摘 要

电磁阀是电控燃油喷射系统的重要组成部分，其响应性直接影响喷油控制的效果，而电磁阀工作时产生的电磁力又是影响电磁阀响应性的一个重要因素。

本文在ANSYS MAXWELL中对电控柴油机喷油控制电磁阀进行了建模，研究了励磁电流、工作气隙、电磁线圈及控制参数、电磁铁装配尺寸、静磁芯装配尺寸和衔铁结构尺寸对电磁阀静磁力的影响规律。

研究结果表明：励磁电流、线圈匝数、极柱外径、磁轭厚度、衔铁外径和衔铁厚度在一定范围内增大会使电磁阀的静磁力增大；工作气隙、线圈距衔铁端长度、极柱内径、线槽宽度和衔铁内径在一定范围内减小会使电磁阀的静磁力增大；而磁轭厚度和极柱高度在一定范围内变化对电磁阀的静磁力影响非常小。

关键词：电磁阀；有限元分析；静磁力；影响规律

Abstract

Solenoid valve is an important component of electronic control fuel injection system. The response characteristic of the solenoid valve can affect the control of fuel injection directly. Electromagnetic force is an important factor to affect the response characteristic of the solenoid valve.

This paper simulated the injection solenoid valve for an electronic diesel by ANSYS MAXWELL. Effects of driving current, working air-gap, coil turn, coil's position，iron-core's and armature's structure parameters on the static electromagnetic characteristics were investigated.

From the result, it can be known that the static electromagnetic force will be enhanced by rising driving current, coil turn, pole's outer diameter, magnet yoke's thickness, armature's outer diameter and armature's thickness. An excessive increase of working air-gap, the length between coil and armature, pole's inner diameter, width of trunking will weak the static electromagnetic force. Static electromagnetic force is not very sensitive to the variation of magnet yoke's thickness and pole's length.

Key Words：Solenoid valve；Finite element analysis；Static electromagnetic force；Effect law.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 研究的目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 课题研究内容、目标、采用的技术方案及措施 3

1.4.1 课题研究内容 3

1.4.2 课题目标 4

1.4.3 采用的技术方案及措施 4

第2章 电磁阀静态模型的建立 6

2.1 电磁阀的电磁场基本理论 6

2.2 电磁阀电磁场有限元模型 7

2.2.1 模型的建立及网格划分 8

2.2.2 材料设定 9

2.2.3 模型验证 9

2.3 本章小结 14

第3章 各参数对静磁力影响规律的分析 15

3.1 单一参数取值范围的设定 15

3.2 电磁线圈及控制参数对电磁力的影响 16

3.2.1 安匝数对静磁力的影响 16

3.2.2 工作气隙对静磁力的影响 17

3.3 铁芯结构参数对电磁力的影响 18

3.3.1 极柱部分的参数对静磁力的影响 18

3.3.2 磁轭部分的参数对静磁力的影响 21

3.4 衔铁结构参数对静磁力的影响 23

3.5 本章小结 24

第4章 结论与展望 26

4.1 结论 26

4.2 展望 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

本章的主要内容是电磁阀性能仿真研究的研究背景，国内、外电磁阀的研究现状，以及研究电磁阀性能对开发新型电磁阀的目的与意义；归纳总结国内外电磁阀研究开发过程的常用技术和方法；根据课题研究要求，结合前期研究成果和研制经验，分析需解决的关键科学问题，确定主要研究目标、研究内容、研究方法和研究技术路线。

1.1 课题研究背景

随着对柴油机研究的不断深入，其高效、节能等性能受到了人们的高度重视,尤其是在近现代, 柴油机的应用呈现出日益增大的趋势。首先，柴油机的燃烧方式与汽油机不同，柴油机是扩散燃烧，这一特点便使得燃烧产物中CO和THC的含量满足排放法规的要求，但是燃烧产物中的NO_x和PM却会对大气环境造成严重的影响。另外，在控制燃烧产物的排放方面，柴油机明显较汽油机来说更加难控制。而且，柴油机对能源消耗也很大,这一系列问题都不容忽视,能源的逐渐枯竭和尾气排放带来的污染都越发严重。因此，针对节约能源和尾气排放的问题上，人们制定出了更高的规定。目前，为了满足日益严格的排放法规要求，就需要考虑提高燃油经济性的同时降低柴油机排放,对于未来柴油机发展，这是一个关键的问题。近期柴油机领域的主要工作主要为开发新技术, 大力解决柴油机排放问题, 可以说将来用柴油机提供动力的关键技术就是对柴油机及其电控燃油喷射系统的研究。只要控制了燃油喷射系统即可主导发动机市场，现在国外如欧美市场，电子控制高压燃油喷射技术已经相当发达,在所有满足欧Ⅲ及其将来的排放法规要求的柴油机已经全部采用电子控制燃油喷射系统,所以说柴油机电控喷油技术是未来柴油机技术发展的必然趋势。

1.2 研究的目的及意义

高速电磁阀是电控燃油喷射系统中关键部件之一，无论电控泵喷嘴、单体泵、分配泵，还是目前发展最快的高压共轨电控喷油系统，高速电磁阀都是保证它们能正常工作的最关键、最核心的部件，其工作性能的好坏直接决定了喷油的实际效果。电磁阀的强电磁力和快速响应等性能决定了电控燃油喷射系统的柔性喷油规律，通过调节电磁阀的闭合时刻和闭合时间长短来实现对喷油定时和喷油量的精确控制，改变了传统喷油泵复杂的机械控制方式，实现了对燃油喷射过程的数字控制。

因此，开展高速电磁阀特性研究工作，获得各因素对其特性的影响规律，对于高速电磁阀的优化设计和加快柴油机电喷技术的自主开发具有重要的意义。而随着科学技术的进步和社会需求的提高，对电磁阀的精度、寿命、发热、线性、能耗、动静态特性等要求也越来越高。这就需要对电磁阀进行优化设计和优化控制，以满足使用要求。对电磁阀的优化设计和优化控制离不开建立准确的模型通过分析、计算来研究其特性。