喷油控制用电磁阀的试验与优化研究

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共轨式电控燃油喷射技术是改善柴油机燃油雾化效果、降低燃油消耗率和排放的重要技术手段之一,共轨式电控燃油喷射系统通过电磁阀实现燃油喷射过程的精确、柔性控制,其性能直接影响喷射系统的喷油正时、喷油持续期、喷油量以及多次喷射的效果。开展船用低速柴油机喷油控制电磁阀的研究,对于我国自主开发低速柴油机共轨式电控喷油系统具有重要的理论研究和工程应用价值。  本文以自主研制用于船用低速柴油机电控喷油系统的高速大流量电磁阀为对象,在搭建的电磁阀测试台上对电磁铁的静、动态特性和电磁阀的综合性能进行试验研究;并对电磁阀在试验过程中暴露的薄弱零部件进行可靠性计算分析和优化设计。论文已完成的研究内容和取得的结论如下:  (1)、在电磁铁测试台架上开展电磁铁的静、动态性能试验研究。试验结果表明:电磁吸力试验测量值与仿真计算值的最大误差率为4.5%,验证了仿真计算模型的准确性;影响电磁铁开启响应时间的三个显著因素依次为:初始气隙、残余气隙、弹簧预紧力;影响电磁铁关闭响应时间的三个显著因素依次为:残余气隙、弹簧预紧力、初始气隙。  (2)、在电磁阀测试台上开展了电磁阀动态特性试验研究,包括电磁阀的响应时间、线圈温度、泄漏量、抗污染等性能的试验。试验结果表明:在设计工况下,电磁阀的开启和关闭响应时间分别为2.2ms/2.4ms;静态总泄漏流量为0.75ml/min,正常工作状况泄漏流量为1.0ml/min,满足C级密封标准;线圈的工作温升为41℃,满足电磁阀工作环境要求;电磁阀工作的系统油最高污染等级为22/20/16。  (3)、据弹性力学理论并利用ANSYS软件计算了外阀芯、阀壳、过盈配合面(外阀芯与衔铁)的应力与弹性变形。结果表明:外阀芯和阀壳强度满足许用要求,弹性变形分别为3.6μm、0.03mm;衔铁与外阀芯配合面的尺寸要求为:配合面长度5mm、过盈量0.015mm。  (4)、利用LS-DYNA软件对电磁阀的开启和关闭过程进行了碰撞仿真分析。开启过程阀芯无反弹,最大应力为362MPa,满足设计要求;关闭过程中外阀芯反弹,反弹位移为0.06mm,密封面的最大应力为302MPa。  (5)、通过采用双自由双内锥阀芯结构(液力平衡),压装式安装电磁铁,极柱增设了极靴等措施对电磁阀的结构进行了优化设计,降低了电磁阀的工艺难度;将常闭阀结构改为两用阀结构(可作常开阀也可作常闭阀),扩大了电磁阀的压力范围和使用场合。
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