GDI多孔汽油喷射器喷射过程多场参数分步耦合研究

The injection process and its operating characteristics of a GDI multi-hole injector are affected by the multi-field parameters, such as the electromagnetic field parameters, the internal flow parameters and spray parameters, so it is difficult to achieve the direct coupling between different multi-field parameters and it is hard to get the good match of multi-field parameters by the traditional single field optimization method or the contrast experiment method. To solve the problem of the multi-field parameter optimization, this project puts forward a multi-field parameter indirect coupling method..Firstly, the project constructs the computational model of the GDI multi-hole injector's dynamic response process following the basic principles of electromagnetic, mechanical dynamics and hydrodynamics when a GDI multi-hole injector is working, and researches the effects of different parameters on GDI injector dynamic response time parameters..Secondly, the project sets up the dynamic magnetic circuit model of the GDI multi-hole injector, researches the effects of different parameters on the electromagnetic characteristics using electromagnetic simulation and test methods, and accomplishes the preliminary coupling optimization of the magnetic circuit and structural parameters using the dynamic response characteristics as the goal. .Thirdly, this project researches the effects of different parameters on the internal flow and spray characteristics using the AVL FIRE software environment and choosing the suitable sub-model combination for the internal flow and spray, and carrys out the preliminary coupling optimization of the flow and spray characteristics between the structural parameters by reducing the flow resistance and improving the spraying quality as the goal. .Finally, the project collaboratively optimizes the electromagnetic, flow and structural parameters by computer co-simulation to get the good match of multi-field parameters, taking the dynamic response, spray and flow characteristics as the goals. .This project's research achievements will provide an effective multi-field parameter coupling method for automobile complex electromechanical systems such as GDI multi-hole injector and it has important practical significance to promote the technological progress of China's automobile industry.

针对GDI多孔喷射器工作过程受多物理场共同作用，采用传统单一物理场优化及对比试验方法难以实现不同参数最佳匹配，多场参数又难以进行直接耦合的问题，本项目提出了一种多场参数分步耦合方法。.从GDI多孔喷射器的基本工作原理出发，构建其动态响应特性的的计算模型，研究不同参数对动态响应时间参数的影响规律；建立GDI多孔喷射器动态磁路模型，通过电磁场仿真及试验研究不同参数对电磁性能的影响规律，以动态响应特性为目标实现电磁性能与磁路及结构参数的初步耦合；利用FIRE软件并选择合适的流动及喷雾子模型组合，研究不同结构参数对流动及喷雾特性的影响规律，以降低流动阻力、提高喷雾质量为目标实现流动、喷雾性能与结构参数的初步耦合；最后，通过电磁场、流场及喷雾场联合仿真，实现多场参数的耦合匹配目标要求。这为GDI多孔喷射器等汽车复杂机电系统的参数耦合匹配提供了一种有效方法，对于推动我国汽车工业的技术进步具有重要意义。

针对 GDI 多孔喷射器工作过程受多物理场共同作用，多场参数难以进行直接耦合和最佳匹配的问题，提出了一种多场参数分步耦合方法。.1. 依据 GDI 多孔喷射器的基本工作原理，建立了喷射器动态响应特性的计算模型，研究了不同结构及工作参数对动态响应特性的影响规律，阐明了影响动态响应特性的关键因素；依据针阀的受力特点建立了针阀动力学模型和AMEsim工作过程仿真模型，研究了阀座锥角、阀座与钢球的接触方式、阀针运动质量等参数对针阀动力学特性的影响规律，为GDI喷射器结构优化、参数匹配以及性能提升提供了理论依据。.2. 在分析GDI喷射器样品结构的基础上，开发了一种带隔磁环的新型磁路结构，并验证了该结构相对传统结构在提高动态响应性能方面的优势；建立了新型磁路结构的电磁场仿真模型，研究了不同磁路结构参数、材料特性、线圈参数、驱动策略等对GDI喷射器动态响应特性的影响规律，并以动态响应特性为目标采用多目标模拟退火算法对磁路结构参数进行了优化，为GDI喷射器的磁路结构改进提供了有效方法。.3. 借助AVL FIRE软件建立了喷嘴内部流动及喷雾仿真模型，通过仿真与试验研究了不同参数对内部流场、空穴现象以及喷雾形态及喷雾质量的影响规律，并依据仿真和试验结果，以降低流动阻力、提高喷雾质量为目标对GDI 喷射器的关键结构参数进行了优化。通过在GDI喷射器内部加装加热器研究了在不同条件下标准汽油、正戊烷、异辛烷及乙醇的宏观喷雾形态及喷雾粒径的变化规律，为GDI喷射器的流动及喷雾参数匹配提供了理论依据。.4. 基于ANSYS软件，建立了GDI多孔喷射器多场参数联合仿真平台，以提高动态响应特性、喷雾特性及流量特性为目标，对电磁性能、内部流动及喷雾特性进行了联合仿真和优化求解，通过试验与仿真揭示了多物理场与综合性能之间的耦合关系，为 GDI 多孔喷射器的参数耦合匹配提供了一种有效方法。.5. 建立了由流量特性、动态响应、喷雾形态以及激光喷雾粒度测试系统组成的GDI 喷射器综合性能检测系统，实现了GDI喷射器关键性能的精确检测。