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(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)vEHICLEENGlNENo．4(SerialNo．140)Aug．2002·設(shè)計(jì)與計(jì)算·高壓共軌電控碗油器的仿真模擬計(jì)算王尚勇，張曉力，徐春龍(1．北京理工大學(xué)車(chē)輛與交通工程學(xué)院，北京100081；

2．中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算機(jī)模擬分析了高壓共軌噴油系統(tǒng)的噴油特性。結(jié)果說(shuō)明，試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算仿真結(jié)果相符。

關(guān)鍵詞：

柴油機(jī)；

高壓共軌；

電控；

仿真；

噴油器中圖分類(lèi)號(hào)：

TK422文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1001—2222(20o2)o4—0016—04當(dāng)前世界各國(guó)制定的汽車(chē)排放法規(guī)日趨嚴(yán)格，為了降低柴油機(jī)排放以滿(mǎn)足排放法規(guī)要求，且改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，務(wù)必提高噴油壓力，實(shí)現(xiàn)噴油定時(shí)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(guò)應(yīng)用Howmaster2通用流體管路系統(tǒng)分析軟件來(lái)模擬計(jì)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(jìn)一步分析說(shuō)明噴油器各基本參數(shù)對(duì)噴油特性的影響。

1原理圖1為德國(guó)RobertBosch柴油機(jī)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(jìn)氣質(zhì)量傳感器流量計(jì)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(dòng)機(jī)每缸都由一個(gè)獨(dú)立的高速響應(yīng)電磁閥來(lái)控制噴油器的工作，每一噴油器通過(guò)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(dá)135MPa；

共軌油壓在整個(gè)噴射過(guò)程中基本保持不變，且獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷而自由選擇；

用于操縱噴油器的電磁閥是一個(gè)二位二通開(kāi)關(guān)閥，其高速響應(yīng)的特點(diǎn)(開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間之和不超過(guò)0．27ms)可以生動(dòng)切實(shí)地實(shí)現(xiàn)噴油定時(shí)和噴油量的自由操縱，并可實(shí)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(jiàn)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(jìn)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(jiǎn)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?yàn)椴裼蜋C(jī)電控及流體傳動(dòng)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(jì)算．17．兩個(gè)阻尼孑L的操縱腔、帶有一個(gè)鋼球的銜鐵機(jī)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(jiàn)圖3，由電磁鐵實(shí)現(xiàn)針閥的開(kāi)啟與關(guān)閉，通過(guò)控制腔將電磁鐵與電磁閥連接起來(lái)，利用操縱腔內(nèi)燃油的液力性能完成以較小功率來(lái)實(shí)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(shí)，由于閥內(nèi)彈簧的作用，鋼球使A節(jié)流孑L關(guān)閉；

此時(shí)，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(shí)，由于電磁鐵的吸力作用，動(dòng)鐵芯向上運(yùn)動(dòng)，鋼球在液壓作用下離開(kāi)球座，節(jié)流孑LA開(kāi)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(shí)來(lái)自公共油軌的高壓油作用于噴油嘴針閥底部，使噴油嘴開(kāi)啟，開(kāi)始噴油。噴油量抉擇于噴油嘴的開(kāi)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(dá)用Fqowmaster2建立的模型主要由液壓腔、運(yùn)動(dòng)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(mǎn)足流體的可壓縮性方程見(jiàn)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(jìn)、流出各液壓腔體流量的伯努利方程見(jiàn)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(dá)式見(jiàn)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(jìn)(出)液壓腔的燃油流量；

Q(Q)——因泄漏流進(jìn)(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(yùn)動(dòng)件(即針閥、挺桿等)的運(yùn)動(dòng)速度。

2．2運(yùn)動(dòng)件主要運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)定律，其運(yùn)動(dòng)方程見(jiàn)式(4)。

m氅+廠+：

m+，+M∑F+∑F+∑F，(4)式中：

m——運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量；

廠——阻尼系數(shù)；

——運(yùn)動(dòng)件位移；

k——運(yùn)動(dòng)件彈性變形系數(shù)；

F——機(jī)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(zhǎng)管法建模，因其是連接各腔的通道，故按長(zhǎng)管法建模，用運(yùn)動(dòng)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(dòng)。

高壓油管的燃油運(yùn)動(dòng)方程見(jiàn)式(5)，燃油連續(xù)性方程見(jiàn)式(6)。

一中式維普資訊車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)軸；

t——時(shí)間。

該模型計(jì)算過(guò)程為，在每一步長(zhǎng)時(shí)，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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由此就可以求解出模型中每一節(jié)點(diǎn)的流量和壓力的瞬時(shí)值。計(jì)算步長(zhǎng)根據(jù)實(shí)際需要可自行設(shè)定。

3電控噴油器計(jì)算模型通過(guò)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(dá)等元件；

管網(wǎng)內(nèi)的流體可以是各種介質(zhì)，常見(jiàn)的有空氣、油及水。在仿真計(jì)算時(shí)，可以認(rèn)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(shí)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(dá)300MPa，考慮可變BulkModulus及體積變化對(duì)流體特性的影響)，可以進(jìn)行靜態(tài)分析或動(dòng)態(tài)分析，如計(jì)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(jì)算模型(見(jiàn)圖4)。

因公共油軌供給壓力恒定的燃油，故將其處理成一個(gè)壓力為定值的油源；

電磁閥的功能用控制件來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)，它可操縱閥門(mén)的定時(shí)開(kāi)關(guān)；

根據(jù)牛頓其次定律，動(dòng)力控制模型由針閥受力狀況計(jì)算出針閥升程，從而抉擇針閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)噴油。

4仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析圖5是模擬單缸柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為l200r／min，共軌壓力分別為60MPa和80MPa，信號(hào)脈寬分別為7．2ms和4．8ms時(shí)，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(yàn)值與仿真值的對(duì)比見(jiàn)表l。

試驗(yàn)過(guò)程中泄漏及密封對(duì)噴油特性的影響較l一動(dòng)力控制模型；

2一操縱曲線；

3一節(jié)流閥(噴油嘴)；