高壓共軌噴油器步驟

本文格式為Word版，下載可任意編輯——高壓共軌噴油器步驟第4期(總第140期)2002年8月車用發(fā)動機vEHICLEENGlNENo．4(SerialNo．140)Aug．2002·設(shè)計與計算·高壓共軌電控碗油器的仿真模擬計算王尚勇，張曉力，徐春龍(1．北京理工大學(xué)車輛與交通工程學(xué)院，北京100081；

2．中國北方發(fā)動機研究所，山西大同037036)摘要：將Flowmaster2通用流體管路分析軟件應(yīng)用到高壓共軌系統(tǒng)中，用計算機模擬分析了高壓共軌噴油系統(tǒng)的噴油特性。結(jié)果說明，試驗結(jié)果與計算仿真結(jié)果相符。

關(guān)鍵詞：

柴油機；

高壓共軌；

電控；

仿真；

噴油器中圖分類號：

TK422文獻標識碼：A文章編號：

1001—2222(20o2)o4—0016—04當(dāng)前世界各國制定的汽車排放法規(guī)日趨嚴格，為了降低柴油機排放以滿足排放法規(guī)要求，且改善柴油機的經(jīng)濟性和動力性，務(wù)必提高噴油壓力，實現(xiàn)噴油定時和噴油量的自由選擇。高壓共軌噴油系統(tǒng)就是與此要求相適應(yīng)的一種全新電控噴油系統(tǒng)。

本文通過應(yīng)用Howmaster2通用流體管路系統(tǒng)分析軟件來模擬計算高壓共軌噴油系統(tǒng)中的核心部件——電控噴油器，結(jié)果證明該仿真結(jié)果具有較高的可信度，并可進一步分析說明噴油器各基本參數(shù)對噴油特性的影響。

1原理圖1為德國RobertBosch柴油機高壓共軌式噴油系統(tǒng)的原理圖，該系統(tǒng)是由排量可控的高壓油泵、高壓公共油軌、高壓油管、噴油器、電控裝置(ECU)及傳感器組成。

高壓共軌系統(tǒng)采用一高壓油泵，將高壓燃油送塾力傳感器油軌限壓閥限流器甲油箱帶預(yù)供油泵的高壓供油泵電控裝置噴油器總成進氣質(zhì)量傳感器流量計靜蠹箍轉(zhuǎn)速相位踏板壓力口阻(曲軸)凸輪軸)圖1RobertBosch共軌系統(tǒng)到共軌內(nèi)，發(fā)動機每缸都由一個獨立的高速響應(yīng)電磁閥來控制噴油器的工作，每一噴油器通過各自的一根高壓油管連接到公共油軌上，系統(tǒng)內(nèi)的油壓由電控回路操縱。電控回路由共軌壓力傳感器、壓力控制閥及ECU等部件組成。

最大噴射壓力達135MPa；

共軌油壓在整個噴射過程中基本保持不變，且獨立于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷而自由選擇；

用于操縱噴油器的電磁閥是一個二位二通開關(guān)閥，其高速響應(yīng)的特點(開啟和關(guān)閉時間之和不超過0．27ms)可以生動切實地實現(xiàn)噴油定時和噴油量的自由操縱，并可實現(xiàn)預(yù)噴射、復(fù)合噴射及屢屢噴射等各種噴油規(guī)律。

RobertBosch共軌系統(tǒng)的核心部件是電控噴油器總成(見圖2)，包括噴油器體、多孔噴油嘴、含有節(jié)流孔AZ回高壓油進入圖2電控噴油器總成收稿日期：

2001—12一lO；

修回日期：2002—04—08簡介：王尚勇(1949一)，男，甘肅省蘭州市人，1982年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，副教授，主要研究方向為柴油機電控及流體傳動與控制維普資訊2002年8月王尚勇，等：高壓共軌電控噴油器的仿真模擬計算．17．兩個阻尼孑L的操縱腔、帶有一個鋼球的銜鐵機構(gòu)、電磁閥線圈總成、ECU的連接線、挺桿及針閥。

電控噴油器原理見圖3，由電磁鐵實現(xiàn)針閥的開啟與關(guān)閉，通過控制腔將電磁鐵與電磁閥連接起來，利用操縱腔內(nèi)燃油的液力性能完成以較小功率來實現(xiàn)較高燃油壓力下的高速響應(yīng)操縱功能。

當(dāng)電磁閥未鼓舞時，由于閥內(nèi)彈簧的作用，鋼球使A節(jié)流孑L關(guān)閉；

此時，噴油器體中控制腔和蓄壓腔的壓力都等于共軌壓力。由于挺桿上部操縱腔的作用面積大于挺桿下部蓄壓腔的作用面積，作用于挺桿上部的壓力與噴油嘴彈簧力一起使噴油嘴關(guān)閉，噴油器處于不噴油狀態(tài)。

當(dāng)ECU給電磁閥鼓舞時，由于電磁鐵的吸力作用，動鐵芯向上運動，鋼球在液壓作用下離開球座，節(jié)流孑LA開啟泄油，控制腔壓力下降，下降的數(shù)值抉擇于節(jié)流孑LA和Z的流量比。此時來自公共油軌的高壓油作用于噴油嘴針閥底部，使噴油嘴開啟，開始噴油。噴油量抉擇于噴油嘴的開啟持續(xù)期(決定于ECU輸出的脈寬)、噴油嘴流量特性、噴油壓力及針閥升程。

圖3電控噴油器原理2模型的數(shù)學(xué)表達用Fqowmaster2建立的模型主要由液壓腔、運動件及高壓油管等片面組成。

2．1液壓腔(包括控制腔和蓄壓腔)液壓腔中燃油滿足流體的可壓縮性方程見式(1)。

△p=，(1)——燃油體積彈性模量；

——燃油體積變化率；

——燃油壓力增量。

表示流進、流出各液壓腔體流量的伯努利方程見式(2)。

Q=cA√，(2)式中：

C——流量系數(shù)，IA——流通面積；

△P——液壓腔之間的壓差；

p——燃油密度。

根據(jù)流體的可壓縮性方程和連續(xù)性方程得到液壓腔內(nèi)燃油壓力變化的表達式見式(3)。

業(yè)dt=[∑(Qi+Q，i一Q一Q，)+∑A]·E，(3)式中：

dp／dt——液壓腔燃油壓力變化率；

——液壓腔的燃油體積；

Qi(Q)——非泄漏流進(出)液壓腔的燃油流量；

Q(Q)——因泄漏流進(出)液壓腔的燃油流量；

4——操縱體截面積；

dX／dt——使液壓腔燃油體積發(fā)生變化的運動件(即針閥、挺桿等)的運動速度。

2．2運動件主要運動件——針閥和挺桿可看作單質(zhì)量、單自由度的二階振蕩系統(tǒng)，根據(jù)牛頓其次運動定律，其運動方程見式(4)。

m氅+廠+：

m+，+M∑F+∑F+∑F，(4)式中：

m——運動件質(zhì)量；

廠——阻尼系數(shù)；

——運動件位移；

k——運動件彈性變形系數(shù)；

F——機械力，IFh——液壓力；

——電磁力。

2．3高壓油管高壓油管可按容積法和長管法建模，因其是連接各腔的通道，故按長管法建模，用運動方程和連續(xù)性方程描述高壓油管內(nèi)燃油的一維非定常滾動。

高壓油管的燃油運動方程見式(5)，燃油連續(xù)性方程見式(6)。

一中式維普資訊車用發(fā)動機2002年第4期譬+“+{．+2k“：00，(5)+“+‘+“，L3t+“+aP舞=0，(6)式中：“——燃油流速；

k——粘性摩擦系數(shù)，且k：

k(P，u)；

P——燃油密度，且P：

l0(P)；

a——音速a=a(P)；

X——平行于油管軸線方向的坐標軸；

t——時間。

該模型計算過程為，在每一步長時，根據(jù)邊界條件和初始條件由式(1)～式(3)和式(5)～式(6)求出液壓腔的流量和壓力，然后根據(jù)式(4)確定針閥運動狀態(tài)，由此就可以求解出模型中每一節(jié)點的流量和壓力的瞬時值。計算步長根據(jù)實際需要可自行設(shè)定。

3電控噴油器計算模型通過Flowmaster2的圖形界面建模環(huán)境，可建立各種流體管網(wǎng)的仿真模型；

管網(wǎng)中包含各種管道(含軟管)、接頭、彎頭、閥、噴油嘴、操縱器、顯示儀表、油缸、風(fēng)扇以及液壓馬達等元件；

管網(wǎng)內(nèi)的流體可以是各種介質(zhì)，常見的有空氣、油及水。在仿真計算時，可以認為介質(zhì)是不成壓縮的或可壓縮的，可以考慮或者不考慮介質(zhì)的傳熱特性，同時可考慮海拔高度、氣壓、環(huán)境溫度、濕度以及介質(zhì)的氣化系數(shù)，系統(tǒng)可以是低壓的或高壓的(達300MPa，考慮可變BulkModulus及體積變化對流體特性的影響)，可以進行靜態(tài)分析或動態(tài)分析，如計算壓力、流量、能量及溫度等。

建立的高壓共軌電控噴油器的仿真計算模型(見圖4)。

因公共油軌供給壓力恒定的燃油，故將其處理成一個壓力為定值的油源；

電磁閥的功能用控制件來模擬實現(xiàn)，它可操縱閥門的定時開關(guān)；

根據(jù)牛頓其次定律，動力控制模型由針閥受力狀況計算出針閥升程，從而抉擇針閥的開度，實現(xiàn)噴油。

4仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的對比分析圖5是模擬單缸柴油機轉(zhuǎn)速為l200r／min，共軌壓力分別為60MPa和80MPa，信號脈寬分別為7．2ms和4．8ms時，噴油器噴油率及噴油壓力的仿真結(jié)果，每循環(huán)噴油量試驗值與仿真值的對比見表l。

試驗過程中泄漏及密封對噴油特性的影響較l一動力控制模型；

2一操縱曲線；

3一節(jié)流閥(噴油嘴)；