高壓共軌噴油器噴射特性研究

高壓共軌噴油器噴射特性研究

噴油規(guī)律精確控制研究燃油擠出系統(tǒng)是改善收割機燃燒系統(tǒng)的重要部件。在所有的燃油噴射系統(tǒng)中,高壓共軌系統(tǒng)在噴射正時和噴射壓力方面具有最大的靈活性。噴油器噴油規(guī)律的精準控制是實現(xiàn)高壓共軌噴射系統(tǒng)優(yōu)勢的基礎(chǔ),因此,除正確設(shè)計以優(yōu)化共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)外,還必須研究噴油控制參數(shù)與噴射特性之間的規(guī)律,為噴油規(guī)律精確控制和控制算法的修改和實施奠定基礎(chǔ),使共軌系統(tǒng)在噴油規(guī)律精確控制的優(yōu)勢得到進一步發(fā)揮。已有研究集中在通過結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化提高噴油性能1噴油率、噴油量、k“n”及噴油器壓力檢測在自行設(shè)計的高壓共軌噴油系統(tǒng)實驗臺上進行噴射特性實驗。實驗臺裝備了EFSIFR8420型單次噴射儀測量噴油率和噴油量、Kistler4067型瞬態(tài)壓力傳感器測量噴油器入口壓力,以及精確測量和控制轉(zhuǎn)速、油溫、高壓油泵供油壓等參數(shù)的設(shè)備2噴油脈寬單次噴射首先分析單次噴射的動態(tài)性能。實驗工況包括:軌壓40~150MPa,步長為10MPa;噴油脈寬0.1~2.0ms,步長為0.1ms。圖2~5為實驗臺實測單次噴射典型工況,圖中清晰顯示了噴油量、噴油率、針閥開啟與關(guān)閉、噴油持續(xù)期隨軌壓與噴油脈寬的變化關(guān)系。圖中時間軸原點為噴油器線圈驅(qū)動電流上升時刻。2.1噴油率隨噴油脈寬的變化特性噴油量隨軌壓、噴油脈寬變化特性曲線如圖2所示。噴油量由EFS單次噴射儀測量500次,取平均值得到。在軌壓一定時,噴油量與噴油脈寬呈線性增加關(guān)系,隨軌壓增加,線性斜率增大。140MPa在1.8ms后、150MPa在1.7ms后斜率降低,原因是針閥升起到了機械行程上止點。噴油器零油量點隨軌壓增大而減小。噴油率隨軌壓變化的特性曲線如圖3所示。在噴油脈寬一定時,隨軌壓增加,噴油率最大值增大,噴射初期噴油率上升的斜率增大,噴射末期噴油率下降的速率增大(說明針閥啟閉迅速),針閥開啟延遲減小,關(guān)閉延遲增加,噴射持續(xù)期延長,噴油量增加。140MPa,2ms工況因針閥到達上止點,針閥關(guān)閉延遲減小。噴油率隨噴油脈寬變化的特性曲線如圖3b所示。在軌壓一定時,隨噴油脈寬增加,噴油率最大值增大而后保持不變,噴射初期噴油率上升斜率和末期下降的斜率不變,上升和保持階段的瞬態(tài)噴油率曲線基本重合。噴射結(jié)束后的噴油率波動現(xiàn)象是由于EFS噴油率測試儀的壓電傳感器座和噴油器噴嘴適配器處的壓力波反射造成的。最大噴油率隨軌壓、噴油脈寬變化的特性曲線如圖4所示。最大噴油率隨軌壓增大而不斷增加,軌壓升高時,出現(xiàn)噴油率最大值的最小噴油脈寬減小,一定軌壓下,出現(xiàn)噴油率最大值后,噴油率最大值曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點,噴油脈寬繼續(xù)增加時,噴油率最大值曲線斜率降為零。出現(xiàn)噴油率最大值的最小噴油脈寬(140MPa時為1.2ms,圖4)小于針閥能夠到達機械上止點的最小噴油脈寬(140MPa時為1.8ms,圖5),可知,最大噴油率出現(xiàn)在針閥達到機械行程上止點前。2.2機械行程止點的變化針閥開啟延遲t針閥關(guān)閉延遲t其中,b為常數(shù),由噴油器結(jié)構(gòu)和軌壓確定。t噴油脈寬大于0.45ms后,噴射過程相對于驅(qū)動電流有所延遲且持續(xù)時間較長,噴油持續(xù)期t軌壓一定時,針閥在到達機械行程上止點前,t事實上,在此范圍內(nèi),t式中參數(shù)q和r由噴嘴結(jié)構(gòu)決定針閥在到達機械行程上止點后,圖5中直線的斜率發(fā)生改變,呈現(xiàn)如下的線性關(guān)系此時,t其中系數(shù)z在實驗研究的噴射系統(tǒng)中,在t3參數(shù)數(shù)字仿真為了研究噴油器噴油規(guī)律和針閥運動特性的基本規(guī)律,使用AMESim軟件進行仿真研究,以探明傳感器難以檢測的噴油器內(nèi)部物理量的變化規(guī)律,計算得到難以測量的蓄壓腔和控制腔的壓力、控制閥和針閥的升程、Z孔和A孔的質(zhì)量流量的時間變化曲線,分析噴嘴開啟和關(guān)閉的延遲與噴油器幾何特性、物理參數(shù)和控制閥的動態(tài)響應(yīng)的依賴關(guān)系。進行參數(shù)數(shù)字實驗,以確定影響噴射特性的結(jié)構(gòu)參數(shù)與控制參數(shù)。仿真過程考慮軌壓及高壓油管內(nèi)的壓力變化,以提高仿真結(jié)果的準確性。噴油器中的運動部件:控制球閥、針閥等彈簧-質(zhì)量-阻尼振蕩系統(tǒng)的運動方程可以表示為式中∑F控制腔壓力變化決定了針閥的運動?？刂魄蜷y打開后,控制腔內(nèi)的壓力變化取決于進油孔、泄油孔的流量和控制柱塞上下運動造成的控制腔容積的變化?？刂魄坏倪B續(xù)性方程可以表示為等熵流動方程式中ρp選取4種工況進行仿真-實驗對比研究,包括:80、140MPa兩種軌壓和0.8、2.0ms兩種噴油脈寬的4種工況組合。圖6表明4種工況下噴油率實驗結(jié)果與仿真結(jié)果有良好的一致性。圖7表明仿真得到的控制閥開度,控制腔出油孔A、進油孔Z的流量及控制腔內(nèi)壓力變化的液力過程;圖8為針閥升程與運動速度仿真結(jié)果,解釋了單次噴射的噴油規(guī)律和噴油器的動態(tài)特性。4針閥開啟特性針閥開啟和落座取決于控制腔壓力、蓄壓腔壓力、摩擦阻力以及針閥彈簧的合力的方向和大小。在結(jié)構(gòu)和軌壓一定時,控制腔壓力的變化決定了針閥的運動特性?？刂魄粔毫Φ淖兓煽刂魄蜷y的啟閉決定,控制球閥的運動由噴油脈寬產(chǎn)生的電磁力控制,且受到控制腔壓力和銜鐵彈簧力的影響。控制閥打開,泄油孔泄油,控制腔內(nèi)的壓力降低,但此時噴油器蓄壓腔內(nèi)的壓力仍然保持高壓,當(dāng)作用在針閥錐面上的壓力大于控制腔內(nèi)的壓力與噴嘴彈簧力之和時,針閥就被高壓燃油抬起,噴油器開始噴油。當(dāng)泄流孔關(guān)閉,高壓燃油通過進油孔迅速進入控制腔,快速建立起控制腔內(nèi)的壓力,當(dāng)控制腔內(nèi)的壓力與噴嘴彈簧力之和大于作用在針閥錐面上的壓力時,推動柱塞下移,直至針閥落到噴嘴座時,噴油完全結(jié)束。由于噴油器的結(jié)構(gòu)特點,軌壓不同造成的控制腔壓力變化特性,使得針閥啟閉特性隨軌壓、噴油脈寬而變化。在一定噴油脈寬下,軌壓高,針閥開啟時,控制閥打開快,出油A孔流量大,控制腔內(nèi)壓力下降始點提前、壓力下降快、降幅大(圖7),針閥升起加速度快,針閥開啟延遲t而當(dāng)針閥升程到達機械上止點后,軌壓高的控制腔對控制柱塞產(chǎn)生較大的推動力,使針閥從行程上止點的下降加速度較大。由于針閥加速度隨軌壓升高而增大,針閥落座延遲時間t軌壓一定時,隨著噴油脈寬增加,針閥在開啟過程能夠達到的速度、升程增大,因此,線圈斷電,控制閥關(guān)閉后針閥落座需要的時間加長,t雖然t5壓力—結(jié)論(1)最大噴油率隨軌壓增加而不斷增大;一定軌壓下,出現(xiàn)最大噴油率的時刻隨軌壓增加而減小;在最大噴油率出現(xiàn)前,噴油率隨脈寬增加而增大。(2)壓力高,控制腔和蓄壓腔的液體流量大,壓力變化快,控制閥、針閥運動加速度大。壓力高針閥升起、落座的速度快。(3)噴射過程相對于驅(qū)動電流有所延遲且持續(xù)時間較長,噴油持續(xù)期和針閥開啟時間一致。噴油持續(xù)期由脈寬、針閥關(guān)閉延遲