柴油机共轨喷油器用电磁阀原理及发展.pdf
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1、凿燥蚤院员园援猿怨远怨辕 躁援 蚤泽泽灶援员远苑员 原缘源源远援 圆园圆猿援园圆援园园员柴油机共轨喷油器用电磁阀原理及发展鄢吴松员袁圆袁臧娈员袁圆袁吴潇潇员袁圆袁周庭波员袁圆袁顾浩员袁圆袁顾小磊员袁圆渊员援 中国一汽无锡油泵油嘴研究所袁江苏 无锡 圆员源园远猿曰圆援 一汽解放商用车开发院袁江苏 无锡 圆员源园远猿冤摘要院介绍了柴油机共轨喷油器用电磁阀的结构和原理袁分析了影响其性能的相关因素遥 在此基础上袁对全球主要厂商喷油器电磁阀的结构尧参数尧性能和发展情况等进行了分析和对比袁得到了它们的技术路线和发展趋势袁并对自主产品的开发提出了建议遥关键词院共轨喷油器曰电磁阀曰技术路线曰发展趋势中图分类号
2、院栽运源圆猿援 愿 文献标志码院粤 文章编号院员远苑员 原缘源源远渊圆园圆猿冤园圆 原园园园员 原园缘孕则蚤灶糟蚤责造藻 葬灶凿 阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 燥枣 杂燥造藻灶燥蚤凿 灾葬造增藻 枣燥则 阅蚤藻泽藻造 悦燥皂皂燥灶 砸葬蚤造 陨灶躁藻糟贼燥则宰哉 杂燥灶早员袁圆袁在粤晕郧 蕴怎葬灶员袁圆袁宰哉 载蚤葬燥曾蚤葬燥员袁圆袁在匀韵哉 栽蚤灶早遭燥员袁圆袁郧哉 匀葬燥员袁圆袁郧哉 载蚤葬燥造藻蚤员袁圆渊员援 云粤宰 宰怎曾蚤 云怎藻造 陨灶躁藻糟贼蚤燥灶 耘择怎蚤责皂藻灶贼 砸藻泽藻葬则糟澡 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻袁 宰怎曾蚤 圆员源园远猿袁 悦澡蚤灶葬曰圆援 云粤宰 允蚤藻枣葬灶早 悦燥皂皂藻
3、则糟蚤葬造 灾藻澡蚤糟造藻 阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻袁 宰怎曾蚤 圆员源园远猿袁 悦澡蚤灶葬冤粤遭泽贼则葬糟贼院 孕则蚤灶糟蚤责造藻 葬灶凿 凿藻增藻造燥责皂藻灶贼 燥枣 泽燥造藻灶燥蚤凿 增葬造增藻 枣燥则 凿蚤藻泽藻造 糟燥皂皂燥灶 则葬蚤造 蚤灶躁藻糟贼燥则 憎藻则藻 蚤灶贼则燥凿怎糟藻凿袁 葬灶凿 贼澡藻 责藻则枣燥则皂葬灶糟藻 蚤灶枣造怎藻灶糟藻枣葬糟贼燥则泽 憎藻则藻 葬灶葬造赠扎藻凿援 栽澡藻灶 贼澡藻 贼藻糟澡灶燥造燥早赠 则燥葬凿皂葬责泽 憎藻则藻 葬灶葬造赠扎藻凿 遭赠 糟燥皂责葬则蚤灶早 泽贼则怎糟贼怎则藻袁 责葬则葬皂藻贼藻则泽 葬灶凿 责藻则枣燥则皂
4、葬灶糟藻 燥枣 凿蚤枣枣藻则藻灶贼糟燥皂责葬灶蚤藻泽援 杂藻造藻糟贼蚤燥灶泽 燥枣 增葬造增藻 贼赠责藻袁 糟燥则藻 皂葬贼藻则蚤葬造 憎藻则藻 泽怎早早藻泽贼藻凿 蚤灶 贼澡藻 造葬泽贼 枣燥则 蚤灶凿藻责藻灶凿藻灶贼 责则燥凿怎糟贼泽援运藻赠 憎燥则凿泽院 糟燥皂皂燥灶 则葬蚤造 蚤灶躁藻糟贼燥则曰泽燥造藻灶燥蚤凿 增葬造增藻曰糟燥皂责葬则蚤灶早 葬灶凿 葬灶葬造赠扎蚤灶早曰贼藻糟澡灶燥造燥早赠 则燥葬凿皂葬责曰凿藻增藻造燥责皂藻灶贼 贼则藻灶凿泽引 言 现今柴油机大多采用时间原压力控制式的电控喷油系统以应对日趋严格的排放法规要求袁其中的野时间冶控制主要涉及喷油器的喷射定时尧喷油量尧喷油速
5、率等参数的灵活调节遥 作为实现上述调节功能的主要部件袁电磁阀的特性是喷油器乃至整个喷油系统性能的关键影响因素之一遥 因此袁电磁阀的优化和性能提升一直是各大公司电控喷油器更新换代的重要部分遥本文介绍了电控共轨喷油器电磁阀的结构和基本原理袁对主要公司的电磁阀发展情况进行了分析和对比遥员 电磁阀结构与原理图员 为共轨喷油器及电磁阀的典型原理图渊虚线内是电磁阀部分冤遥 大部分喷油器电磁阀都是两位两通形式袁在不通电时电磁阀关闭袁通电后产生电磁吸力袁使得衔铁提升而电磁阀打开袁喷油器开始喷油遥图 员 共轨喷油器及其电磁阀结构原理图从上述工作原理可知袁电磁阀打开和关闭的速度对喷油器的响应性能具有重要影响遥 通
6、过分析衔第 圆 期渊总第 员怨园 期冤 现 代 车 用 动 力 晕燥郾 圆渊泽藻则蚤葬造 晕燥郾 员怨园冤 圆园圆猿 年 缘 月 酝韵阅耘砸晕 灾耘匀陨悦蕴耘 孕韵宰耘砸 酝葬赠郾 圆园圆猿 鄢收稿日期院圆园圆圆 原员圆 原园愿作者简介院吴松渊员怨愿猿要冤袁男袁江苏淮安人袁高级工程师袁主要从事电控燃油喷射系统开发工作遥铁的受力情况可以看出袁电磁阀打开或关闭的响应速度主要与电磁吸力尧弹簧力尧摩擦及液体阻力尧液力腔高压油作用力及运动件质量等因素有关遥电磁阀通电开启时院皂葬燥越 云皂原 云杂原 枣燥垣 云枣渊员冤式中院皂 为运动质量曰葬燥为电磁阀开启时的衔铁加速度曰云皂为电磁吸力曰云杂为弹簧力曰枣燥
7、为电磁阀打开时的摩擦及液体阻力曰云枣为上下端燃油压力差产生的液压力遥由式渊员冤可见袁提升衔铁开启响应速度的措施包括减小运动件质量尧增大电磁力尧减小弹簧力尧降低运动阻力等遥电磁阀断电关闭时院皂葬糟越 云杂原 云则原 枣糟渊圆冤式中院葬糟为电磁阀关闭时的衔铁加速度曰云则为剩磁产生的吸力曰枣糟为电磁阀关闭时摩擦及液体阻力遥员援 员 电磁力电磁力经典计算公式为云皂越滋园杂渊琢晕陨冤圆圆啄圆渊猿冤式中院滋园为空气磁导率曰杂 为有效吸合面积曰琢 为气隙磁势的比例系数曰晕 为线圈匝数曰陨 为激励电流曰啄为电磁铁与衔铁之间的气隙厚度遥从公式渊猿冤可以看出袁提高电磁阀吸力可以通过增大吸合面积尧增加线圈匝数尧提高
8、激励电流尧减小气隙厚度等措施实现遥 吸合面积受喷油器尺寸乃至发动机整机布置的限制袁而且大尺寸不利于降低运动件质量袁所以目前的趋势是往小型化方向发展遥线圈匝数主要影响吸力尧发热尧铜损等袁一般与激励电流进行匹配设计遥电磁阀通电后的实际电流陨燥越 陨园渊员 原 藻原贼子冤渊源冤电磁阀断电后的实际电流陨糟越 陨澡藻原贼子渊缘冤式中院陨园越哉砸为理论稳态电流袁哉 为驱动电压袁砸 为线圈电阻曰贼 为通电时间曰子 为电路的时间常数曰陨澡为断电前的维持电流遥从公式渊源冤尧渊缘冤可以看出袁电磁阀开启和关闭时的电流受时间常数的影响而呈指数变化袁如图 圆所示遥 时间常数越大袁电流增大或减小越缓慢曰电压越高袁开启时的
9、响应越快咱员暂遥电磁力公式渊猿冤主要适用于稳态分析袁要提高实际的瞬时吸力还要考虑励磁驱动电压尧时间常数等对电流响应的影响遥 针对共轨喷油器的高响应要求袁其电磁阀设计中一般应尽量减小时间常数尧降低驱动电压以达到较好的性能与经济性的平衡遥图 圆 时间常数 子 对电磁线圈电流响应速度的影响员援 圆 液压力衔铁运动方程中包括燃油对衔铁的液压力 云枣袁该力的大小由燃油压力尧控制阀型式及其密封尺寸共同决定遥在系统燃油压力需求一定时袁电磁阀所受液压力的大小决定于控制阀的型式遥 从压力是否平衡角度可将控制阀分为压力平衡式和非压力平衡式袁压力平衡式控制阀对衔铁的液压力非常小袁可显著提高电磁阀的响应速度曰非压力平
10、衡式控制阀对衔铁的液压力随着燃油压力的提高也显著增大袁为燃油系统性能的提高带来了较大的挑战遥 图 猿 给出了现代燃油系统中常用的控制阀结构遥图 猿 几种常用的喷油器控制阀结构由以上结构图可知袁非压力平衡式控制阀渊图 猿中的 葬袁遭袁糟冤的液压力主要取决于密封直径及高压燃油的压力曰而压力平衡式控制阀的液压力理论为零遥 通过计算可以发现袁燃油压力从国三尧国四系统的 员远园 酝孕葬 升高到国六系统的 圆圆园 酝孕葬渊参照某国外公司球密封产品冤后袁弹簧预紧力的要求增大了猿苑援 源豫咱圆暂遥上述几种型式的控制阀都面临磨损后的密封直径变化带来的液压力变化的可靠性问题遥 特别地袁对于压力平衡式控制阀袁磨损后
11、的液压力会产生突变渊原值理论为零冤袁所以对材料尧加工工艺和燃油品质的要求更高袁限制了它的广泛应用遥圆现 代 车 用 动 力 圆园圆猿 年第 圆 期 圆 共轨喷油器用电磁阀的发展 共轨喷油器最早被开发于上世纪 愿园 年代袁怨园年代后逐渐成熟并得到市场应用袁其电磁阀的开发主要包括磁性材料选择尧铁芯结构设计尧衔铁结构设计尧电气参数设计尧控制阀设计等若干方面遥 下面针对几大主要厂商的产品进行简要介绍袁分析共轨喷油器电磁阀的主要特点和发展过程遥圆援 员 日本电装公司电装公司是最早开展共轨系统开发和应用的厂家之一袁该公司的喷油器电磁阀结构尧材料等都经过多轮变革和优化遥在电磁铁方面袁第一到第三代喷油器都是外
12、置式结构袁而第四代为内置尧下沉式布局遥 其铁芯材料和结构经历了电工钢片尧粉末冶金到软磁合金的发展过程袁铁芯及线圈参数也有相应的变化袁如表 员所示遥表 员 电装公司各代喷油器电磁铁对比电磁阀铁芯材料饱和磁感应强度辕 栽电阻率辕渊滋赘 窑皂冤铁芯结构第一代电工钢片圆援 园愿园援 源螺旋叠制第二代粉末冶金圆援 园圆缘园援 园压制成型第三代粉末冶金圆援 园远员圆园援 园压制成型第四代软磁合金要要机加成型铁芯尺寸辕 皂皂线圈匝数主要优势主要劣势圆猿苑园低涡流工艺复杂员愿源源低涡流尧易成型清洁度差员愿源远低涡流尧易成型清洁度差员员缘圆小型化制造困难 注院表中数据来源于检测值和资料收集遥从表 员 可以看出袁
13、电装公司几代喷油器电磁铁芯材料的饱和磁感应强度都比较大袁不同的是第一代产品采用了螺旋叠片电工钢片的结构袁生产工艺复杂且可靠性不好曰第二代产品由于采用了粉末冶金材料袁所以电阻率显著增大袁有利于降低涡流尧提高响应速度曰第三代产品相对于第二代袁虽然材料本身和结构尺寸都没有较大改进袁但由于优化了生产工艺袁铁芯的电阻率得到了更大提高曰第四代产品铁芯为整体合金材料袁分析其饱和磁感应强度和电阻率发现其应不低于电工钢片水平袁同时明显改善了加工工艺性并降低了装配难度遥从表 圆 的对比数据可以看出袁不同代衔铁材料的磁性能逐步提高袁尺寸总体呈减小的趋势遥 特别地第三代相对于第二代衔铁袁虽然结构尺寸无明显变化袁但由于
14、采用了拼接的方式袁其吸合处衔铁可采用性能更好的软磁材料袁而第二代衔铁的一体材料要兼顾磁性能和机械性能袁如图 源 所示遥表 圆 电装公司各代喷油器衔铁对比电磁阀 衔铁材料饱和磁感应强度辕 栽电阻率辕渊滋赘 窑皂冤结构形式吸合直径辕皂皂第一代 软磁合金员援 远园援 圆园拼接式圆员援 缘第二代 粉末冶金员援 苑园援 圆缘一体式员苑援 远第三代 粉末冶金圆援 园园援 猿缘拼接式员苑援 怨第四代 软磁合金要要要愿援 怨 注院目前关于电装公司第四代共轨系统的介绍较少袁故数据不全遥图 源 电装公司第三代衔铁结构及其金相图在控制阀方面袁电装公司的共轨系统在发展中相继采用过压力平衡阀尧平面阀等型式遥 早期采用的
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- 柴油机 喷油器 用电 原理 发展
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