． 峰值电流 1 2A； 保持电流 2 ． 2A。 图 1所示为 自主开发的 G D I 汽油机喷油器结 构 ． 分为电磁阀和控制阀两部分。 闽 摩 电 磁 阀 针阀 图 1 G D I 汽油机喷油器结构 一 5 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ．设计开发 ． 在后期的整车试验 阶段 ． 为了确保驾驶 室 B柱 不再开裂 ． 同时进行 了两套方案 的叠加修改 ， 将驾 驶室悬置按照方案 6的刚度进行 了调整 ． 同时也将 开裂位置局部结构按照方案 1 1 进行 了加强 ．调整 后整车完成 1 2 0 0 0 k m疲劳耐久性试验后 ， 原开裂 位置没有开裂 ． 驾驶 室其他部位也没有 出现新 的开 裂 问题 4 结束语 以某新开发的双排驾驶室轻型载货汽车为研究 对象 ．对其在试验中出现的开裂现象进行了系统研 究 ．采用多体动力学软件 A D A MS提取 了驾驶室硬 点载荷 ， 并计算 了驾驶室模态 、 强度 ， 找到了开裂原 因。通过采用悬置刚度优化 、加强开裂位置局部刚 度等方法 ， 有效解决 了驾驶室开裂问题 。 参考文 献 1 程 志刚 ． 沈磊 ． 郁强． 公交 大客车车架有 限元分析 ． 轻型 汽 车技术 ， 2 0 1 0 ， 1 ／ 2 4 ～ 6 ． 2 程 志刚 ， 沈磊 ， 柯 龙燕 ， 何 润华 ． 基 于 A B A Q U S的轻 型 商 用 车前车 门有 限元分 析．轻型汽车 技术 ， 2 0 1 0 ， 1 1 ／ 1 2 l 1 ～l 4 ． 3 张志 飞 ． 倪新 帅 ， 徐 中明 ， 等 ． 基于结构优 化的商用车驾驶 室模态特性改进． 汽车工程 ， 2 0 1 1 ， 3 3 4 2 9 0 ～ 2 9 3 ． 4 赵婷婷 ． 李 长波 ． 王军杰 ， 等 ． 基于有 限元 法的某微型货 车 车身疲劳寿命分析． 汽车工程 ， 2 0 1 1 ， 3 3 5 4 2 8 4 3 2 ． 5 李佳 ， 宋凯 ， 成艾 国， 等． 基于虚拟试验场 的汽 车车身 T型 接头疲劳分析． 汽车工程 ， 2 0 1 1 ， 3 3 5 4 2 2 ～ 4 2 7 ． 责任编辑帘青 修 改稿 收到 日期为 2 0 1 3年 1 1 月 1日。 上接 第 7页 下 的加速度 ． 因此需 要较低 的电磁力 使得针 阀与 限位 铁芯 吸合 。第 3阶段 为 2阶维 持 阶段 ， 此阶 段 由于针 阀已经上 升到最 高点 ， 只需 要较低 的 电 磁力 来维持衔 铁 与限位铁 芯吸合 。因此 ， 此 种驱 动方 式既能 提高 喷油器 的开 启响应 速度 ， 又 不会 造成 喷油器 升温过 快及能耗 过大 。 ≤ 媛 御 喷 射 时 I 司／ s 图 8电磁阀驱动电流 4 ． 2电磁 阀瞬态磁 场 分析 参照喷油器驱动电流波形 ．建立电磁 阀 2 D动 态磁场分析模型．分析其在瞬态磁场下的电磁阀性 能 有限元分析结果如图 9所示。 6 0 鲁 5 0 暑4O 0 弱 馨 2 喷射时间／ s a 针 阀位移 0 0 ． 0 0 0 5 0 ． 0 01 0 0 ． 0 01 5 0 ． 0 0 2 00 ． 0 0 2 5 喷射时间， s b 电磁力 2 0 1 3年第 l 2期 1 5 ≤ 1 0 媛 5 0 0 0．0 0 0 5 0 ． 0 o1 0 O ． 0 01 5 0 ． 0 o 2 O0 ． 0 o 2 5 喷射时间， 8 c 驱动电流 图 9 动态磁场分析结果 从 图 9中可以看出．喷油器的开启延迟时间为 O ． 2 9 ms ． 关闭时间为 O ． 3 9 ms ； 最大电磁力为 8 0 - 3 N。 因此 ． 自主 G r i I 汽油机喷油器高速 电磁阀能够满足 开发要求 。 5 结束语 建立 电磁 阀 2 D静态磁场模 型．研究了 G D I 汽 油机喷油器高速电磁阀在控制阀上的装配位置对 电 磁力的影响 ．同时与试验相结合验证了有限元分析 模型的正确性 建立 电磁阀 2 D瞬态磁场模 型．研究 了在瞬态 磁场环境下喷油器 电磁阀的特性 ．从而证明了电磁 阀设计的合理性。 参考 文 献 1 梁凤标 ．潘剑锋 。李德桃． 高压共 轨喷油系统中的电磁 阀． 江苏大学 学报 ， 2 0 0 6 ， 1 - 2 ． 2 徐 爱群 ．项 占琴 ． 新 型高速强力 电磁 阀设计 ．机电工程。 2 0 0 5 ， 2 3 ． 3 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 『 学位论文] ． 武汉 武汉理工大学 ， 2 0 0 6 ． 4 黄茂杨 ． 张靖 ． 翟羽健． 共轨式柴油机用高速电磁阀特性研 究 ． 仪器仪表学报 ． 2 0 0 4 ， 2 - 3 ． 责任编辑晨曦 修改稿收到 日期为 2 0 1 3年 1 1月 1日。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m