高压共轨喷油器结构参数对喷油量特性影响的研究.doc

高压共轨喷油器结构参数对喷油量 Ξ 特性影响的研究 张建新1 施光林1 胡林峰2 (1 . 上海交通大学机械与动力工程学院 ,上海 ;2 . 无锡油泵油嘴研究所 ,江苏 无锡) 摘要 通过对高压共轨喷油器的建模 、计算和试验 ,研究了进 、出油节流孔孔径 、孔径比 ,控制 活塞直径 ,针阀密封座面直径 ,调压弹簧预紧力和油嘴喷孔直径等参数对喷油量特性的影响 , 并分析了产生影响的原因 。 关键词 高压共轨 喷油器 喷油量特性 模拟计算 生影响的原因 ,研究结果为开发新型的喷油器提 供了依据 。 1 概 述 为满足日益提高的性能与排放要求 ,柴油机 电控化已成为必然趋势 。而柴油机电控的核心便 是电控燃油喷射系统 。电控高压共轨系统因其具 有高平均有效喷射压力 、自由的喷油定时控制 、喷 油压力与转速无关以及能实现预喷 、后喷 ,甚至更 多次的喷射等特点 ,从 20 世纪末投入实际应用以 来得到了广泛的认同和推广 。目前 ,德国 Bo sch 、 日本 Denso 以及 Delp hi 、Siemens 等公司都已相继 推出各自的高压共轨系统 。 与传统的泵 - 管 - 嘴系统相比 ,高压共轨系 统中燃油的计量和喷射定时两项关键功能已由高 压供油泵转移到电控喷油器上 。共轨喷油器的结 构 、工作过程的复杂程度已非传统喷油器可比 ,对 它的一些关键结构参数的选定 ,将影响到喷油器 乃至整个系统的工作特性 。 在目前的高压共轨系统中 ,应用最广的喷油 器是电磁铁控制的高压共轨喷油器 ,典型代表是 Bo sch 和 Denso 公司的产品 。两个公司的喷油器 虽然在具体结构形式上有所不同 ,但工作的原理 和关键 结 构 参 数 的 作 用 是 一 样 的 。本 文 拟 用 AVL 的 Hydsim 软件 , 以日本 Denso 公司的喷油 器为原型进行模拟计算并作试验研究 ,探求喷油 器进出油节流孔孔径 ,孔径比 ,控制活塞直径 ,针 阀密封座面直径 ,调压弹簧预紧力和油嘴喷孔直 径等参数对喷油量特性的影响 ,并着重分析了产 2 计算模型的建立 2 . 1 喷油器结构及工作过程 共轨喷油器的结构如图 1 所示 ,它由上部的 电 磁控制阀 、中部的控制活塞和下部的喷油嘴偶 图 1 喷油器结构  件组成 。当电磁铁通电时 ,控制阀在电磁力作用 下克服弹簧力而开启 ,出油节流孔打开 。由于油 液流动 ,通过进油节流孔后的压力损失致使控制 室压力下降 ,此时作用在针阀承压环带上的压力 没有变 。当针阀上受到的液压力大于控制活塞所 受液压力与调压弹簧力之和时 ,针阀开启 ,喷油器 开始喷油 。当电磁铁断电时 ,控制阀在弹簧力作 用下落座 ,出油节流孔被关闭 。此时 ,共轨中的高 压燃油通过进油节流孔继续进入控制室 ,控制室 压力升高等于进油压力 ,而由于控制活塞的面积 大于油嘴针阀承压面积 ,则在控制活塞上端的液 压力和调压弹簧力的共同作用下 ,油嘴针阀关闭 , 喷油器进而断油 。 可见 ,共轨喷油器是通过控制电磁铁的通电 时刻来控制喷油始点 ;在相同结构参数下 ,电磁铁 通电时间的长短 (对应控制脉宽的大小) 决定了喷 油量的大小 。而油嘴针阀的运动速度以及由此造 成的喷油器的响应 、喷油规律等 ,又与由结构参数 决定的喷油器液力特性相关 。因此 ,通过计算机 仿真来研究喷油器的结构参数对喷油量特性的影 响就有着特别重要的意义 。 2 . 2 计算模型 AVL 的 Hydsim 软件是一个液力模拟计算软 件 ,尤其适合于柴油机燃油系统的模拟计算 。在建 模时 ,首先要将对象按要求分解成管道 、容积 、节流 孔 、活塞 、阀 、弹簧 、电磁铁等基本元件 ,再加上针 阀 、油嘴等专用元件以及有关边界 ,按相互之间的 关系 ,通过液力 、机械及特殊方式联结 ,形成模型 。 然后须对各元件及边界进行参数设置 。本研究所涉 及的高压共轨喷油器的 Hydsim 模型如图 2 所示 。 在模拟计算中 ,作如下假设 : 1) 在喷油过程中 ,燃油的温度保持不变 ; 2) 不考虑各部件的弹性变形 ; 3) 假设喷油器在工作过程中共轨压力 、汽缸 压力为恒定值 ; 4) 仅考虑控制活塞偶件 、控制阀偶件及油嘴 偶件的泄漏 。 模拟计算的基本方程可用粘性流体一维不稳 定流动方程来表示 。 图 2 高压共轨喷油器模拟计算模型 燃油压缩性方程 : d p = - E d V ; V Cdπd2 Δ P ΔP 2 2 流量方程 : Q = Cd A = ; ρ 4 ρ d2 x 受力平衡方程 : m = F2 , d2 t 式中 :ρ为燃油密度 , u 为燃油流速 , p 为压力 ,μ 为燃油动力粘度 , F1 为作用在受控流体上的流动