基于AMESim的电控天然气针口阀喷嘴仿真设计
根据AMESim的气动系统建模与仿真技术研究
基于AMESim的气动系统建模与仿真技术研究（版本A）本文主要内容如下(1)推导气体的流量、温度和压力方程。
(2)基于AMESim对普通气动回路进行仿真分析。
并推导气动系统常用元件的数学方程，在此基础上对气动元件及系统进行模型仿真分析。
(3)对气动比例位置系统进行建模与仿真研究，在系统仿真模型基础上进行故障仿真研究。
最后探讨基于 AMESim 的气动比例位置系统实时仿真研究。
1.气动系统建模的理论基础气动系统和元件建模的首要任务就是要充分的明确空气的物理性质和空气的热力学性质，为准确的元件建模和系统仿真奠定基础。
气动元件的结构是十分复杂的，但其中的基本规律和数学描述一般还是比较清楚的。
经过前人的大量研究发现，气动系统的动态特性从本质上讲可以抽象为由一些基本环节所组成，比如放气环节、惯性环节和气容充气环节等等。
而它们之间又是通过压力、力、位移、容积等参数相互关联相互影响的。
1.1 流量方程流量特性表示元件的空气流通能力，将直接影响气动系统的动态特性。
所有的压力降取决于下面两个基本参数：a)声速流导 C(Sonic Conductance)——[null]b)临界压力比b(Critical Pressure Ratio)[S*m4/kg]ISO6358标准孔口——标准体积流量设绝对温度T ，绝对压力p的工况下的体积流量为Q，基准状态和标准状态下的体积流量可表示为：空气压缩机的输出流量通常用换算到吸入口的大气状态下的体积流量来表示。
以上公式同样适用于从吸入口的大气状态到基准或标准状态的换算。
气动孔口流量在气动系统中，一般需要计算通过节流口的气体压力、流量、温度等参数，但是由于气体的可压缩性，气体在通过节流口时是个很复杂的过程，节流口前后的流道突然收缩或扩张，气体在孔口前后均会形成涡流，产生强烈的摩擦，因而机械能变成热能具有不可逆过程。
同时，由于流体运动的极不规则，同一界面上的各点参数极不均匀。
为了研究气体的流量特性，基本上可将阀中的节流口理想地等价为一个小孔或收缩喷嘴，并用小孔或者收缩喷嘴的流量特性来表示其流量特性。
基于AMESim的减压阀建模与仿真
智者论道智库时代 ·241·减压阀是机车空气管路系统的重要部件，本文利用AMESim 软件对减压阀进行建模并仿真分析，得到减压阀各关键参数的最优取值范围，为减压阀的选型提供依据。
一、减压阀结构及工作原理图1为减压阀结构原理图[1]。
如图所示，初始状态时，低压腔室p2中无压力，调压弹簧2推动膜片4和阀杆5下移，阀杆5再推动阀芯7下移，阀口打开，此时高压腔室p1中压力空气输入到低压腔室p2中。
低压腔室p2压力逐渐上升，同时经阻尼孔6流向膜片4下表面腔室。
当膜片4下表面气体向上推力F2等于调压弹簧向下推力F1时，阀芯7在复位弹簧8的作用下向上移动，阀口关闭，高压腔室p1中压力空气输入到低压腔室p2中的通道关闭，低压腔室p2中的气压不再上升，此时低压腔室p2中即有稳定压力输出。
通过调节调压弹簧2、3的预紧力，即可调节减压阀的输出压力[2]。
图1 直动式减压阀结构原理图1、手柄；2、调压弹簧；3、溢流阀；4、膜片；5、阀杆；6、阻尼孔；7、阀芯；8、复位弹簧二、减压阀AMESim 模型建立A M E S i m (A d v a n c e d M o d e l i n g Environment for performing Simulationof engineering systems)为多学科领域复杂系统建模仿真平台。
用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。
AMESim 软件采用基于物理化图形建模方法，因此对于气动减压阀来说，利用AMESim 软件建模仿真更加方便与准确[3]。
减压阀的AMESim 模型如图2。
调压弹簧3推动阀芯质量块5向右移动，阀芯6打开，高压腔室9内压力空气通过阀口进入低压腔室12中，进一步经过阻尼孔11进入膜片下腔室10。
当膜片下腔室10中压力作用在膜片上推力F2等于调压弹簧3对膜片下推力F1时，阀芯6向左移动，阀口关闭，高压腔室9中压力空气通向低压腔室12的通道关闭，低压腔室12中压力稳定在设定压力值。
基于AMESim的WP2000电控喷油泵用阻尼出油阀结构优化设计
基于AMESim 的WP2000电控喷油泵用阻尼出油阀结构优化设计薛莹莹成都威特电喷有限责任公司,四川 成都 611731摘要：针对WP2000电控喷油泵喷油量波动大的现象，应用AMESim 软件对阻尼出油阀进行建模，并比较分析了出油阀阻尼孔直径，升程，弹簧预紧力对喷射的影响，对出油阀结构进行优化设计，WP2000电控喷油泵使用优化后的出油阀循环喷油量的一致性得到明显改善。
关键词：电控喷油泵；出油阀；AMESim；优化设计引言WP2000电控喷油泵是成都威特电喷公司为满足车用柴油机达欧3排放法规而设计的一种具有高喷射压力的直列泵，最高喷射压力达到130MPa ，柴油机最高转速为2600rpm ，高喷射压力与高转速将导致二次喷射及气穴现象出现的可能，对循环喷油量的一致性影响非常大，阻尼出油阀的应用将是避免二次喷射及气穴的有效手段。
但是阻尼孔直径，出油阀升程，回位弹簧预紧力参数的选择不恰当也会对喷射系统造成不利的影响，本文对阻尼出油阀进行了建模，并对以上参数进行比较分析计算，从比较结果来看，使用优化设计后的阻尼出油阀，循环喷油量一致性得到明显改善。
AEMSim 是法国IMAGINE 公司于1995年推出的一种基于键合图的高级系统建模、仿真及动态性能分析软件。
利用该软件，可实现在统一的平台上进行机械、液压、气动、热、电和磁等物理领域多学科的系统工程的建模，并具有动态、稳态、间断以及批处理等多种仿真运行模式。
AMESim 内嵌了17种算法，仿真计算时间可自动变步长、变算法，经济高效地提高了仿真精度。
用户只需要通过图形用户界面来进行建模，不需要编写任何程序代码，就可完成上述领域的ISO 图标简单直观的多端口框图连接，上手较快。
AMESim 还可与Matlab 、Admas 等软件进行联合仿真，这样可充分发挥每个软件的优势。
1 阻尼出油阀的结构和工作原理阻尼出油阀是在等容阀的基础上工作的，在高的喷射压力条件下，单一的等容阀在喷油嘴关闭后由于有较高反射波的存在，容易产生气穴现象，循环喷油量产生波动，并且加快磨损，同时反射波容易引起二次喷射，导致柴油机性能恶化。
基于AMESim的单向阀仿真研究分析
能 。建立 准确 的单 向 阀模 型是 对 其 进行 仿 真 的关 键 从 流 量 曲线 上 可 以发现 ，此 时 的流量 并 不 为零 ，且 为 点也 是 难 点 。根据 单 向 阀工 作 原 理 【４］，利 用 ＡＭＥＳｉｍ 负值 。即 出现 了液体 的反 方 向流动 ，并且 随着 阀芯 的
１．２．１质量 对流 量 的影 响分析
１ 模型建 立及 仿真分析
图 ２为 不 同 阀芯 质 量 下 单 向 阀 的 流 量 变 化 曲
线 。仿真结果表 明，随着阀芯质量的增加 ，在仿真 时
１．１ 模 型建 立
间 为 １．５ Ｓ时 （即 右边 的压 力 变 为 ５ ＭＰａ），阀芯 左 右
单 向 阀具 有 单 向 导通 性 ，这也 是 它 的 最 主要 功 端 的压差为零 ，此 时阀芯理论上应处于关闭状态 ，但
小 阀芯振 动 的方法 也 有 利 于其 它 液压 元 件 性 能 的提
（２）ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｏｕｒｅｅ２：压力始终设置为 ５ ＭＰａ；
升 和 系统 稳定 性 的增强 。
（３）ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｏｕｒｃｅＩ：压 力 开 始 １ Ｓ内 由 ０变 到
本文 基于 ＡＭＥＳｉｍ建立 了单 向阀的仿真模型 ， １０ ＭＰａ；又在 １ Ｓ内由 １０ ＭＰａ变到 ０ ＭＰａ；
１．２．２质量 对 流量 一压差 的影 响分 析 图 ３为不 同质量 下单 向阀的流量～压 差 曲线 ，
当压 差 为 一１００ ＭＰａ时 ，及 右 端 压力 约 为 ４ ＭＰａ时 ， 流量 出现负值 ，并且这种现象随着 阀芯质量 的增加 而越 发 剧烈 。这 是 由于 阀芯 惯 量引 起 的 阀球 在 离 开 稳 态 位 置 后 的 滞后 导 致 了液 体 的反 向流 动 ，这 将 大 大 影 响单 向 阀工作 的稳 定性 及 精确 性 。
基于AMEsim的液压系统建模与仿真
基于AMEsim的液压系统建模与仿真液压系统是工程中常见的一种动力传输系统，它通过液压传动来实现力的传递和执行机构的动作控制。
液压系统具有传动效率高、传动力矩大、动作平稳、反应灵敏等优点，因此在机械制造、航空航天、船舶、石油化工、建筑工程等领域得到了广泛应用。
为了更好地设计和优化液压系统，工程师们常常需要对液压系统进行建模与仿真分析。
AMEsim是一种基于物理的系统级建模和仿真软件，可以用来对复杂的液压系统进行建模与仿真。
它能够快速准确地模拟液压系统的动态特性，并通过仿真分析系统的运行状态、性能和参数变化对系统进行优化。
本文将介绍使用AMEsim对液压系统进行建模与仿真的步骤和方法。
一、液压系统建模1.系统结构设计在进行液压系统建模前，需要根据实际应用场景设计系统的结构和组成。
液压系统通常包括液压源、执行元件、控制元件和辅助元件等部分。
液压源一般由油箱、泵和电动机组成，用于产生液压能。
执行元件包括液压缸、液压马达等，用于产生力和运动。
控制元件包括阀门、液压控制阀等，用于控制液压系统的动作和方向。
辅助元件包括滤油器、冷却器等，用于保护和维护液压系统。
在建模时，需要将这些部分进行合理的组织和连接。
2.建立物理模型在AMEsim中，可以通过图形化界面来建立液压系统的物理模型。
首先需要选择合适的元件模型，并将其拖放到系统工作区中。
可以选择液压缸、液压马达、液压泵、油箱、阀门等元件模型。
然后通过连接线将这些元件连接在一起，形成完整的系统结构。
在建立连接时，需要考虑元件之间的流动方向和控制信号的传递。
3.设定参数和初始条件建立物理模型后，需要对各个元件的参数进行设定。
这些参数包括液压源的功率、泵的流量和压力、执行元件的有效面积和行程、控制阀的开启和关闭时间等。
还需要对系统的初始条件进行设定，如油箱中的油液初始压力和温度等。
完成系统的物理建模后，就可以进行仿真分析。
在AMEsim中，可以通过设置仿真时程和控制信号来对系统进行仿真。
基于AMESim的气动减压阀建模与仿真分析
压缩空气在减压阀腔室内作一维定常流动的特性 可 由 ４ 个 基 本 方 程 即 连 续 性 方 程 、动 量 方 程 、能 量 方 程 （伯 努 利 方 程 ）和 状 态 方 程 来 描 述 ［４］。
收 稿 日 期 ：２０１７０９２５； 修 订 日 期 ：２０１８０１２５ 作者简介：贾一平 （１９９３），男，山西朔州人，在读硕士研究生，研究方向：机车车辆制动系统研究。
为气体的密度和平均流速；犃 为管道的截面积。
（２）动量方程：气体在管内 作定常 流动时，各 动 量
之间遵循如下方程：
ｄ（狌２／２）＋
（１／ρ）ｄ狆＋
（λ 犫
·狌２ 犫
）ｄ狓＝０
．
（３）
其中：λ 为 管 道 中 的 摩 擦 因 数；犫 为 管 道 内 径；ｄ狓 为 横 向截取的微分单元。
图１为 ＤＥＰＩ型 减 压阀的结构简 图，其 主 要 由 调 节 弹 簧 、复 位 弹 簧 、弹 性 垫 片 、反 馈 腔 、阀 芯 和 阀 座 等 零 件组成。开始工作时，减 压 阀 调 节 弹 簧 ６ 的 纵 向 弹 簧 力经推杆以及 运 动 元 件 传 递 到 弹 性 垫 片 ３，阀 芯 因 受 平衡力的作用致使阀 口 呈 开 启 状 态，此 时 减 压 阀 进 口 处气体经进气口１０ 后 流 经 阀 口，由 于 阀 口 开 度 较 小， 气 体 流 经 阀 口 时 产 生 撞 击 、摩 擦 和 涡 流 ，损 失 一 部 分 气
基于AMESim的二通流量控制阀的建模及仿真
0引言节流阀调速回路常见的有3种,即进油路节流调速回路、旁油路节流调速回路及回油路节流调速回路。
这3种回路都存在着相同的问题,即当节流口调定时,通过它的流量受工作负载变化的影响,不能保持执行元件运动速度的稳定。
因此这3种回路只适用于负载变化不大和速度稳定性要求不高的场合。
在负载变化较大而又要求速度稳定时,就要采用压力补偿的办法来保证节流阀前后压力差不变,从而使流量稳定。
本文介绍了在节流阀前面串接一个定差减压阀来使流量稳定的方法,即定差减压阀和节流阀串接构成一个调速阀,由减压阀保持节流阀前后压力差不变。
1二通流量控制阀工作原理由图1可知,液压泵输出的液压油的压力为P 1,P 1由溢流阀调定并维持恒定,流经减压阀到节流阀前的压力为P 2,节流阀后的压力为P 3,节流阀前后的压力油分别作用在减压阀阀芯的两端。
当液压缸在某一负载下工作时,减压阀3的阀芯处于某一平衡位置,若负载增加,则P 3升高,减压阀右端弹簧腔的压力也相应升高,阀芯向左移动,溢流开口增大,溢流阻力减小,使泵的供油压力P 2也随之增大,从而基于AMESim 的二通流量控制阀的建模及仿真郝永波（辽宁轨道交通职业学院，辽宁沈阳110023）摘要：在液压领域，二通流量控制阀是一种压力补偿型节流阀，它是在节流阀前面串接一个定差减压阀，使油液先经过减压阀产生一次压力降，并利用减压阀阀芯的自动调节，使节流阀前后压差保持不变。
从而保持通过节流阀的流量恒定，即能保持执行元件速度稳定。
利用AMESim 软件构建了二通流量控制阀的仿真模型，仿真结果表明，二通流量控制阀具有流量稳定的特点，仿真结果也为二通流量控制阀的设计和参数选取提供了依据。
关键词:二通流量控制阀；AMESim ；仿真Modeling and Simulation Based on AMESim for Two-way Flow Control ValveH ao Y on gbo(D ep artm ent of M ech anical E ngineerin g ,G uidaojiaotong P olytech nic I nstitute ,Sh en yang 110023,C h in a )Abstract :I n th e h yd raulic field ,two-way flow control valve is a p ressure com p ensatin g th rottle valve,wh ich is conn ected in series with a constant differential p ressure relief valve in front of th e th rottle valve,so that the oil first p asses th rou gh th e p ressure relief valve to produ ce a p ressu re d rop ,an d uses th e au tom atic ad ju st-m ent of th e p ressure relief valve core to k eep the p ressu re d ifference b etween th e fron t and back of the th rot-tle valve u n chan ged.T h us,th e flow th rou gh th e th rottle valve can be k ept constan t,th at is,th e sp eed of the actu ator can be m ain tained stab le.I n th is pap er,th e sim u lation m od el of two-way flow control valve is bu ilt by u sing A M E Sim software.T h e sim u lation resu lts sh ow th at th e two-way flow con trol valve has th e charac-teristics of flow stability.T h e sim u lation resu lts also p rovid e a basis for the design and p aram eter selection of two-way flow con trol valve.Key words :two way flow con trol valve;A M E Sim ;sim ulationAgricultural Equipment &TechnologyVol.45№.3Jun .2019第45卷第3期2019年6月农业装备技术使节流阀前后压差ΔP(P3-P2)基本保持不变;若负载减小,则P3减小,减压阀右端弹簧腔的压力也相应减小,阀芯向右移动,溢流开口减小,溢流阻力增大,泵的供油压力P2也随之减小,节流阀前后压差ΔP(P3-P2)仍然保持不变。
基于AMESim的分流集流阀的仿真研究
关 键 词 ：分流集流阀;AM ESim ;液压仿真;动态性能
中图分类号:TH 137
文献标志码:A
文 章 编 号 ：1 0 0 2 - 2 3 3 3 ( 2 0 1 7 ) 0 8 - 0 0 6 3 - 0 2
Simulation Research of Flow Divider-combiner Based on AMESim LI Jinlong, HU Zhiyong,GUO Yankun
分 流 集流阀的结构主要由进油口、出 油 口 、弹 簧 、可 变 节 流 口 、固 定 节 流 口 以 及 阀 芯 等 相 关 元 件 所 组 成 ，形式 简 单 ，但 是 所 起的作用较大，能够准确地使两个或者多个 执行构件保持相同的运动速度。 人2 分流集流阀的工作原理
分流集流阀在执行构件同步运动中起着至关重要的
Q^ C.A ^ 2^ ! ；
⑴
Q2=CaA^ 5 ^ 。
(2)
式中:Cd为 流 量 系 数 以 1V42为 固 定 节 流 口 的 面 积 、P2 为入口压力;p 为油液的密度。
可变节流口流量的流量方程为：
QA=Cd^ -D -(X 0+X ) y 2(P^~Pa ) ； ⑶
网 址 : 电邮：hrbengineer@ 2017ห้องสมุดไป่ตู้年第 8 期 ■ 6 3
1 分流集流阀的结构及工作原理
7 . 7 分流集流阀的分类及结构 分 流 集 流 阀 是 将 分 流 阀 、集 流 阀 和 分 流 集 流 阀 集 于
一 身 的 总 称 ，它 分 别 有 3 种 阀 的 功 能 ，去实现所要求的功 能 。按调整方式分为固定式分流集流阀、可调式分流集流 阀 和 自 调 式 分 流 集 流 阀 。其 中 固 定 式 结 构 同 步 阀 又 可 分 为 换 向 活 塞 式 和 挂 钩 式 两 种 结 构 。分 流 集 流 阀 按 流 量 分 配方式还可分为等流量式和比例流量式，比例流量常采 用 2:1流量分配方式。这几种阀各自的优势，适用于不同 的 液 压 系 统 ，对 液 压 执 行 元 件 进 行 合 理 的 同 步 控 制 。
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天然气喷射器由电磁阀，控制室，针阀偶件组成，其工作原理如图（1）所示，发动机ECU接受经过滤波，整形，放大后的前向电路中的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器（在顺序喷射中需要该传感器）所测得的模拟信号，经过其处理与计算，判断出符合该工况的喷射正时与喷射脉宽，发送PWM波信号控制电磁线圈的通断电，其中通电时刻决定喷射正时，而通电时间的长短则决定该工况下的喷气量。在整个机构中高压天燃气经过减压与调压后进入喷射器中分为两部分，一部分气体进入喷射针阀，一部分气体则进入喷射器气腔中，当进入喷射气体的压力和流量较小的时候电磁阀处于关闭状态。气体进入了喷射器气腔，由于控制活塞上的面积大于喷射器针阀的作用面积，加上针阀弹簧的作用力，使得喷射器的喷射针阀处于关闭状态。而当电磁线圈通电时产生一个磁场，顶杆（衔铁）在电磁力的作用下，克服天然气背压和复位弹簧的预紧力而升起，打开喷嘴阀门，天然气喷出。顶杆在未达到最大升程前，由于流通面积不断增大，引起喷孔处压力降低，导致了喷嘴环形腔因压力波动而使气体不稳定流动，直到顶杆（衔铁）由于机械限位挡板的作用达到最大升程，喷嘴环形腔内气体流动趋于稳定。当电磁线圈断电后，顶杆（衔铁）所受电磁力也立即消失，并在复位弹簧和天然气背压的作用下，落回并压紧阀座，切断喷气动作，从而可以根据该原理对天然气这一特殊燃料的喷射机理进行研究，以期发现天然气的喷射规律，改进喷射方式。
注意：由于气体的泄漏，部件传热与管路设计长度等在实际的使用过程中对喷射的影响是很小的，为了方便建模同时考虑到实际情况所以均把它们作为理想化的模型处理。下图4为电控天燃气的AMESim模型：
图 4 电控天然气喷嘴模型
1—天然气特征参数 2—电磁特性参数 3—重力参数 4—气隙 5—复位弹簧 6—铁芯
7—限位挡板 8—PWM占控比 9—PWM波 10—驱动电路 11—电磁线圈 12—天然气喷嘴阀门 13—理想气源 14—低压腔 15—可变器腔体积 16—节流孔 17—燃烧室18—高压枪19—喷孔体积
2.1电池模块控制模型
依靠电磁元件良好稳定的工作，喷嘴能达到稳定的喷射特性和良好的喷射效果。电磁模块的核心是气隙的合理选择，其将和电磁力的大小有直接的关系，其数学模型如下：
式中：F为电磁铁对喷嘴挡板的吸附力，x为气隙距离，R(x)为磁阻，phi为间隙间的磁通量，u0为自由空间参透性参数，有u0 = 4 * 3.14192 * 0.1 VS/AM,diam是圆柱气隙的直径，alpha是半锥角的大小，其模型图见图2。
2.3容积腔控制模型
天然气流过喷射器的压力室时，压力室的容积及压力都会发生变化，容积的变化是由于针阀的上升或降落引起的，而压力的变化则是由于天然气的流动，压力室的变化可由下式得到：
；
式中：B（p）为当前压力下的有效体积弹性模量；q(p)为当前压力下的流量；V0为容器的初始容积；V为压力室容积变化； 为当前压力下的气体密度，AMESim中容积的计算参数为实时仿真参数，能准确的反应计算结果，从而有效的提高计算精度，这点是其强大之处。
(School of Transportation and Automotive Engineering, Xihua University,
Chengdu Sichuan 610039,China)
Abstract:Electric control natural gas injector isthatcar engine electronic control injection system is of a noveltytechnology, is also the most key injection systemandthe most difficult.For the research of electronic control natural gas injector characteristic parameters on the effect of the injection, the engineering system simulation software AMESimisestablished control natural gas needle mouth valve injector simulation system model.To analyze and research to it obtain the reset spring best prestressing force, and in the prestressing force verified under the accuracy of the system model,the design of the electronic control natural gas nozzle provide basis for optimization.
图2气隙端口模型
2.2针口阀阀门喷嘴模型
喷射器的喷嘴部分，是依靠电磁铁吸附顶杆（由衔铁构成）从而开启或则关闭阀门的一维运动部件，通过设定针口阀的结构参数可以准确的反应喷嘴的情况，AMESim中气动设计库中的针口阀控制模型结构参数如图3.
图3针口型阀门简图
针阀流通面积为：
针阀升程为：
端口2平均流速为：
图1电控天然气喷嘴结构
2电控天然气喷嘴的计算机模型
本文采用系统工程高级建模和仿真软件AMESim对喷射器的工作过程进行仿真，该软件包括了流体动力和内燃机的相关模块，为仿真提供完善的仿真环镜和灵活的解决方案，在建模过程中根据模型单元的相关特性将电控天然气喷嘴主要分为：电磁模块单元，针口阀门控制单元，管道控制单元等
(2)喷嘴模型。元件5,7,12,13,14,15,16,19组成了喷嘴本体，元件5模拟了复位弹簧，复位弹簧的预紧力和刚度决定了阀门能否在一个合理的时间内打开与关闭，它的合理选择将决定针阀的开启速度与关闭速度。元件18,14分别模拟了阀门所受天然气背压和进气歧管处的大气压力，考虑到喷孔的结构特性，增设了元件19,16来模拟喷孔处的体积和节流作用，而元件15模拟了容积式因针阀升起导致的容积变化。
关键词：天燃气喷嘴; 针口型阀门; 仿真
Simulated Design of anElectronic Natural GasNeedle Mouth
NozzleWorking processBased onAMESim
WANG Kereng, SUN Renyun, WU Yudong, CHEN Degang
3模型仿真与分析
本文选择的喷射器的基本参数为：长型，孔式，最大喷孔直径为10mm,起喷压力为0.3Mpa,针口阀升程为0.015mm，弹簧刚度为10000N/m,仿真时间设置为18ms,仿真步长设置为0.01ms。仿真包括一个完整的喷射周期，具体包括天然喷嘴阀门的开启时间，喷射持续时间,喷射关闭时间。发动机工况为稳定工况，转述为3500r/min.图5为不同的弹簧预紧力与开启针阀开启响应时间快慢与关闭响应时间快慢的关系，图6为AMEsim仿真的针口阀升程，如图5所示：
端口1平均流速为：
端口2流量为：
端口1流量为：
端口4收到向上的力为：
式中：X0为针阀初始的位置，X4为端口4的位移， 为天然气流动的平均速度，P2为端口2的压力，q10,q20分别为针阀升程0时刻端口1,2的天然气流量，q4为端口4的流量，f3为端口3受到的向上的力， 为流动阻力dq为端口1,2的流量变化率，其余参考图3。
图 6不同弹簧预紧力下的针口阀升程曲线
图7为增口阀在75N弹簧预紧力下的速度曲线，图8为加速度曲线。
图 7 针口阀运动速度
图 8 针口阀运动的加速度
由图7，图8分析可知：针口阀先加速上升，在达到限位挡板最上端时，由于受到限位挡板的限位作用，此刻针口阀会受到一个很大的瞬时冲击作用，针阀加速度在该作用力下瞬间变为0，而针阀也因达到最大升程而停止。在一定时间的稳定喷射后，电磁阀断电，针口阀在复位弹簧和天然气被压的作用下加速回落。
2.4电控天然气针口阀门喷嘴的建模
该模型在依据天然气喷嘴的物理模型和工作原理的的理论指导下，分别从AMESim的电磁库，信号库，机械库，气动库，气动元件设计库等中选择合适的图形模块，来模拟喷射器的实际喷射过程，从而搭建出仿真系统。模型具体的构成如下：
（1）电磁驱动模型。元器件4,6,8,9,11,构成了天然气喷嘴的驱动部分，其原理是当部件8发射高脉冲信号给部件10时，其对应的三极管导通，从而整个驱动部分的电路导通，当有电流流过部件11时，其将产生电流，电流又会产生磁场，该磁场会在部件4产生一个向上的拉力，从而使质量块7拉动喷嘴的针口阀克服弹簧预紧力和天然气背压向上移动，从而使喷嘴开启，喷射气体，但由于限位挡板(部件7)的作用，针阀有一个最大升程。改变元件8的参数即可迅速改变电磁线圈的通电时间进而改变喷嘴的喷射时间，从而改变喷射脉宽，达到电控喷射的控制目的。
基于AMESim的电控天燃气针口阀型喷嘴工作过程模拟
汪科任，孙仁云，吴聿东，陈德刚
（西华大学交通与汽车工程学院，四川成都610039）
摘要：电控天燃气喷射器是汽车发动机电控喷射系统中较为新颖的一项技术，也是喷射系统中最为关键也是难度最大的一部分，为研究电控天燃气喷射器特性参数对其喷射效果的影响，采用工程系统仿真软件AMESim建立了电控天燃气针口阀喷射器仿真系统模型。对其进行分析研究，得出其复位弹簧的最佳预紧力，并在该预紧力下验证了系统模型的准确性，可为电控天燃气喷嘴的设计提供优化依据。
图9为一定占空比的脉冲下，电控天然气喷嘴的喷射量。
图 9 电控天然气喷射特性曲线
由图9的电控天然气喷射特性曲线可知，当针口阀开启后整个喷射过程比较平稳，针阀开启与结束时刻与针阀反应的情况一致，符合喷射规律。
4结束语
喷射器是电控天然气发动机中实现燃气喷射的关键部件，可燃混合气的良好形成于与喷射器有直接关系，喷射器与电控天然气发动机直接的匹配也十分关键，在新产品的研制过程中，往往需要对喷射器做大量的标定与调试，才能达到符合电控天然气发动的设计指标，喷射器的精确开启时刻与天然气的喷射脉宽，与断气时刻均与喷嘴性能的好坏有密不可分的关系，本文利用电控天然气发送机上常用的针口型喷嘴阀门，设计出了喷嘴复位弹簧的最佳预紧力，并在该预紧力下模拟了一个完整的喷气过程，得到了该喷射器的相关特性结果。