GDI高压喷油器电磁特性仿真及磁路结构优化设计 最终版

本科毕业设计(论文)FINALPROJECT/THESISOFUNDERGRADUATE(2014届)GDI高压喷油器电磁特性仿真及磁路结构优化设计GDIhigh-pressurefuelinjectorelectromagneticsimulationandoptimizationdesignofmagneticcircuitstructure学院机械工程学院专业车辆工程学生姓名陈文翀学号1014000217指导教师张振东完成日期2014年5月承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业论文GDI高压喷油器电磁特性仿真及磁路结构优化设计是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。承诺人(签名)：______________________日期：年月日摘要缸内直喷(GasolineDirectInjection)高压喷油器是缸内直喷发动机核心部件，GDI喷油器的动态性能直接关系电喷系统的工作性能。本文通过AnsoftMaxwell电磁场有限元分析对电控汽油喷射器的磁路结构优化设计，增大了喷射器的电磁场力，提高喷射器的动态响应特性。电磁场是影响电控喷射器动态特性的主要因素，建立了GDI喷油器的基本结构模型与单物理场模型，根据其工作原理，研究了GDI喷油器的电磁特性，喷油器工作时的受力原理，设计了新的磁路结构并对仿真结果进行了验证。本文通过Solidworks三维建模软件建立GDI喷射器三维模型，在AnsoftMaxwell仿真软件平台对电控喷射器的磁场强度、电流密度、磁路损耗及电磁力等进行三维的电磁仿真分析。根据仿真结果，重新设计了新的磁路结构，采用将铁芯等分成六个部分，将一个整的电磁场划分为六个小的电磁场，然后通过仿真软件验证了新磁路结构的可行性，成功使得表面的涡流现象与集肤效应减少，电磁转化效率提高。关键词：GDI喷油器电磁特性分析有限元分析磁路结构优化AbstractGDI(GasolineDirectInjection)injectoristheimportantpartofthecylinderdirectinjectionengine,performancethedynamicperformanceofadirectrelationshipbetweenGDIelectronicfuelinjectionsysteminjector.Inthispaper,theoptimaldesignofinjectioncircuitstructureofelectroniccontrolgasolinebyAnsoftMaxwellfiniteelementanalysistoincreaseinjetelectromagneticforceandimprovetheinjectordynamicresponsecharacteristics.Theelectromagneticfieldisthemainfactortoaffectthedynamiccharacteristicsofelectroniccontrolinjection,establishedthebasicstructuremodeloftheGDIinjector,accordingtoitsworkingprinciple,theelectromagneticcharacteristicsoftheGDIinjector,bytheforceoftheworkofthefuelinjector,designofmagneticstructureofthenewandthesimulationresultswereverified.Baseonthe3Dmodelingsoftwaresolidworkstoestablishthree-dimensionalofGDIinjectoranalyzeelectromageticsimulationofthree-dimensionalplatforminAnsoftMaxwellsimulationsoftwareofelectroniccontrolledinjectormagneticfieldstrength,magneticfielddistribution,thedensityofthemagneticfieldandelectromagneticforce.Accordingtothesimulationresults,theredesignofmagneticstructureofthenew,thecoreisdividedintosixparts,thewholefieldisdividedintosixsmallelectromagneticfield,andthenthefeasibilityandsuperiorityofthenewmagneticcircuitstructureisverifiedbythesimulationsoftware,thesuccessoftheeddycurrentphenomenonwiththesurfaceoftheskineffectisreduced,efficiencytransformationofelectromagnetic.Keywords:GDIinjectorAnalysisofelectromagneticcharacteristicsThefiniteelementanalysisThemagneticcircuitstructureoptimization目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论…………….………………………………………………………11.1研究背景………….……………………………………………………11.2本论文研究内容……………….……………………………………11.3本论文研究目的及意义………….…………………………..………11.4GDI发动机简介……………….……………………………………21.5GDI发动机及燃油喷射技术发展现状……….………………………31.6GDI发动机的优势……………………….……………………………5第二章GDI高压喷油器结构及单物理场模型…………………………………62.1GDI喷油器结构模型…………….…………………………………62.2GDI喷油器单物理场模型……….…………………………………62.2.1GDI喷油器机械运动子模型................…….………...………62.2.2GDI喷油器电路子模型........................……...………...………72.2.3GDI喷油器磁路子模型........................…...………...………92.3GDI喷油器工作原理及性能要求………..……………………………102.4本章小结………………………………………….........……………………11第三章GDI电磁喷射器的电磁仿真特性………………….……………………123.1Ansoftmaxwell软件简介……………………………………………123.2电磁场有限元分析理论……………………………………….……123.3MAXWELL电磁场模块功能简介……………………….…………143.4麦克斯韦方程组……………………………………………………153.5涡流效应……………………………………………………………173.6磁滞效应和集肤效应…………………………………………………183.7GDI高压喷油器电磁特性仿真………………………………………183.7.1GDI喷油器磁路结构3D仿真计算模型……………...………183.7.2材料设置…………………………………..……………………183.7.3网格划分……………………………....…………………………203.7.4电磁场仿真结果分析………………….………………………21第四章磁路结构优化设计……………………………….………………………263.8本章小结……………………………….………………………………254.1磁路结构系统介绍和分析……………………..……………………264.2磁路结构的简化模型…………………………..…………………....…274.3磁路总体结构的改进……………….........................…………………274.4电磁特性比较分析…….................…………..…....……………….……284.5本章小结..............................................................................................34第五章总结…………………………………………………………………………36致谢……………………………………....……………………………………37参考文献………………………………………...…………………………………381第一章绪论1.1研究背景在汽车工业上接近上百年的发展历程中，其主要目标就是为了提高动力性、经济性、减少排放、降低噪音和提高舒适性。随着全世界汽车的保有量越来越多，汽车污染物的排放也随之增加，现在排放污染已经成为影响人类生活环境的重要因素，降低汽车污染物的排放已经不得不摆在了全球各大汽车制造商的面前。与此同时，石化资源的日益匮乏，导致石油价格的持续飙升，这要求新型的发动机具有较高的工作效率。随着人们对于汽车的要求越来越高，不断的更新技术成为了永不过时的主题[1]。汽油直接喷射(GasolineDirectInjection)发动机简称GDI发动机，是近年来国外内燃机研究与开发的热点。专家认为，汽油机直喷技术的出现，使汽车发动机技术进入了一个崭新的时代，它在21世纪有取代传统的汽油机和柴油机的趋势，成为轿车最理想的动力装置现代汽油机对GDI汽油喷油器的结构紧凑性、动态响应特性及燃油雾化特性提出了更为严格的要求。目前，国内外专家主要围绕汽车发动机喷油器的燃油喷射过程、电磁场优化、喷孔内部燃油流动、喷雾分析及部件结构优化等方面开展了一些研究工作，但是缺少系统的理论体系指导GDI喷油器的研发和性能预测。随着缸内直喷技术的日益成熟及发动机小型化、高速化和高效化的要求日益提高，高压缸内直接喷射方式成为了目前的研究重点。1.2本论文研究内容本文以汽油机电控燃油喷射系统中的喷射器为研究对象，主要通过AnsoftMaxwell有限元电磁场分析模块研究喷射器结构及电磁特性。具体工作有：l.查阅大量有关汽GDI油机电控燃油喷射系统的资料，全面了解GDI汽油机电控燃油喷射系统的结构、国内外研究现状和发展趋势，比较分析国内现有的GDI技术特点，对该技术有一定的认识和了解2.根据分析国外GDI高压喷油器的结构及材料特性，尝试模仿并建立喷油器模型。通过Solidworks;软件构建其仿真模型，对电控喷射器电磁场进行仿真，2研究喷油器的电磁特性.3.尝试改进优化磁路结构，做电磁特性的比较分析，并阐述优化前后的对比。最后验证结果。1.3研究目的及意义1.近年来，随着世界石油紧张状况及汽车有害排放所造成的环境污染问题的不断加剧，世界各国都制定了日益严格的汽车排放及经济性法规。为了应对不断严格的汽车经济性及排放法规要求，汽油缸内直喷（GDI）技术受到世界范围的普遍重视。2.GDI喷油器是电控缸内直喷系统中的关键部件，上世纪90年代，电控缸内直喷系统逐渐在汽车发动机上应用，技术上已相对成熟，目前，国内外专家主要围绕汽车发动机喷油器的燃油喷射过程、电磁场优化、喷孔内部燃油流动、喷雾分析及部件结构优化等方面开展了一些研究工作，但是缺少系统的理论体系指导GDI喷油器的研发和性能预测