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．北京理工大學車輛與交通工程學院，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。結果說明，試驗結果與計算仿真結果相符。

關鍵詞：

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的一種全新電控噴油系統(tǒng)。

本文通過應用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，結果證明該仿真結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供油泵的高壓供油泵電控裝置噴油器總成進氣質量傳感器流量計靜蠹箍轉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，發(fā)動機每缸都由一個獨立的高速響應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閥，其高速響應的特點(開啟和關閉時間之和不超過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)預噴射、復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，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、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)針閥的開啟與關閉，通過控制腔將電磁鐵與電磁閥連接起來，利用操縱腔內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操縱功能。

當電磁閥未鼓舞時，由于閥內彈簧的作用，鋼球使A節(jié)流孑L關閉；

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閉，噴油器處于不噴油狀態(tài)。

當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、風扇以及液壓馬達等元件；

管網(wǎng)內的流體可以是各種介質，常見的有空氣、油及水。在仿真計算時，可以認為介質是不成壓縮的或可壓縮的，可以考慮或者不考慮介質的傳熱特性，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；

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仿真結果與試驗結果的對比分析圖5是模擬單缸柴油機轉速為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)；