高壓共軌系統(tǒng)水擊壓力波動消振措施研究

高壓共軌系統(tǒng)水擊壓力波動消振措施研究

由于共軌系統(tǒng)噴油器關(guān)閉引起的水壓強(qiáng)度波動，影響了多次噴油量的精確控制，并影響了共軌系統(tǒng)噴油機(jī)的燃燒噪聲和排放。Henein等柴油機(jī)共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,要合理地將蓄能器安裝在共軌系統(tǒng)中較理想的位置非常困難.孔板消振器降低了噴射系統(tǒng)的流動效率,減小了噴油量.普通腔型濾波器屬于低通濾波器,容積較大,不適于安裝在緊湊的共軌系統(tǒng);H型濾波器具有濾波頻帶寬,結(jié)構(gòu)簡單,壓力損失小,衰減效果好的優(yōu)點(diǎn).因此,筆者根據(jù)高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)H型諧振型濾波器,進(jìn)行濾波效果研究.1公共軌系統(tǒng)h型濾波的設(shè)計(jì)1.1h型濾波器的原理H型濾波器是在主管路的分支管路3后面再接一個容腔4,如圖1所示,其等效電路為一電感和電容的串聯(lián).依據(jù)流體傳輸管道動力學(xué)的電傳輸線理論,H型濾波器的傳遞矩陣為式中:p由邊界條件式中:V為濾波器容積,V=V1.2h型濾波器透射系數(shù)透射系數(shù)α式中:ρ由式(7)可知,H型濾波器的阻抗只有虛部,得H型濾波器透射系數(shù)式中:ρ為柴油密度;ω為壓力波動角頻率.令a可得到諧振角頻率式中:ω可知,當(dāng)濾波器的諧振角頻率ω1.3h-h濾波的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)H型濾波器的諧振角頻率ω較大的諧振腔容積V為取得良好的濾波效果,需將濾波器靠近振動源安裝,因此將復(fù)合H型濾波器安裝在噴油器的入口處.2噴油器入口壓力試驗(yàn)使用的噴油系統(tǒng)采用Bosch電磁式第二代共軌系統(tǒng),噴油器高壓供油管管長均為30,cm、內(nèi)徑為2,mm.裝備EFSIFR8420單次噴射儀測量多次噴射的噴油量和噴油率曲線,Kistler4067瞬態(tài)壓力傳感器測量噴油器入口壓力2.1復(fù)合h型濾波器前后單次噴射油量對比加入復(fù)合H型濾波器后對單次噴射油量產(chǎn)生了一定影響,如圖2所示,軌壓為100,MPa時加入復(fù)合H型濾波器前后單次噴射油量對比.加入復(fù)合H型濾波器后,由于減小了噴射過程中噴射壓力的下降,單次噴射油量與原系統(tǒng)單次噴射油量相比略有提高,在噴油脈寬為0.4~1.4,ms內(nèi)噴油量提高幅度在2%以內(nèi).2.2復(fù)合h型濾波器對噴油量波動的影響在高壓共軌系統(tǒng)中,用壓力波動衰減率K式中:Δp圖3顯示軌壓為100,MPa下,噴油脈寬為0.4,ms、0.7,ms、1.0,ms和1.4,ms時,加入復(fù)合H型濾波器后的單次噴射壓力波動過程和噴油率曲線,并與原系統(tǒng)單次噴射壓力波動和噴油率曲線進(jìn)行對比.通過對比加入復(fù)合H型濾波器前后的壓力波動,可以發(fā)現(xiàn)所有的單次噴射在加入復(fù)合H型濾波器后壓力波動的振幅峰值顯著降低.原系統(tǒng)的最大峰-峰值為43.2,MPa,發(fā)生在噴油脈寬為0.7,ms;加入復(fù)合H型濾波器后系統(tǒng)的最大峰-峰值為4,MPa,發(fā)生在噴油脈寬為0.4,ms.加入復(fù)合H型濾波器后在針閥開啟階段,噴油壓力下降值(約2,MPa)明顯小于原系統(tǒng)的開啟壓力下降值(約16,MPa),因此針閥開啟延時減小,關(guān)閉延時增大,延長了噴油持續(xù)期.在中小脈寬時,加入復(fù)合H型濾波器后的噴油過程中壓力一直高于原系統(tǒng)的噴油壓力.因此,在噴油脈寬為0.4~1.0,ms下,加入復(fù)合H型濾波器后最大噴油率比原系統(tǒng)的最大噴油率均大,如圖3a和圖3b所示.在大脈寬時,加入復(fù)合H型濾波器后的噴油過程后期壓力低于原系統(tǒng)的噴油壓力,這是因?yàn)樵到y(tǒng)中,針閥開啟產(chǎn)生的膨脹壓力波經(jīng)共軌返回,生成的壓縮壓力波到達(dá)了噴油器,增大了此時的噴油率.因此,在噴油脈寬為1.0~1.4,ms下,加入復(fù)合H型濾波器后最大噴油率比原系統(tǒng)的最大噴油率均小,如圖3c和圖3d所示.加入復(fù)合H型濾波器,水擊壓力波動的振幅和周期都發(fā)生了明顯的改變,高壓管內(nèi)的壓力波動特性與普通高壓共軌系統(tǒng)有了很大差別.一般在噴油器入口處存在有兩個明顯可見的壓力波動,一是水擊壓力波動,另一個為軌壓波動.在普通高壓共軌系統(tǒng)中,由于水擊壓力波動振幅遠(yuǎn)大于軌壓波動振幅,因此在多次噴射中,水擊壓力波動是噴油量波動的主要影響因素.加入復(fù)合H型濾波器后,水擊壓力波動得到了明顯衰減,波動振幅與軌壓波動振幅相當(dāng).圖4a中噴油脈寬為0.4,ms,在噴油結(jié)束后,存在兩種壓力波動,一種周期為0.6,ms,另一種周期為4,ms.由于改變了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),使得水擊壓力波動的周期由原系統(tǒng)的1.5,ms減小至0.6,ms.在試驗(yàn)中軌壓的調(diào)整周期為4,ms,因此周期4,ms的壓力波動是由于ECU控制高壓油泵PCV閥調(diào)整軌壓產(chǎn)生的.圖4a中周期0.6,ms的水擊壓力波動峰峰值為3.5,MPa,大于周期4,ms的軌壓波動峰峰值1.5,MPa.由于噴油脈寬為0.4,ms的噴射持續(xù)期接近水擊壓力波動周期的1/2,因此產(chǎn)生較大的水擊壓力波動;而噴油量較小,產(chǎn)生的軌壓波動也較小.結(jié)果表明,隨著噴油脈寬增加,噴油量增大,軌壓波動增大.圖4b中噴油脈寬為1.4,ms,噴射結(jié)束后,軌壓波動的峰峰值為5.3,MPa,而水擊壓力波動不再明顯.圖5顯示了加入復(fù)合H型濾波器前后的單次噴射壓力波動峰-峰值隨噴油脈寬的變化關(guān)系,其中加入復(fù)合H型濾波器后的壓力波動峰-峰值,取水擊壓力波動峰-峰值和軌壓波動峰-峰值中的較大值.可以看到,加入復(fù)合H型濾波器后的壓力波動峰-峰值均明顯低于原系統(tǒng)的壓力波動峰-峰值,且最大值不超過5.3,MPa,基本不隨噴油脈寬波動.為找到最佳的共軌系統(tǒng)濾波裝置,同時設(shè)計(jì)了Q型和T型濾波器.Q型濾波器根據(jù)波的干涉原理設(shè)計(jì)最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù),T型濾波器根據(jù)波的諧振原理選取透射系數(shù)α2.3復(fù)合h型濾波器的預(yù)噴油量波動為驗(yàn)證濾波器對多次噴射油量波動的影響,進(jìn)行軌壓為100,MPa、主預(yù)噴射中預(yù)噴0.4,ms和主噴0.6,ms油量波動試驗(yàn)結(jié)果如圖7a所示,加入復(fù)合H型濾波器后預(yù)噴油量H型m3復(fù)合h型濾波器(1)利用流體傳輸管道動力學(xué)的基本原理,根據(jù)高壓共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了諧振型復(fù)合H型濾波器,結(jié)果證明加入復(fù)合H型濾波器后,水擊壓力波動得到了明顯衰減,波動振幅與軌壓波動振幅相當(dāng),水擊壓力波動的周期降低,衰減率很高,在7.8~23.7內(nèi).(2)復(fù)合H型濾波器對共軌系統(tǒng)水擊壓力波動的消振和濾波效果在所有噴