CN114458508B - 一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀 - Google Patents

一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种基于永磁实现高动态响应的电磁‑永磁耦合的高速电磁阀,包括铁芯、阀杆、衔铁、永磁环、线圈、衔铁升程调节环、低压腔体、衔铁复位弹簧、缓冲环台,铁芯上开有环形凹槽,线圈缠绕在线圈骨架中并一起嵌入铁芯环形凹槽内,阀杆底部设有缓冲环台,衔铁安装在阀杆上部,在衔铁上部嵌有外永磁环和内永磁环,两永磁环的充磁方向均为轴向辐射充磁但极性相反,低压腔体顶部嵌有辅助永磁环,辅助永磁环与外永磁环的充磁方向均为轴向辐射充磁且极性相同。本发明的结构能够有效增大衔铁吸合时的电磁力,提高动态响应速度,并且在加快衔铁的回落速度的基础上能够降低衔铁落座时的反弹程度,提高高压共轨喷油器喷油的稳定性。

Description

一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电 磁阀
技术领域
本发明涉及的是一种柴油机,具体地说是柴油机高压共轨装置。
背景技术
随着电子控制技术的发展,高速电磁阀需要具备更优的动态响应特性以满足更高的实际应用需求,即在开启阶段电磁阀衔铁要有足够短的响应延迟和足够快的抬升速度,以及在关闭响应阶段具备足够短的退磁时间和落座速度。
目前高速电磁阀在实际工作过程中,通常采用“peak-hold”型的驱动策略,在衔铁抬升阶段采用较高的驱动电压产生大电流来加快其抬升速度,在衔铁达到最大升程后,采用相对较小的电流来维持吸合状态,从而在衔铁释放时线圈电流能够快速归零,加快衔铁的释放速度。然而在提高高速电磁阀的开启和关闭动态响应速度的同时,高电压产生的大电流使励磁线圈在长时间工作下发热严重,对漆包线材质及铁芯的温度依赖特性提出更高的要求,并且影响高速电磁阀的可靠性及寿命。
更快的打开和关闭会导致上升/下降过程中衔铁和电磁阀限位部件/阀座之间产生强烈撞击而出现衔铁达到限位后产生无规律的反跳,一方面,这导致高速电磁阀无法完全打开和关闭,另一方面,运动件之间的强烈撞击导致衔铁和阀座等精密加工部件的变形、磨损,这验证影响高速电磁阀的工作稳定性及寿命,因此,如何实现动态响应和低反跳稳定打开/关闭是电控燃油系统高速电磁阀目前遇到的技术难点。
发明内容
本发明的目的在于提供能够有效增大衔铁吸合时的电磁力,提高动态响应速度,并且在加快衔铁的回落速度的基础上能够降低衔铁落座时的反弹程度,提高高压共轨喷油器喷油稳定性的一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀。
本发明的目的是这样实现的:
本发明一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀,其特征是:包括壳体、铁芯、衔铁、低压腔体、阀杆、喷油器体,壳体的顶部设置固定螺母,铁芯安装于壳体里,铁芯设置环形凹槽,环形凹槽里嵌入线圈骨架,线圈骨架缠绕线圈,铁芯中间开有轴向中心通孔,轴向中心通孔里安装弹簧导向套,固定螺母上通过紧固螺母安装十字型螺母,十字型螺母的下端位于弹簧导向套里,铁芯下方依次设置衔铁、低压腔体、喷油器体,阀杆穿过低压腔体、衔铁,阀杆的上部位于弹簧导向套里,弹簧导向套里设置衔铁复位弹簧,衔铁复位弹簧的两端分别为十字型螺母和阀杆,低压腔体里设置低压油腔,壳体上设置出油油孔,低压油腔通过低压腔体里的低压油道连通出油油孔,喷油器体里设置高压油孔,阀杆位于低压油腔里的部分套有缓冲环台,阀杆的下端部与高压油孔相配合。
本发明还可以包括:
1、衔铁上端面嵌入外永磁环和内永磁环,低压腔体上端面嵌入辅助永磁环。
2、外永磁环和内永磁环与衔铁上端面平齐,外永磁环位于内永磁环外部,辅助永磁环与外永磁环处在同一轴向位置上下对齐,辅助永磁环的一部分位于低压腔体上方且与衔铁分隔开。
3、外永磁环和内永磁环的充磁方向均为轴向辐射充磁且极性相反,辅助永磁环与外永磁环的充磁方向均为轴向辐射充磁且极性相反。
4、外永磁环、内永磁环和缓冲永磁环为完整的磁环或是均匀间隔的磁环。
5、外永磁环和缓冲永磁环为均匀间隔的磁环时,外永磁环与缓冲永磁环间隔角度相同,同时外永磁环和内永磁环间隔角度不同。
6、衔铁所在腔室的壳体内壁设置衔铁升程调节环。
7、缓冲环台的下表面与喷油器体上表面留有0.05-0.1mm的缓冲液压阻尼间隙。
本发明的优势在于:
(1)在本发明中,衔铁嵌入内外永磁环的结构能够实现电磁-永磁多磁场励磁,在线圈通过产生与内外永磁环极化方向相同磁场的电流时,线圈产生的磁场和内外永磁环产生的磁场叠加,穿过衔铁的总磁通量增加,使得衔铁受到的电磁力变大,从而减小高速电磁阀的开启响应时间;
(2)在线圈不通电时,衔铁在落座的过程中,辅助永磁环对衔铁上外永磁环的吸力逐渐增大,加快衔铁的回落速度;
(3)在衔铁即将落座时,缓冲环台下表面的液体受到挤压,对衔铁运动起到液体阻尼作用,实现衔铁落座时的低反弹。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2a为完成的磁环示意图,图2b为四等分均匀间隔的磁环示意图,图2c为三等分均匀间隔的磁环示意图;
图3为线圈通电时电磁-永磁协同耦合磁路示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
结合图1-3,本发明的组成包括壳体1、铁芯2、线圈3、线圈骨架4、外永磁环5、内永磁环6、辅助永磁环7、衔铁8、紧固螺母9、固定螺母10、十字型螺栓11、弹簧导向套12、衔铁复位弹簧13、衔铁升程调节环14、阀杆15、低压腔体16、缓冲环台17、喷油器体18。铁芯2上开有环形凹槽形成铁芯主磁极20和副磁极22,线圈3缠绕在线圈骨架4中,线圈骨架4的径向宽度等于铁芯环形凹槽的宽度、轴向高度等于或小于铁芯环形凹槽的深度,线圈骨架4嵌入在所述铁芯环形凹槽内,铁芯2的中间开有轴向中心通孔,低压腔体16中间开有一大圆柱孔,形成低压油腔,低压腔体16中心同样开有中心孔,阀杆15穿过低压腔体中心孔,阀杆15顶部位于铁芯中心孔内,衔铁复位弹簧13布置在阀杆15顶部,衔铁升程调节环14布置在铁芯2与低压腔体16之间,衔铁8安装在阀杆15上部,在衔铁8顶部嵌入有外永磁环5和内永磁环6,外永磁环5和内永磁环6的充磁方向均为轴向辐射充磁但极性相反。外永磁环5和内永磁环6的上表面与衔铁8的上表面平齐,外永磁环5和内永磁环6的下表面不超过衔铁8的下表面,外永磁环5的内环直径大于线圈3的外环直径,内永磁环6的外环直径小于线圈3的内环直径。低压腔体顶部嵌有辅助永磁环7,辅助永磁环7与外永磁环5的充磁方向均为轴向辐射充磁但极性相反,辅助永磁环7的内环直径等于外永磁环5的内环直径,辅助永磁环7的外环直径等于外永磁环5的外环直径,辅助永磁环7与外永磁环5处在同一轴向位置上下对齐,辅助永磁环7不完全嵌入低压腔体,辅助永磁环7上表面高于低压腔体上表面但不与衔铁8下表面接触,辅助永磁环7的嵌入部分与低压腔体过盈配合。外永磁环5、内永磁环6和辅助永磁环7可以是完整的磁环;或是均匀间隔的磁环且三个永磁环间隔角度相同;或是均匀间隔的永磁环,且外永磁环5与辅助永磁环7间隔角度相同,但外永磁环5和内永磁环6间隔角度不同。在阀杆15底部增设缓冲环台17,缓冲环台17与阀杆15之间过盈配合或螺纹连接,缓冲环台17的下表面与喷油器体18上表面留有0.05-0.1mm的缓冲液压阻尼间隙,缓冲环台17的外环直径小于低压腔的直径。
结合图3,本发明的工作原理为,当线圈3通过产生与内永磁环6和外永磁环5极化方向相同磁场的电流时,线圈3产生经主磁极20、磁轭19、副磁极22、副磁极气隙23、衔铁8、主磁极气隙21而闭合的磁通Φ1,外永磁环5产生经衔铁8、主磁极气隙23、主磁极20、磁轭19、副磁极22、副磁极气隙23而闭合的磁通Φ2,内永磁环6产生经主磁极气隙23、主磁极20、磁轭19、副磁极22、副磁极气隙23、衔铁8而闭合的磁通Φ3,三者协同耦合叠加,使得衔铁8与铁芯2之间的工作气隙处的磁感应强度增强,穿过衔铁8的总磁通量增加,使得衔铁8受到的电磁力变大,提高高速电磁阀的动态响应;当线圈3不通电时,衔铁8在落座的过程中,辅助永磁环7对衔铁8上外永磁环5的吸力逐渐增大,加快衔铁8的回落速度。在衔铁8即将落座时,缓冲环台17下表面的液体受到挤压而压力升高,对衔铁8运动起到液体阻尼作用,实现衔铁8落座时的低反弹。

Claims (7)

1.一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀,其特征是:包括壳体、铁芯、衔铁、低压腔体、阀杆、喷油器体,壳体的顶部设置固定螺母,铁芯安装于壳体里,铁芯设置环形凹槽,环形凹槽里嵌入线圈骨架,线圈骨架缠绕线圈,铁芯中间开有轴向中心通孔,轴向中心通孔里安装弹簧导向套,固定螺母上通过紧固螺母安装十字型螺母,十字型螺母的下端位于弹簧导向套里,铁芯下方依次设置衔铁、低压腔体、喷油器体,阀杆穿过低压腔体、衔铁,阀杆的上部位于弹簧导向套里,弹簧导向套里设置衔铁复位弹簧,衔铁复位弹簧的两端分别为十字型螺母和阀杆,低压腔体里设置低压油腔,壳体上设置出油油孔,低压油腔通过低压腔体里的低压油道连通出油油孔,喷油器体里设置高压油孔,阀杆位于低压油腔里的部分套有缓冲环台,阀杆的下端部与高压油孔相配合;
衔铁上端面嵌入外永磁环和内永磁环,低压腔体上端面嵌入辅助永磁环。
2.根据权利要求1所述的一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀,其特征是:外永磁环和内永磁环与衔铁上端面平齐,外永磁环位于内永磁环外部,辅助永磁环与外永磁环处在同一轴向位置上下对齐,辅助永磁环的一部分位于低压腔体上方且与衔铁分隔开。
3.根据权利要求1所述的一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀,其特征是:外永磁环和内永磁环的充磁方向均为轴向辐射充磁且极性相反,辅助永磁环与外永磁环的充磁方向均为轴向辐射充磁且极性相反。
4.根据权利要求1所述的一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀,其特征是:外永磁环、内永磁环和缓冲永磁环为完整的磁环或是均匀间隔的磁环。
5.根据权利要求1所述的一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀,其特征是:外永磁环和缓冲永磁环为均匀间隔的磁环时,外永磁环与缓冲永磁环间隔角度相同,同时外永磁环和内永磁环间隔角度不同。
6.根据权利要求1所述的一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀,其特征是:衔铁所在腔室的壳体内壁设置衔铁升程调节环。
7.根据权利要求1所述的一种基于永磁实现高动态响应的电磁-永磁耦合的高速电磁阀,其特征是:缓冲环台的下表面与喷油器体上表面留有0.05-0.1mm的缓冲液压阻尼间隙。
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