[发明专利]基于电磁力分布的电磁阀衔铁结构逆向设计方法

说明书

本发明提出一种基于电磁力分布的电磁阀衔铁结构逆向设计方法，使用电磁场专业仿真软件ANSYS Maxwell，采用三维仿真模型，分析电磁力在衔铁上的分布规律，在磁轭区开梯形槽，设置电磁阀开启响应时间，关闭响应时间，控制信号关闭时刻电磁力大小需要达到的目标要求，针对电磁阀关键参数，利用仿真软件自带优化功能整体寻优，得到符合目标要求的最优解，进行验证后，得到衔铁减重百分比和电磁阀动态响应提高百分比，确定符合目标后得出衔铁结构的设计优化方法。本发明利用仿真软件自带优化功能，得出衔铁设计优化的最优解，简化实验数据的处理，提高实验的准确性；减小了衔铁运动的阻尼，提升电磁阀整体的动态响应特性。

技术领域

本发明属于电磁阀衔铁结构设计的技术领域，尤其涉及一种基于电磁力分布的电磁阀衔铁结构逆向设计方法。

背景技术

喷油控制用电液电磁阀是柴油机电控喷油系统的关键部件之一，其动态响应特性直接影响电控喷油系统的喷油定时和喷油量等关键参数。若电磁阀开启响应时间过长，会导致针阀开启滞后时间增大，喷射定时的控制精度降低，系统工作的不确定性加大；若电磁阀关闭响应时间过长，则会引起喷油器断油不干脆，后期燃烧恶化，柴油机经济性和排放性变差。同时，在电磁阀开启和关闭过程，阀区燃油的流动是变截面非稳定瞬态的流动，开关响应时间越长，控制腔内的压力卸载或建立越不稳，多循环或多缸燃油喷射控制的一致性越差。

影响高速电磁阀动态响应的主要因素为电磁阀驱动电路、工作气息大小、衔铁结构参数和静铁芯磁极横截面积等。由于衔铁作为磁路的一部分参与到电磁能的转化,希望衔铁厚度在一定范围内越大越好，但是厚度大，衔铁质量增加，不利于提升电磁阀动态响应特性,此外高速电磁阀为了保持较大的电磁力，衔铁端面与静铁芯端面一般要求较小的间隙(气隙)，且要求两者端面平行度很高，在液压油的环境中,两者之间易形成阻尼油膜,其对衔铁运动的动态响应特性影响大，一种可行的方法是在衔铁上开孔或者开槽，以减小衔铁运动的阻尼,提升电磁阀动态响应特性，因此本发明权衡磁路磁阻，衔铁质量以及衔铁运动的阻尼三方面要求，先分析电磁力在衔铁上的分布规律，并基于此，进行电磁阀衔铁结构的优化设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于电磁力分布的电磁阀衔铁结构逆向设计方法，根据电磁力贡献大小逆向设计衔铁结构，开展衔铁结构优化的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于电磁力分布的电磁阀衔铁结构逆向设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)使用电磁场仿真软件ANSYS Maxwell，采用三维仿真模型，分析电磁力在衔铁上的分布规律；

S2)根据电磁力分布规律在电磁力分布少的磁轭区开梯形槽，梯形槽上底与衔铁圆心的水平距离为L₀，下底距衔铁外缘的水平距离为L₁，相邻两梯形槽的腰的间距的一半为L₂；

S3)设置电磁阀开启响应时间，关闭响应时间，控制信号关闭时刻电磁力大小需要达到的目标要求；

S4)针对电磁阀关键参数，衔铁厚度h₀、梯形槽几何参数L₀、L₁、L₂，利用ANSYSMaxwell自带优化功能整体寻优，得到符合目标要求的最优解；

S5)利用ANSYS Maxwell软件，将最优解带入有限元模型进行验证后，得到衔铁减重百分比和电磁阀动态响应提高百分比，确定符合目标后得出衔铁结构的优化设计方法。

按上述方案，步骤S1)中所述利用仿真软件Maxwell求解出电磁阀瞬间的电磁场，包括如下具体内容：

S1.1)建立电磁阀的1/6模型；

S1.2)线圈、静铁芯、衔铁的材料设置；

S1.3)衔铁运动的最大位移设置；