柴油機(jī)高壓共軌凸輪型線仿真研究

1、柴油機(jī)高壓共軌凸輪型線仿真研究1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動(dòng)機(jī)。它是由德國(guó)發(fā)明家魯?shù)?夫迪塞爾（RudolfDiesel）于1892年發(fā)明的，為了紀(jì)念這位發(fā)明家，柴油就是用他的姓Diesel來表示，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也稱為狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：熱效率高，壓縮比，經(jīng)濟(jì)性好，沒有點(diǎn)火系統(tǒng)。柴油機(jī)的缺點(diǎn)是：體積大、笨重，噪聲、振動(dòng)較大，碳煙和PM排放較高。 所以導(dǎo)致柴油機(jī)一般用在大型機(jī)械車輛上，很少在轎車中應(yīng)用。 但隨著近年來柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，特別是小型高速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的新發(fā)展，一批先進(jìn)的技術(shù)，例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術(shù)得以在小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，尤其是高壓共軌技術(shù)，使原

2、來柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的缺點(diǎn)得到了較好的解決，而柴油機(jī)在節(jié)能與CO2排放方面的優(yōu)勢(shì)，則是包括汽油機(jī)在內(nèi)的所有熱力發(fā)動(dòng)機(jī)無法取代的，因此在柴油機(jī)技術(shù)先進(jìn)的歐洲，柴油機(jī)已經(jīng)大行其道，趕超了汽油機(jī)。我相信在中國(guó)隨著柴油機(jī)技術(shù)的提高，以及油品的上升，動(dòng)力強(qiáng)勁又省油的柴油機(jī)轎車也會(huì)在市場(chǎng)上有自己的一片天地！柴油機(jī)發(fā)展歷程2供油泵相關(guān)自從1892年魯?shù)婪?迪塞爾發(fā)明柴油機(jī)之后，柴油機(jī)技術(shù)便開始迅速發(fā)展。早期的柴油機(jī)，由于燃料的供給是壓縮空吹入燃燒室的方法，因此必須裝有笨重的壓氣機(jī)，燃料霧化質(zhì)量無法保證，柴油機(jī)性能很差，轉(zhuǎn)速的提高受到限制，柴油機(jī)的應(yīng)用只局限于固定動(dòng)力和船用。1922年德國(guó)工程師羅伯特-博世開始研

3、究噴油系統(tǒng)，并在1927年Bosch 泵開始投放市場(chǎng)。Bosch泵的發(fā)明對(duì)柴油機(jī)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，從早期的合成泵、直列泵、單體泵以及泵噴嘴等到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第三代的高壓共軌技術(shù)，Bosch泵對(duì)不斷提高和改善柴油機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)都起到了決定性作用。3一、高壓共軌二、凸輪作用三、凸輪型線4一、高壓共軌技術(shù)電控高壓共軌(Common Rail) 技術(shù)是將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。它的基本系統(tǒng)構(gòu)成是:用高壓泵提供高壓燃油給用來存儲(chǔ)高壓燃油的共軌管,由ECU根據(jù)實(shí)際使用工況條件對(duì)燃油噴射過程實(shí)行精確控制,通過控制噴油器電磁閥開啟時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間從而控制噴射提前角、燃油噴射量,通

4、過控制高壓油泵電磁閥開啟持續(xù)時(shí)間從而控制共軌油管內(nèi)的燃油壓力。此項(xiàng)技術(shù)的目的是：在一定的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣條件下,通過對(duì)噴入氣缸的噴油量、噴油壓力、噴油正時(shí)、噴油次數(shù)等進(jìn)行精確控制從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒工作過程,在有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放水平的同時(shí),還能夠改善發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、燃燒噪聲。56 高壓共軌技術(shù)的原理是：高壓共軌系統(tǒng)利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，并消除燃油中的壓力波動(dòng)，然后再輸送給每個(gè)噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實(shí)現(xiàn)噴射的開始和終止。其基本特點(diǎn)是：1) 噴射壓力高,噴油壓力比一般直列泵高出一倍,目前最高可達(dá)180 MPa;2 噴油壓力獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)低速、大負(fù)荷

5、的性能;3）可以實(shí)現(xiàn)5次噴射,調(diào)節(jié)噴油率形狀,實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律;4）噴油正時(shí)和噴油量可以自由選定;5）驅(qū)動(dòng)扭矩及其振動(dòng)小,噪聲小、振動(dòng)低;6） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng);7) 可以通過電控系統(tǒng)進(jìn)行各缸工作均勻性校正。7二、凸輪的作用凸輪:是機(jī)械的回轉(zhuǎn)或滑動(dòng)件(如輪或輪的突出部分),它把運(yùn)動(dòng)傳遞給緊靠其邊緣移動(dòng)的滾輪或在槽面上自由運(yùn)動(dòng)的針桿,或者它從這樣的滾輪和針桿中承受力。凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)構(gòu)主要作用是使從動(dòng)桿按照工作要求完成各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，包括直線運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)、等速運(yùn)動(dòng)和不等速運(yùn)動(dòng)。8三、凸輪型線一、凸輪型線：凸輪上與從動(dòng)件直接接觸的輪廓線。構(gòu)成凸輪的幾何要素：1）基圓直徑：構(gòu)成凸輪的基本幾何參數(shù)2）

6、升程：確定了接觸件的最大行程3）過渡圓?。核怯绊懡佑|件運(yùn)動(dòng)的重要參數(shù)，影響運(yùn)動(dòng)速度的變化速率和接觸應(yīng) 力的大小4）凸輪切線及坡度：它是影響接觸件運(yùn)動(dòng)速率的重要因素9凸輪型線的種類： 切線型 凹弧形 凸弧形推動(dòng)柱塞的凸輪型線有三種基本類型：切線型、凹弧形和凸弧形，其他的還有多圓弧凸輪、曲線凸輪等。期中凹弧形凸輪速率最高，凸弧形凸輪速率最低，切線型凸輪速率介于兩者之間。10單體泵凸輪型線電控單體泵其基本構(gòu)成是:將油泵柱塞驅(qū)動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)所需凸輪軸整合為一體,包含在機(jī)體內(nèi)部,從而實(shí)現(xiàn)油泵到噴油器的燃油管路最短化。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)則通過發(fā)動(dòng)機(jī)周圍安裝眾多的傳感器以偵測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài),作為控制油泵電磁閥時(shí)

7、間控制要求的輸入信息,對(duì)燃油噴射量、噴射正時(shí)實(shí)行電子控制。其主要工作原理是通過電子系統(tǒng)對(duì)噴入氣缸的噴油量、噴油正時(shí)進(jìn)行精確、柔性的控制,以及通過油泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油氣缸噴油壓力的提高,從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒工作過程,從而在有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放水平以滿足國(guó)排放法規(guī)的同時(shí),還能夠較大改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、噪聲特性。高壓噴射是現(xiàn)代柴油機(jī)的基本要求，傳統(tǒng)的單體泵用的是切線升速凸輪型線，但是傳統(tǒng)的切線型凸輪單體泵供油系統(tǒng)中的供油速度隨供油持續(xù)角度的增加而不斷增加或保持不變,隨著噴射持續(xù)期的延長(zhǎng),供油的最高峰值壓力將不斷增加,這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)械負(fù)荷增大,凸輪疲勞磨損加劇。11后來開始應(yīng)用等速凸輪型線，在應(yīng)用這種型線的凸輪中，隨著持續(xù)期的增加,凸輪速度不再增加。這種凸輪型線也叫余弦拋物線凸輪型線。高壓共軌中最常用的就是像左圖一樣的徑向柱塞泵。除此之外還有直列泵充當(dāng)高壓泵。主要由柱塞偶件、偏心凸輪以及受彈簧作用的柱塞等組成。互相錯(cuò)開120的三副柱塞偶件，由偏心凸輪、輪操縱。它的凸輪型線是三個(gè)切線型凸輪組合在一起。12研究表明，采用高壓噴射，實(shí)現(xiàn)油粒的霧化、細(xì)散，促使混合氣體的形成，是改善直噴柴油機(jī)燃燒、降低排放的重要途徑。為確保高壓化與高可靠性，泵的壓力供給必須及時(shí)、充分。所以作為高高壓泵的凸輪，它的型線設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。圖中這是比較常見的一種高壓泵凸輪，這種高