共轨喷油器参数对喷油规律影响的仿真研究
共轨喷油器结构参数的分析研究
书山有路勤为径;学海无涯苦作舟
共轨喷油器结构参数的分析研究
共轨喷油器结构参数的分析研究
根据共轨喷油器各部分的液力特性,利用AMESim仿真软件建模,将其
分为容器类、压力驱动阀类、流道类和短管类。
为了验证模型的准确性,将仿真计算数据与试验数据进行了比较,结果表明,仿真模型的搭建合理,在此基础上分析了喷油器不同结构参数对喷射规律的影响。
1)控制室进
油孔直径(din)和出油孔直径(din)对燃油喷射性能有重要的影响,不
同的孔径比对应不同的流量比,不同的流量比会使针阀的开启和关闭速率不同,导致不同的喷油规律。
2)控制活塞直径的变化会影响针阀开启和
关闭的时间,随着直径的增加,针阀的开启速度和关闭速度降低,喷油始点延迟,喷油终点提前。
3)不同的针阀弹簧的预紧力也会对喷油量产生
影响。
在较大的预紧力下,喷油始点延迟,喷油终点提前,喷油量减少。
4)不同控制活塞的刚度对喷油规律有一定影响。
为了获得理想的燃油的
喷射规律,要尽可能提高针阀刚度,减少因针阀变形引起的压力波动。
5)在保证所需流通面积的前提下应尽可能减小针阀升程。
6)控制室容积过大或过小对系统都有不利影响:过小则针阀打开过早,喷油速率在最大值持续时间长,对针阀最大升程有所限制;过大则系统反映慢,且喷油速率不能达到最大值,使柴油机性能变坏。
因此,在保证针阀开启的情况下应尽可能地减小控制室的容积,来提高针阀的响应速度。
专注下一代成长,为了孩子。
柴油机共轨式燃油系统及电控喷油器的仿真研究的开题报告
柴油机共轨式燃油系统及电控喷油器的仿真研究的开题报告一、研究背景及意义随着车辆的不断发展,柴油机已经成为了现代交通运输、工业生产中的主力之一。
柴油机燃料系统的优化已经成为了汽车发展的核心内容之一。
目前主流的柴油机燃油系统有两种,一种是直喷式燃油系统,另一种则是共轨式燃油系统。
共轨是一种高压油路系统,能够采用多次喷射技术提高柴油发动机的燃烧效率,从而大大降低机组燃油消耗,降低了油耗和污染物排放,并且很好地解决了汽车因高纬度、低温不能正常启动的问题。
电控喷油器则是目前最为先进的喷油技术,可以实现精确的油量控制,充分发挥共轨式燃油系统的优势。
因此,对共轨式燃油系统及电控喷油器进行深入研究,对提高柴油机效率、降低油耗、减少排放具有重要意义。
二、研究内容与方法本文将围绕共轨式燃油系统及电控喷油器进行仿真研究,重点研究以下几个方面:1.共轨式燃油系统的结构和工作原理;2.电控喷油器的结构和工作原理;3.燃油喷射特性和柴油机性能参数的仿真模拟;4.喷油量与燃烧效率的关系,对油耗和排放的影响。
本文将采用如下研究方法:1.了解国内外柴油机共轨技术的发展现状;2.采用仿真软件对柴油机共轨燃油系统及电控喷油器进行仿真;3.对仿真结果进行分析,得出共轨式燃油系统及电控喷油器的最优工作参数;4.对柴油机的油耗和排放进行评估。
三、预期成果通过本文研究,我们将能够深入了解柴油机共轨式燃油系统及电控喷油器的工作原理和特点,发现共轨式燃油系统的优势在于能够降低柴油机的油耗和污染物排放,并且可以实现多次喷射,提高燃烧效率,从而提高柴油机的性能。
我们将通过仿真模拟,得出共轨式燃油系统及电控喷油器的最优工作参数,为柴油机的研发提供参考,并且为下一步进一步优化燃油系统提供良好的基础研究。
高压共轨系统喷油器仿真研究工作阶段总结
北京交通大学高压共轨系统喷油器仿真研究工作阶段总结专业名称:动力机械及工程导师:李国岫教授学生姓名:徐阳杰学号:082230822012年1月4日目录一、研究背景及意义 (1)二、高压共轨系统的变参数研究现状 (2)2.1共轨系统结构参数影响的研究概况 (2)2.1.1高压油泵参数的影响 (2)2.1.2共轨参数的影响 (3)2.1.3喷油器参数的影响 (5)2.2共轨系统控制参数影响的研究概况 (8)2.2.1喷油器喷油时刻和高压油泵泵油时刻间隔大小的影响 (8)2.2.2喷油器电磁阀的开启脉宽对共轨内压力波动的影响 (9)2.2.3喷油器电磁阀的开启脉宽对喷射特性的影响 (11)三、主要研究内容 (12)3.1高压共轨喷油器仿真模型和控制模型的建立及试验台搭建 (13)3.2结构参数对共轨喷油器喷射性能的影响规律研究 (13)3.3高压共轨喷油器控制参数对喷射性能的影响 (13)四、技术路线 (14)五、预期目标 (15)六、现阶段已完成工作 (15)6.1 完成文献综述 (15)6.2 初步学习掌握Hydsim软件 (16)6.2.1 HYDSIM仿真软件简介 (16)6.2.2 HYDSIM系统仿真喷油器模型的建立 (16)6.3 建立高压共轨系统闭环控制模型 (24)6.3.1 带有闭环控制的共轨系统仿真模型 (24)6.3.2 Simulink控制模型的原理与嵌入方法 (24)6.4根据研究内容修改高压共轨系统的仿真模型 (30)6.4.1 无控制的喷油器仿真模型 (30)6.4.2 含有共轨组件和轨压控制后的仿真模型 (31)6.4.3 高压油泵取代边界条件后的仿真模型 (32)6.4.4 目前采用的仿真模型中存在的问题和不足 (37)七、已完成进度和预计安排 (37)一、研究背景及意义柴油机电控高压共轨燃油喷射技术作为内燃机行业公认的20世纪三大突破之一,在实际的研究与应用中越来越显示出在减轻环境污染、节约能源及柴油机智能化等方面有着突出的技术优势、独特的产业优势和巨大的社会效益,被行业普遍认为是最具发展前途的柴油机电控技术。
高压共轨喷油器喷射特性实验与仿真
收稿日期:2010—02—03修回日期:2010—03—05 t国家自然科学基金资助项目(51076014)和河北省教育厅科研计划资助项目(Z2009465) 作者简介:苏海峰,博士生,石家庄职业技术学院高级工程师,主要从事高压共轨系统开发研究,E-mail:suhfl23@sina.com
万方数据
时,tm比£ET短,图5所示,说明此时针阀升程小,t。。。
械行程上止点前。 2.2针阀开启、关闭特性 针阀开启延迟t。。。、针阀关闭延迟t。。。、喷油持 续期tlTL与喷油脉宽和轨压的依赖关系如图5所示。 针阀开启延迟tNOD是喷油率测试仪压力腔中压力升 高时刻与共轨喷油器线圈驱动电流上升时刻的时间 差。针阀开启延迟随轨压升高而轻微降低。轨压一 定,针阀开启延迟基本不随喷油脉宽变化一1。 针阀关闭延迟tNCD是驱动电流关闭时刻与喷射 结束时刻的时间间隔。在每个压力下,针阀关闭延 迟tNCD在较宽的喷油脉宽£。,范围内呈现线性增加的 趋势。可表示为
By pressure pressure
an
integrated numerical—experimental approach,the injection characteristics of rail solenoid injector
were
a
production high include rail
为
tlTL=2tET—bl
(3)
闭延迟减小。 喷油率随喷油脉宽变化的特性曲线如图3b所 示。在轨压一定时,随喷油脉宽增加,喷油率最大值 增大而后保持不变,喷射初期喷油率上升斜率和末 期下降的斜率不变,上升和保持阶段的瞬态喷油率 曲线基本重合。 喷射结束后的喷油率波动现象是由于EFS喷 油率测试仪的压电传感器座和喷油器喷嘴适配器处 的压力波反射造成的。 最大喷油率随轨压、喷油脉宽变化的特性曲线 如图4所示。最大喷油率随轨压增大而不断增加, 轨压升高时,出现喷油率最大值的最小喷油脉宽减 小,一定轨压下,出现喷油率最大值后,喷油率最大 值曲线出现转折点,喷油脉宽继续增加时,喷油率最 大值曲线斜率降为零。出现喷油率最大值的最小喷 油脉宽(140 MPa时为1.2 ms,图4)小于针阀能够 到达机械上止点的最小喷油脉宽(140 MPa时为
高压共轨燃油系统循环喷油量波动特性研究
高压共轨燃油系统循环喷油量波动特性研究一、本文概述随着汽车工业的快速发展,燃油系统的性能对发动机的整体性能起着至关重要的作用。
高压共轨燃油系统作为现代柴油发动机的核心技术之一,其喷油量的精确控制对于提高发动机的动力性、经济性和排放性能具有显著影响。
然而,在实际运行过程中,循环喷油量的波动问题一直是困扰工程师们的难题。
因此,本文旨在深入研究高压共轨燃油系统循环喷油量的波动特性,以期为优化燃油系统设计和提高发动机性能提供理论支持和实际应用指导。
本文将首先介绍高压共轨燃油系统的基本工作原理和喷油量控制方法,为后续研究奠定基础。
随后,通过对循环喷油量波动现象的分析,探讨其产生的原因和影响因素。
在此基础上,利用先进的测试手段和数据分析方法,对循环喷油量波动特性进行定量研究,揭示其变化规律。
结合理论分析和实验结果,提出降低循环喷油量波动的有效措施,为高压共轨燃油系统的进一步优化提供参考。
通过本文的研究,有望为高压共轨燃油系统的设计和优化提供新的思路和方法,推动柴油发动机技术的持续进步,为实现汽车工业的可持续发展做出贡献。
二、喷油量波动特性分析喷油量的波动特性是高压共轨燃油系统性能的关键指标之一,它直接影响到发动机的动力性、经济性和排放性能。
为了深入了解喷油量波动特性,本研究采用了一系列实验和仿真手段,对喷油量在各种工况下的波动情况进行了详细的分析。
我们通过实验测定了不同转速、不同负荷下喷油量的实际波动数据。
实验结果显示,喷油量的波动随着转速和负荷的增加而增大。
这主要是因为在高转速和高负荷工况下,燃油系统的压力波动和喷油器的工作状态更容易受到外部因素的干扰,从而导致喷油量的不稳定。
为了进一步揭示喷油量波动的内在机理,我们还建立了高压共轨燃油系统的仿真模型。
通过仿真分析,我们发现喷油量的波动主要受到燃油压力波动、喷油器结构参数以及控制策略等多种因素的影响。
其中,燃油压力波动是最主要的因素之一。
当燃油压力发生波动时,喷油器的喷油量也会相应地发生变化,从而导致喷油量的不稳定。
高压共轨喷油器电磁系统对喷油规律的影响
i e o t  ̄efnr e i a.
Ke o d Hihp es r o yw r s g rsu ecmmo alIjco , l to g ei ss m,net nr t i nr i n etr E e r ma n t t Ijci ae , c cy e o 律 具有重 要意 义 。为此 . 文针 对 国产 S V车用 高 本 U 压共 轨直 喷柴油机 ,以试 验和仿 真计算分 析相结合
GT- UE n - OWER s f r e aa ey a c r c n ain l y o e smu a in mo e a e n p o e y rg F L a d GT P o t e s p r t l, c u a y a d rt ai ft i lt d lh d b e r v d b wa o t h o i
动 机性 能 的影 响 。结果 表 明 , 电磁 阀铁 芯 弹 簧 刚度 对 喷 油 规 律没 有 影 响 . 其 质 量影 响 针 阀 落座 响 应 时 间 : 当减 小 但 适
高压共轨系统结构参数对喷油规律影响的研究
2 高压共轨 喷油 系统仿真及试验验证
2 . 1 高压 共轨 喷油 系统 电控 喷油器 仿真 模型
g
电控 喷油 器根 据 E C U发 出 的控制 信号 控 制 电磁 阀的开启和关 闭 , 将高 压油 轨 中的燃 油 以最 佳 喷油定 时 、 喷油量 和喷油 率 喷入柴 油机 的燃 烧 室 。高压共 轨系统 电控喷油 器 的主要 结构 如 图 2
or f t h e ma t c h i n g o f h i g h - p r e s s u r e c o mmo n r a i l f u e l s y s t e m t o h i g h p o we r d e n s i t y d i e s e l e n g i n e .
s y s t e m i s bu i l t t o p e r f o r m t e s t f o r s i mu l a t i o n mo d e l v e if r i c a t i o n. By me a ns o f o r t ho g o n l a d e s i g n o f e x p e r i me n t c o m—
K e y w o r d s :h i g h p r e s s u r e c o mmo n r a i l s y s t e m;f u e l i n j e c t i o n l a w;s t r u c t u r a l p a r a me t e r s ;o r t h o g o n a l
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喷油 规律 的影 响 , 为 高压 共 轨 喷 油 系 统 的设 计 和 与
高压共轨柴油机循环喷油量预测模型仿真研究
第41卷第11期2020年11月哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Journal of Harbin Engineering UniversityVol.41ɴ.11Nov.2020高压共轨柴油机循环喷油量预测模型仿真研究费红姿,屈超,魏云鹏,李瑞良(哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘㊀要:在能源和环境的双重压力下,实现高压共轨系统循环喷油量的精确控制至关重要,但是目前仍缺少实现方法和相应的预测模型㊂本文提出了一种基于轨压降的循环喷油量预测模型建立方法,揭示了瞬时轨压的特征参数与喷油量之间的关系,应用高压共轨系统AMESim 仿真模型,进行了不同喷射脉宽下的预测模型参数辨识和验证,并采用分段预测模型的方法进一步提高了模型精度㊂在8个喷油脉宽下的模型预测准确度在80%以上,优化后,预测模型的均方根误差由6.75mg 降低到3.63mg ;平均准确度由91.35%提高到96.33%㊂该预测模型对高效㊁精确灵活的燃油喷射控制具有重要的应用价值㊂关键词:高压共轨;循环喷油量;预测模型;轨压降;瞬时轨压;参数辨识;分段预测;AMESim DOI :10.11990/jheu.201910056网络出版地址:http :// /kcms /detail /23.1390.u.20201112.1117.006.html 中图分类号:TK428㊀文献标志码:A㊀文章编号:1006-7043(2020)11-1651-06Simulation research on the prediction model of cyclic fuel-injectionquantity for high-pressure common rail diesel enginesFEI Hongzi,QU Chao,WEI Yunpeng,LI Ruiliang(College of Power and Energy Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China)Abstract :Under the dual pressure of energy and environment,it is very important to realize the accurate control of fuel-injection quantity in a high-pressure common rail system,which currently lacks a realization method and a pre-diction model.In this study,a method of establishing a cyclic fuel-injection quantity prediction model based on rail pressure drop is proposed.The relationship between the characteristic parameters of instantaneous rail pressure and fuel-injection quantity is revealed.The AMESim simulation model of a high-pressure common rail system is used to identify and verify the parameters of the prediction model under different injection-pulse widths.The segmented prediction model method is used to further improve the accuracy of the model.After optimization,the root-mean-squared error of the prediction model is reduced from 6.75to 3.63mg,and average accuracy is increased from 91.35%to 96.33%.The prediction model has an important application value for high-efficiency,accurate,and flexible fuel-injection control.Keywords :high-pressure common rail;cyclic fuel-injection quantity;prediction model;rail pressure drop;instan-taneous rail pressure;parameter identification;segment prediction;AMESim收稿日期:2019-10-23.网络出版日期:2020-11-12.基金项目:国家自然科学基金项目(51879059).作者简介:费红姿,女,教授,博士生导师.通信作者:费红姿,E-mail:fhz@.㊀㊀燃油系统的高压共轨技术凭借更高的燃油喷射压力㊁更快的响应速度以及更加灵活的燃油喷射策略为发动机满足技术需求㊁实现绿色船用动力提供了有力支撑[1-2]㊂然而目前的高压共轨系统对于喷油量控制的精确程度并不能满足日益提高的技术需求㊂为此学者们提出了不同的解决方法,但是基于缸压模型的燃油控制方法需要面对预测精度和传感器等问题,而基于燃油系统压力的喷油控制方案更具可行性㊂目前急需建立基于燃油系统压力的喷油量精确控制实时预测模型[3]㊂A.E.Catania 等[4]在研究中发现,压力波动在沿喷油器㊁高压油管向共轨传播期间会受到燃油系统内机㊁电㊁液耦合的影响,使得能够反映燃油喷射过程的波形产生变化;Schmid 等[5]和Y.Shinohara 等[6]直接在喷油器内部安装了体积流量传感器和压力传感器来监测喷油情况㊂直接在喷油器内部,尤其是盛油槽部位安装传感器可以最大限度的避免燃油系统对压力波形的影响,较哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第41卷为直接地反映喷油情况;Catania等[7]通过燃油系统的结构参数计算燃油系统主频,以分析喷油器入口处的压力波动,但是没有研究燃油系统不同位置的压力波动及压力波传递时的演化情况;Boudy等[8]和Han等[9]研究了不同的燃油物理性质对共轨内压力波传递和单次喷射喷油量的影响,但也同样没有对压力波传递时的演化特性进行研究;苏海峰等[10]通过实验测量共轨和喷油器入口的压力,总结了压力波对连续喷射的燃油喷射量波动的影响规律;白云等[11]通过建立高压共轨喷油器功率键合图数值模拟进行模拟实验进而建立了循环喷油量波动回归模型㊂上述研究表明,压力波动与实时喷油量信息密切相关,现有仿真模型虽然精度高,但计算速度慢,实时性差,无法实现发动机运行时在线实时输出喷油量计算结果,无法用于实时控制㊂因而需要建立以轨压变化为判断依据实时计算喷油量的数学模型,用于系统的实时控制㊂本文通过建立高压共轨柴油机的AMESim仿真模型,模拟不同工况下的喷油过程,研究了喷油量预测模型构建和模型参数辨识方法,在此基础上对预测模型进行了优化,从而可以根据轨压的变化实时预测喷油量㊂1㊀高压共轨系统仿真模型建立高压共轨系统由高压油泵㊁共轨管㊁高压油管㊁喷油器组成㊂本文针对某型高压共轨系统建立了AMESim仿真模型,其基本技术参数如表1所示㊂图1分别为高压油泵㊁喷油器和共轨管的仿真模型㊂表1㊀高压共轨系统基本技术参数Table1㊀Basic technical parameters of simulation model零件名称参数数值高压油泵高压油管喷油器柱塞直径/mm6凸轮升程/mm9内径/mm3长度/mm630电磁阀升程/mm0.08回油节流孔直径/mm0.24进油节流孔直径/mm0.27数目/个4针阀升程/mm0.25喷孔数/个7喷孔直径/mm0.15㊀㊀为了验证AMESim仿真模型的准确性,在轨压为40㊁100㊁160MPa时,喷油脉宽为0.18~2.48ms 的工况下,将实验数据与仿真数据进行对比分析,如图2所示㊂图1㊀AMESim仿真模型Fig.1㊀AMESim simulation model㊃2561㊃第11期费红姿,等:高压共轨柴油机循环喷油量预测模型仿真研究图2㊀不同工况下实验与仿真数据对比Fig.2㊀Data comparison of simulation and experiment atdifferent work condition㊀㊀从图2中可以看出,3个轨压下的仿真曲线与实验值曲线总体变化趋势一致㊂在160㊁100MPa 轨压下,实验与仿真数据误差较小;40MPa 轨压下,在1~2.25ms 有一定的偏差,最大偏差为9%㊂高压共轨仿真模型与实际系统吻合度高,可以应用该模型进行研究㊂2㊀基于瞬时轨压的喷油量预测模型2.1㊀喷油量与轨压之间的关系共轨管的燃油压力波动反映喷油量信息,图3为在轨压为60MPa,脉宽为1.8ms 时,柴油机的4个喷油器4次喷油下的压力和喷油率波形㊂图中可以看出,首先燃油在高压油泵凸轮轴作用下被柱塞压缩进入共轨管,引起共轨管轨压上升,当柱塞达到上止点(即供油终点)时,停止供油;此时轨压停止升高,在内部泄漏和脉动作用下,维持一定轨压波动;然后ECU 控制喷油器中的针阀开启,在一定喷油脉宽作用下,将高压燃油由喷油器喷入气缸,引起轨压快速下降,直至电磁阀关闭,针阀回位,喷油结束;轨压停止下降,在内部泄漏和脉动作用下,维持一定轨压波动,如此循环往复运行㊂图3㊀柴油机一个工作循环的压力波动和喷油率Fig.3㊀Instantaneous pressure signal and injection rate inone working cycle of diesel engine从图3可以看出,在喷油时间内(虚线内),轨压快速下降,因此如何应用轨压变化信息准确反映喷油量信息是本文研究的主要内容㊂2.2㊀喷油量预测模型建立为了建立轨压波动与喷油量之间的关系,首先给出共轨管的燃油连续运动方程:d p d t =EV(Q pump -Q inj -Q leak )(1)式中:Q pump 为高压油泵供进入共轨管的燃油体积流量;Q inj 为喷油器的喷油率;Q leakinj 为喷油器的燃油泄漏量㊂E 为体积弹性模量;V 为共轨管控制容积;p 为共轨管内的瞬时压力㊂其中喷油器的燃油泄漏量Q leakinj 可表示为:Q leak =(0.1+C leak )Q inj (2)式中:C leak 为系数项,可由实验获得㊂在喷油过程中,供油量Q pump 可以认为是零,并将式(2)代入式(1)可得:d p d t =-EV(1.1+C leakInj )Q inj (3)式中:共轨管控制容积V 可以表示为:V =V CRP +V HPP1+V HPP2+V HPC +V CRC =Vᶄ+V CRC (4)式中:V CRP 为共轨管容积;V HPP1为高压油泵与共轨管连接的高压油管总容积;V HPP2为喷油器与共轨管连接的高压油管总容积;V HPC 为喷油器与高压油管连接的高压连接器总容积;V CRC 为共轨控制容积补偿量㊂V CRP ㊁V HPP1㊁V HPP2和V HPC 可以根据实际系统结构得到㊂由于燃油在高压下会造成共轨管及高压油管形变,因此V CRC 与压力有关[12]:V CRC =C 1+C 2P (5)式中:C 1和C 2为系数;P 为共轨管的平均压力㊂通常情况下,根据燃油弹性模量的经验公式,E 与P 相关,可由下式确定[13]:E =1.2ˑ104(1+0.001P )(6)㊀㊀将式(4)~(6)代入式(3),得到:Q Inj =-d pd t Vᶄ+C 1+C 2P 12000(1.1+C leakInj )(1+0.001P )(7)㊀㊀式(7)表明,在设定平均轨压㊁喷射脉宽情况下,C 1和C 2为待定常数,喷油率主要与在喷油期间内的瞬时轨压变化相关㊂由于每次喷油脉宽为非常短,忽略喷油期间轨压的变化过程,在喷油时间内Δt ,平均喷油率Q inj 为:Q inj =ΔpΔt ㊃Vᶄ+C 1+C 2P 12000(1.1+C leakInj )(1+0.001P )(8)㊀㊀则燃油系统单次喷油量V inj 为:㊃3561㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第41卷V inj=ΔpVᶄ+C 1+C 2P12000(1.1+C leakInj )(1+0.001P )(9)式中:Δp ʈ-d p 表示瞬时轨压变化,在此定义为轨压降㊂式(9)为瞬时轨压与喷油量之间的数学关系,亦即根据轨压的变化,利用此模型可以实时预测高压共轨系统的喷油量㊂在模型中,有两个待定的参数C 1㊁C 2㊂本文基于AMESim 仿真模型,在不同的工况下,对高压共轨系统进行了仿真研究,辨识模型待定参数,从而得到不同工况下基于瞬时压力的喷油量预测模型㊂2.3㊀波形特征参数的处理轨压降Δp 是预测模型中的关键参数,它的数值直接影响预测模型的准确度㊂图4为1#喷油器喷射过程的轨压波形在一个喷油周期内,可以将压力变化过程定义为压升段㊁波峰段㊁压降段和波谷段㊂轨压降Δp 代表在压降段轨压的变化㊂由于压力高频波动,影响轨压降Δp 的取值㊂为此,将该波形进行小波去噪,得到平滑的反应压力变化的波形曲线㊂将小波分解后压力曲线的波峰段较为平滑的部分与波谷段的差值记为Δp㊂图4㊀1#喷油器喷射过程的压力波动Fig.4㊀Instantaneous pressure signal in 1#injector2.4㊀模型特征参数辨识图5为在0.8ms 喷射脉宽下,不同轨压下的轨压降与喷油量对比㊂从仿真数据可以看出,在同一喷射脉宽下,喷油量与轨压降变化规律一致性较好,因此,根据预测模型式(9),本文建立了不同脉宽下的预测模型㊂以喷油脉宽为0.8ms 的情况为例㊂固定喷油脉宽为0.8ms,设定轨压从40MPa 变化到140MPa,对高压共轨系统进行仿真,得到不同轨压下对应的喷油量V inj ,同时计算对应的轨压降Δp ,如表2所示㊂根据实验数据,得到C leakInj 为0.035㊂将上述数据代入预测模型式(9)中,辨识出一系列待定系数C 1和C 2,然后求平均值,得到该脉宽下的预测模型㊂图5㊀不同轨压下的轨压降与喷油量对比Fig.5㊀Pressure decline and injection volume with differ-ent the pressure of fuel表2㊀0.8ms 脉宽下仿真参数Table 2㊀Parameter values at 0.8ms the injection pulsewidth轨压/MPaΔp /MPa V inj /mg C 1C 24013.053 6.345014.1728.12-42092.45 2.446015.5399.72-41833.341.927016.4089.92-40898.130.368018.79311.46-41307.110.959018.45111.54-41534.211.2310019.06812.68-42158.71 1.9211021.37014.60-41656.191.4212022.46116.18-42336.31 2.0413022.83317.78-43255.452.8014024.16019.54-42254.04 2.04平均值-41932.591.71㊀㊀喷油脉宽为0.8ms 时的预测模型为:V inj =Δp Vᶄ-41932.59+1.71p13620+13.62p(10)㊀㊀图6为根据预测模型得到的喷油量预测值与仿真数据的对比曲线,可以看出,预测模型的预测值和仿真值变化基本一致㊂通过模拟仿真得到不同脉宽下的V inj ㊁Δp ㊂按照上述方法,辨识出不同喷油脉宽下C 1㊁C 2值,从而得到基于轨压波动的不同脉宽下喷油量的预测模型,如图7所示㊂从图7中可以看出,基于本文提出的预测模型可以较准确的预测出不同脉宽下的喷油量,在0.6㊁0.8㊁1.0和1.2ms 小脉宽下,预测值准确度较高,喷油脉宽大于1.4ms 时预测值与仿真值趋势一致,有一定误差㊂3㊀预测模型误差分析与优化3.1㊀预测模型误差分析图8所示为预测模型误差随脉宽㊁轨压变化的㊃4561㊃第11期费红姿,等:高压共轨柴油机循环喷油量预测模型仿真研究图6㊀喷油量预测值与仿真数据对比Fig.6㊀Comparison of predictive injection volume andsimulationdata图7㊀各工况点的预测值与仿真值对比Fig.7㊀Comparison of predicted values and simulated val-ues of each operating point曲线㊂在喷油脉宽为0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0ms 时,预测模型的均方根误差分别为0.63,0.81,3.22,0.72,4.44,8.53,5.12,6.75mg㊂在小脉宽下预测模型的误差值相对较小,当喷油脉宽超过1.4ms 时,均方根误差较大㊂但是在大脉宽下喷油量也相对增加,因此,定义预测模型精度为准确度Ф:Φ=1-V t -V mV t()ˑ100%(11)式中:V m 为模型的喷油量预测值;V t 为喷油量仿真值㊂在上述喷油脉宽下,计算预测模型的平均准确度,分别为87.65%㊁93.64%㊁88.93%㊁98.18%㊁90.58%㊁80.98%㊁92.20%㊁91.35%,如图9所示㊂预测模型的平均准确度较高,但是个别预测值的准确度并不够高,例如在轨压为40MPa 时,喷油脉宽为1.0ms 的预测值准确度为76.11%㊂图8㊀预测模型的误差Fig.8㊀Error of predictionmodel图9㊀预测模型的准确度Fig.9㊀The accuracy of predicting model3.2㊀预测模型的优化从图9各工况点的预测值与仿真值对比曲线中,可以看到低轨压与高轨压呈现出不同的变化规律,导致了预测值在部分工况点出现较大的偏差,这种现象在脉宽1.0㊁1.4㊁1.8和2.0ms 时更为明显㊂为了进一步提高预测模型的精度,采用分段优化的方法,即将预测模型参数分成2段,低压段40MPa 到90MPa,超过90MPa 为高压段㊂对喷油脉宽为2.0ms 时的预测模型进行了分段优化,结果如图10所示㊂从图中可以看出,优化后低压部分的预测模型误差明显减小,优化后预测模型的均方根误差由6.75mg 降低到3.63mg;平均准确度由91.35%提高到㊃5561㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第41卷96.33%㊂利用同样的方法对其他工况下的预测模型进行优化㊂图10㊀优化前后的对比曲线Fig.10㊀Comparison curves before and after optimization4㊀结论1)通过分析瞬时燃油压力与喷油率之间的变化关系,提出了基于燃油压力波动动态规律建立喷油量预测模型的方法㊂基于共轨管的燃油连续运动方程,通过简化影响喷油量的共轨管控制容积表达式,得到了在喷油时间内,循环喷油量预测线性数学模型㊂2)应用高压共轨系统仿真模型,模拟不同工况点下的喷射过程,根据同一喷油脉宽下轨压的变化对预测模型参数进行了辨识,得到了一系列不同喷油脉宽下的喷油量预测模型,该模型可以根据共轨压力的瞬态变化预测不同喷油脉宽下的喷油量㊂3)对预测模型进行误差分析,在8个喷油脉宽下的模型预测准确度在80%以上,平均准确度为90.43%,最小误差值仅为0.007mg㊂为了进一步提高预测模型的精度,采用分段优化的方法,将预测模型参数分成低压段和高压段,优化后低压部分的预测模型误差明显减小,优化后,预测模型的均方根误差由6.75mg 降低到3.63mg;平均准确度由91.35%提高到96.33%㊂参考文献:[1]MOHAMMADPOUR J,FRANCHEK M,GRIGORIADISK.A survey on diagnostics methods for automotive engines [C]//Proceedings of 2011American Control Conference.San Francisco,CA,USA,2011:985-990.[2]ZHANG Qiang,LI Na,LI bustion and emis-sion characteristics of an electronically-controlled common-rail dual-fuel engine [J].Journal of the energy institute,2016,89(4):766-781.[3]LINO P,MAIONE G,SAPONARO F.Fractional-ordermodeling of high-pressure fluid-dynamic flows:an automo-tive application [J].IFAC-PapersOnline,2015,48(1):382-387.[4]CATANIA A E,FERRARI A,MANNO M,et al.Experi-mental investigation of dynamics effects on multiple-injec-tion common rail system performance[J].Journal of engi-neering for gas turbines and power,2008,130(3):032806.[5]SCHMID U,KRÖTZ G,SCHMITT-LANDSIEDEL D.Avolumetric flow sensor for automotive injection systems[J].Journal of micromechanics and microengineering,2008,18(4):045006.[6]SHINOHARA Y,TAKEUCHI K,HERRMANN O E,et al.3000bar common rail system [J].MTZ worldwide eMagazine,2011,72(1):4-9.[7]CATANIA A E,FERRARI A,MANNO M.Developmentand application of a complete multijet common-rail injec-tion-system mathematical model for hydrodynamic analysis and diagnostics[J].Journal of engineering for gas turbines and power,2008,130(6):062809.[8]BOUDY F,SEERS P.Impact of physical properties ofbiodiesel on the injection process in a common-rail direct injection system[J].Energy conversion and management,2009,50(12):2905-2912.[9]HAN Dong,LI Ke,DUAN Yaozong,et al.Numericalstudy on fuel physical effects on the split injection processes on a common rail 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[J ].Applied mathematical modelling,2007,31(9):1770-1784.本文引用格式:费红姿,屈超,魏云鹏,等.高压共轨柴油机循环喷油量预测模型仿真研究[J].哈尔滨工程大学学报,2020,41(11):1651-1656.FEI Hongzi,QU Chao,WEI Yunpeng,et al.Simulation research on the prediction model of cyclic fuel-injection quantity for high -pressure common rail diesel engines[J].Journal of Harbin Engineering University,2020,41(11):1651-1656.㊃6561㊃。
高压共轨喷油器预喷影响因素研究
试验方法。
带预喷的工作压力较高@1000baror600bar图1共轨喷油器的工作原理装配参数的影响研究1.2.1电磁阀弹簧预紧力1.2.1.1影响分析陶瓷球受力分析:衔铁施加力和控制腔内的液压力。
F球=F电磁+F液压-F弹簧-G(弹簧+衔铁+陶瓷球零件自身的重量相对于其它力比太小,在以后所有受力分析中均不施加此力。
如果F球增加,衔铁上升速度快,提前。
但是电磁阀弹簧受本身结构尺寸和封液压力影响,52-60N之间变动,占整个力分布10%左右。
1.2.1.2不同电磁阀弹簧预紧力的影响随着电磁阀弹簧力的增加,预喷油量变小。
电磁阀弹簧力变化不同的衔铁升程下,对应的预喷油量的变化量是不同的。
衔铁升程在65-70um,变化量0.2mm3/str左右。
电磁阀弹簧力控制在52-55N。
电磁阀弹簧力:N525558表1电磁阀弹簧力与预喷油量实测数据——————————————————:国家重点研发计划(2016YFD0700805)。
作者简介:陈晓辉(1971-),女,内蒙古通辽人,工程硕士,程师,主要负责共轨和机械喷油器开发、验证工作;海龙(1984-),男,湖南岳阳人,从事共轨系统设计、配标定验证工作;沈彬(1970-),男,江苏徐州人,从事燃油系统、后处理系统的匹配应用工作。
图2PI喷油速率曲线所受液压力,占其3%左右,对预喷影响不太。
但是对低怠速影响较大。
(表3)②不同油嘴弹簧力影响。
实际测试过程中,油嘴弹簧力对预喷无影响。
具体数据见表4。
油嘴弹簧力:N 323640预喷油量:mm 3/str1.721.621.79表4油嘴弹簧力与预喷油量实测数据1.3关键零件的控制参数1.3.1控制阀套A/Z 比和A 孔直径1.3.1.1控制阀A/Z 比和A 孔直径影响分析控制阀A/Z 比决定喷油持续期长短,A/Z 大喷油持续期长,喷油量大,反之喷油量[3]。
陶瓷球抬起后,控制腔内压力降低,降低的速度与A (出孔)的直径、形状和流量系数相关。
基于仿真的喷射背压与高压共轨柴油机喷射规律的研究
基于仿真的喷射背压与高压共轨柴油机喷射规律的研究发布时间:2022-10-24T03:14:23.698Z 来源:《科技新时代》2022年第10期作者:周国创[导读] 本文基于A VL Hydsim软件的仿真计算研究了高压共轨系统中喷射背压对喷油规律的影响周国创柳州菱特动力科技有限公司,广西柳州 545000摘要:本文基于A VL Hydsim软件的仿真计算研究了高压共轨系统中喷射背压对喷油规律的影响,表明:1)喷射背压的升高对喷油规律的影响很小,因为整个系统压力很高,变化的幅度值不超过5%,2)使用A VL Hydsim软件对共轨系统进行模拟计算分析时使用恒定背压数值替代变动背压是可行的。
关键词:喷射背压, 喷射规律, A VL Hydsim软件,仿真1.前言2016年12月23日国家环保部与国家质检总局联合发布了国标GB18352.6-2016《轻型汽车污染物及测量方法(中国第六阶段)》文件,并将全国全面实施该标准的时间定在了2020年7月,该标准被称为史上最严苛排放标准。
为满足该标准,使用高压共轨柴油机替代普通柴油机是一种可行的方案。
高压共轨柴油机供油系统由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管内,通过公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力大小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度 [1],因此具有排放低、噪音小、低速时加速性能好、省油等优点。
电控喷油系器是高压共轨系统中最重要的部件,它的结构参数以及工作性能的好坏,直接影响了整个高压共轨系统的工作性能,从而对发动机的性能产生重要影响。
对于合格的电控喷油器,应该做到:1)高压喷射且喷射压力灵活可控,2)喷射定时可柔性调节,3)喷油率可控(如预喷射和可变喷油规律形状)[2]。
喷油背压即气缸内的压力可以影响电控喷油器喷射时的压差,从而影响到柴油机燃油的雾化情况和贯穿距离。
了解喷射背压对高压共轨喷射规律的影响是当前柴油机研究的一个重要方向。
高压共轨喷油器关键结构参数对喷射性能影响的仿真分析
图 2分别 显示 了其 他参 数不变 情 况下 , 制 室容 积 度 。 控 ( ) 出油孔参 数 的影 响 2进 对 控制 室压 力 、 阀升程 和 喷油速 率 的影 响结 果 。分 别 针
高压共轨 系统 因其 高平 均 有效 喷 射压 力 、 活 自由 的喷 喷油 嘴承压 面 上 的压 力 没 有 变 。 当针 阀 上受 到 的 液压 灵
与 以前传 统 的泵一 管一 嘴系 统相 比较 , 高压 共 轨 系统 将 用下 , 控制 阀迅 速 关 闭 , 用 于控 制 活 塞 顶 面 的 液 压 力 作 能从 高压油泵转移 到了喷油器 上 。所 以高 压共轨 喷油 器
动量方 程 :
dt
+z去) 一 ÷a 塞 一 ∑ f 2 d 一+ J pt - +c 厂
增 刊
高 压 共 轨 喷 油 器 关 键 结 构 参 数 对 喷 射 性 能 影 响 的 仿 真 分 析
燃油 压缩 性方程 : 一一 d
取 4 、 4 8 T 3个 控制 腔容积 。 4 6 、4ml。 l
随着 电磁 阀的开 启 , 制 室 压力 迅 速 下 降 , 阀 响应 迅 控 针
速 , 速 抬 起 ; 着 电磁 阀的 关 闭 , 制 室 压 力 迅 速 升 迅 随 控
高 , 阀迅速 关 闭 , 针 断油 干脆 。但 由于 控制 室 容积 较小 , 电磁 阀关 闭 时产 生 的 压力 波 动 使 控 制 室 内 的压 力 波 动
始 点推 迟将 导致 喷 油 持 续期 缩 短 , 终 使 喷油 量 降低 , 最
即在其他 参数 一定 条件 下 , 油量会 随 控制 腔容 积 的增 喷 大 而减小 。此外 , 当控 制室 容 积 过 大 时 , 油 响应 速 度 喷 降低, 还会 影 响预 喷射 的控制 。 在设 计控 制腔容 积 大小时 , 既要 满 足系 统 的快 速响 应, 又不 能 因选 取 容 积 过小 导 致 针 阀 开启 过 早 , 喷油 率 在最 大值 持续 时间过 长 ; 同时还 不能 因选 取容 积 过 大致
高压共轨喷油器喷射特性实验与仿真
高压共轨喷油器喷射特性实验与仿真高压共轨喷油器是现代柴油发动机的关键部件之一,其喷射特性对发动机的性能和排放有着重要影响。
为了深入了解高压共轨喷油器的喷射特性,本文将通过实验与仿真相结合的方式进行研究。
为了探究高压共轨喷油器的喷射特性,我们设计了一个实验方案。
实验主要材料包括高压共轨喷油器、柴油、流量计、压力传感器、温度传感器和高速摄像机等。
实验方法包括喷射过程观测、压力和温度数据采集以及喷射图像分析等。
实验过程中,我们通过高压油泵将柴油加压至100MPa,然后经由共轨管路输送到喷油器。
喷油器在收到指令后,将柴油喷入燃烧室。
在此过程中,我们利用高速摄像机记录了喷射过程,并使用流量计和压力传感器分别采集了喷油量和压力数据。
同时,通过温度传感器测量了柴油的温度。
通过实验,我们获取了大量关于高压共轨喷油器喷射特性的数据。
在分析这些数据的基础上,我们发现以下规律:喷射速度与压力:喷射速度与共轨压力呈正比关系。
在实验范围内,随着共轨压力的增加,喷射速度也相应加快。
喷射量与喷油器开启时间:喷油器开启时间与喷射量呈正比关系。
在实验范围内,随着喷油器开启时间的延长,喷射量增加。
喷雾形态:高速摄像机拍摄的喷射图像显示,喷油器喷射的柴油呈现圆锥形。
在喷油器针阀打开的瞬间,柴油从针阀出口喷出,形成一股扇形液柱。
液柱随着距离的增加逐渐扩散,最终形成圆锥形的喷雾形态。
高压共轨喷油器的喷射速度和共轨压力成正比,因此可以通过调节共轨压力来控制喷射速度。
喷油器开启时间与喷射量成正比,因此可以通过调节喷油器开启时间来控制喷射量。
柴油从高压共轨喷油器喷出后,形成的喷雾形态为圆锥形。
这种喷雾形态有利于柴油在燃烧室中快速混合和充分燃烧。
在本次实验研究的基础上,我们可以进一步探讨高压共轨喷油器的其他喷射特性,例如喷射定时、喷油规律等。
这些特性对于发动机的性能和排放有着更为重要的影响。
因此,我们计划在未来的研究中,通过对这些特性的深入分析,为高压共轨喷油器的优化设计和发动机性能提升提供更多理论依据和技术支持。
高压共轨喷油器结构参数对喷油量特性影响的研究.
(下转第38页
典型代表是Bosch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
和1. 3ms可以看到,在上述面积比一样时,喷油开始时刻相
图7相同面积比不同活塞直径下的针阀升程曲线
同,但针阀运动速度在活塞直径大时要小,最终导
致喷油量的差异。在控制脉宽较小时,控制活塞直径大的喷油器针阀甚至不能完全打开,造成喷油量差异加大。3. 4调压弹簧预紧力的影响在共轨喷油器中,虽然作用于针阀上的液压力远大于调压弹簧的作用力,但调压弹簧预紧力的变化依然对喷油器的特性产生较为明显的影响。图4(f是在共轨压力100MPa ,不同调压弹簧预紧力下的喷油量特性曲线。从图示曲线可知,当预紧力在合理的范围内变化时,预紧力对特性曲线形态影响不大,但对喷油量有一定的影响。在相同的控制脉宽下,喷油量随预紧力的增大而减小。图8所示的喷油规律显示,随着预紧力的增大, ,从而造。
生影响的原因,供了依据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
第1期(总第109期2003年2月 现代车用动力MODERN V EHICL E POWER
HYDSIM_711_刘少彦_高压共轨系统喷油器设计参数仿真研究
激励单元 电磁接头 共轨管供给燃油球阀泄油节流孔进油节流孔通向喷嘴腔管道控制活塞针阀腔针阀回 油A B控制腔 高压共轨系统喷油器设计参数仿真研究刘少彦 方祖华 平涛,金江善,赵伟,方文超(上海船用柴油机研究所)摘要:利用HYDSIM 软件建立了高压共轨燃油系统的仿真模型,在对该模型试验验证的基础上,分析了控制活塞直径、控制腔进油孔和卸油孔面积比等主要结构参数对针阀运动规律的影响,为喷油器结构参数的优化设计提供了理论依据。
关键词:柴油机 高压共轨 燃油系统 仿真1.前言为了满足日益严格的排放法规和提高燃油经济性,提高喷油压力和全面实现柔性控制功能是燃油喷射系统发展的必然趋势。
高压共轨燃油系统正是顺应这些需求而诞生。
其卓越的性能为柴油机和车辆的性能优化提供了巨大的自由空间,代表了柴油机燃油喷射系统的发展方向。
文章对柴油机高压共轨系统用电控喷油器的主要结构参数进行了研究。
以一维可压缩流体力学和二维多刚体动力为基础,利用HYDSIM 软件,建立了共轨燃油系统的仿真模型。
利用该模型详细讨论了控制活塞直径、控制腔进油孔和卸油孔面积比等主要结构参数对针阀运动的影响。
2. 共轨系统组成研究的共轨系统,具体包括油箱、低压油泵、滤清器、电控高压供油泵、 共轨管、电控喷油器、ECU 和各种传感器。
工作原理如下:低压油泵经燃油滤清器向高压油泵供油,燃油经过高压油泵压缩,然后供给共轨管,通过限压阀可调整共轨管的压力,以保证系统所需燃油压力。
在适当时刻,ECU 驱动电磁阀打开,喷射开始,到达所需喷油量后,电磁阀关闭。
电控喷油器(图1)是共轨系统中最重要最复杂的部件,一把由三部分组成:电磁阀、液力伺服机构和常规喷嘴。
从共轨管来得燃油分为两部分进入电控喷油器,一部分通过进油节流阀进入控制室,另一部分进入喷嘴针阀腔,控制室泄油孔由ECU 控制电磁阀(球阀)控制。
电磁阀打开,控制腔压力迅速降低,针阀抬起,喷射开始。
电磁阀关闭时,控制腔压力迅速恢复,由于控制活塞上大下小,受压下移,压迫针阀关闭。
共轨管压力波动对喷油率影响的仿真研究
( C o l l e g e o f A u t o m o b i l e a n d T r a f f i c E n g i n e e r i n g , N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y , N a n j i n g 2 1 0 0 3 7 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Hi g h p r e s s u r e c o m mo n r a i l f u e l i n j e c t i o n s y s t e m w a s e s t a b l i s h e d b y u s i n g s i m u l a t i o n
2 0 1 3 年第 4 期 第1 9 卷( 总第 1 4 5 期)
共轨管压力波 动对 喷油率影 响的仿真研究
代蒙 蒙 ,张永辉 ( 南京 林业 大 学 汽 车与 交通 工程 学院 ,南京 2 1 0 0 3 7 ) 摘要 利 用仿 真软件 GT — S u i t 构 建 了高压 共轨 燃 油喷 射 系统 的仿 真模 型 ,分析 了不 同长径 比
柴油机 设 计与 制造
D e s i g n&Ma n u f a c t u r e o f D i e s e l E n  ̄ n e
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 1 — 0 6 1 4 . 2 0 1 3 . 0 4 . 0 0 2
s i m u l a t i o n d a t a t h a t f u e l i n j e c t i o n s y s t e m s t a b i l i t y w a s o p t i m l a w h e n t h e c o m m o n r a i l p i p e l e n t g h i s 3 1 0 mm
共轨喷油器关键参数对总成油量的影响分析
1.2控制阀套进出油孔A/Z的影响图2是在轨压为1200bar,流量系数一定的前提下,同出油节流孔A孔与进油节流孔Z孔孔径比(以下简称1.3控制阀套进出油孔孔径的影响除了控制阀套A/Z比变化对喷油量有很大的影响外,在孔径比不变(A/Z=1.2)的情况下,试验结果表明,油量线脉的形态受孔径变化的影响较大,如图3所示。
脉宽为800us左右时,为喷油量变化的转折点。
脉宽<800us时,喷油量受孔径变化的影响很小,小油量范畴所受影响较小,变化趋势不明显,但喷油量随着脉宽的增加上升斜率较图1控制阀套A、Z孔流量对油量的影响图2控制阀套A/Z对线脉的影响1.4控制柱塞直径的影响从图4中可以看出,控制柱塞直径越小,线脉的变化斜率越大、变化趋势越快。
控制柱塞之所以对喷油特性产生如此明显的影响,一个原因是理想状态下,作用在针阀承压面上的液压力不变,当控制柱塞直径变小时,作用在控制柱塞-柱塞升程调整垫片-针阀上的压力变小了,相当于增加了针阀的开启速度。
从而喷油量变大;另一原因是在相同的进、出油节流孔径下,因为小直径柱塞在相同的工作位移所需排出油量体积较小,即控制腔容积较小,从而运动速度较快,针阀开启快,喷油持续期增大,最大喷油速率增大[2],从而喷油量大。
1.5针阀座面直径的影响图5为在其他参数相同的前提下,喷油量受不同针阀座面直径的影响,结果显示,随着针阀座面直径的增加,相同脉宽下的喷油量减小,其原因是控制柱塞直径相同,其承受压力不变,而针阀座面直径变大导致针阀的承压环带面积减小,从而针阀向上的压力变小,而控制柱塞向下的压力不变,从而使得针阀落座运动变快,开启变慢,使得喷油量减小。
由于针阀的开启速度除了受调压弹簧预紧力影响外,主要是由控制柱塞顶部与针阀承压环带上的液压力差决定的,因此,在喷油器设计时,控制柱塞承压面积与针阀承压面积须一起考虑。
成油量线脉的影响依然明显。
图6是轨压为1200bar时,在不同调压弹簧预紧力下的油量曲线对比。
高压共轨柴油机喷油器喷油特性研究
度 ; t 为喷油器的通电时间;Δp 为喷孔前后的压力差.
21 11 1 共轨压力
单个电控喷油器在喷油脉宽一定时 ,共轨压力决
定了喷油量大小. 共轨压力是由共轨调压电磁阀的
图 1 标定实验装置示意图
脉宽大小控制 ,共轨压力波动影响喷油量的大小. 假
Fig. 1 Schematic diagram of t he calibration system
轨压力波动范围为 (30 ±5) M Pa时 , pmax 和 pmin 分别
近似取 35 , 25 M Pa , m pmax = 11 18 m pmin , 最大流量差 的波动为 18 %. 高共轨压力下的喷油一致性比低共
轨压力下的一致性好. 因此 ,喷油一致性应以低共
轨压力下喷油量的误差为主 ,保证最大流量差的波
Abstract : To facilitate t he calibratio n p rocess of elect ro nic2co nt rolled injecto r , a st udy o n t he calibratio n of f uel quantit y and buildup of basic MA P was made. Chief factors affecting f uel injectio n co nsistency and identit y were analyzed. A met ho d for f uel injectio n co nsistency and identit y imp rovement was designed by co nt rolling t he co mmo n rail p ressure fluct uatio n and modif ying t he f uel injectio n p ul se. The initial f uel injectio n MA P was achieved by t he met hod of variable step interpolatio n , t hen t he accuracy of t he basic f uel injectio n MA P was tested. A test o n an engine equipped wit h t he calibrated co mmo n rail elect ric co nt rol injectio n system was carried o ut . The experimental result s p roved t he ratio nalit y of t he initial f uel injectio n MA P. Key words : high p ressure co mmo n rail ; f uel injectio n co nsistency ; f uel injectio n identit y
高压共轨喷油器设计参数对性能影响的研究_林铁坚
引言
喷 油 系统 是 柴油 机 实 现低 排 放、 低 噪 声目 标 的 关 键。 面对严格的法规 ,柴油机喷油系统应满足以下要 求: 1) 高压喷射及喷射压力灵活可控 ; 2) 喷射定时可 柔性调节 ; 3) 可控喷油率 (如预喷射和可变喷油规律 形状 )。 与其它喷射系统相比 ,高压共轨喷油系统自身所 具有的优势 ,使其能够完全满足以上要求。这些优势包 括: 1) 在高压共轨系统中 ,压力形成与油量计量在时 间、位置和功能方面是分开的 ,高压共轨系统在宽广的 转速范围内均能实现高压喷射 ; 2) 喷射定时由执行器 (电磁铁 )的开启决定 ,可完全柔性地控制 ; 3) 通过执 行器的多次动作 ,可实现预喷射或多次喷射 ; 4) 通过 对高压共轨喷油器内部结构参数的调整 ,可形成所需 的喷油规律形状。 目前 ,德国 Bo sch、日本 Denso、英国 Lucas等公司
图 7 电磁阀优化试验结果 (未加共轨油压 ) Fig. 7 Response time of electromagnet
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内 燃 机 学 报 第 19卷第 4期
控制参数进行匹配优化后所得的结果。 在带有衔铁升 程传感器这一惯性质量的条件下 ,总开启响应时间 To1+ To2为 0. 35 m s,总关闭响应时间 Tc1+ T c2为 0. 30 m s。 3. 2 喷油器液力过程分析 以上所讨论的电磁铁的高速响应特性是在未加共
1 FIRCRI高压共轨喷油器工作原理
图 1是 FIRCRI高压共轨喷油器的部分剖面图。 其工作原理是电磁铁未通电时 ,与电磁铁衔铁相连的 平衡控制阀处于关闭状态 ,高压共轨压力通过进油节 流孔作用在液压活塞顶面 ,由于液压活塞顶面面积大 于喷油嘴承压面积 ,加上喷嘴弹簧的作用力 ,使得喷嘴 针阀不能抬起。当电磁铁通电后 ,在电磁力的作用下衔 铁带动平衡阀迅速开启 ,将控制室与回油口连通 ,而高
高压共轨喷油器电磁系统对喷油规律的影响
高压共轨喷油器电磁系统对喷油规律的影响袁方恩;林学东;田维;金一鹤;王磊;刘洪涛【摘要】利用GT-FUEL、GT-POWER软件建立了高压共轨喷射系统和柴油机的仿真模型,并通过发动机台架试验验证了该仿真模型计算结果的准确性和合理性.在此基础上仿真计算分析高压共轨电磁阀参数对喷射规律及发动机性能的影响.结果表明.电磁阀铁芯弹簧刚度对喷油规律没有影响,但其质量影响针阀落座响应时间;适当减小针阀弹簧预紧力或提高电磁力,在不影响针阀落座响应特性的条件下,可提前针阀开启时刻,提高初期喷射速率.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2010(000)007【总页数】5页(P6-10)【关键词】高压共轨;喷油器;电磁系统;喷油规律【作者】袁方恩;林学东;田维;金一鹤;王磊;刘洪涛【作者单位】吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室;吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室;吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室;浙江吉奥汽车有限公司;浙江吉奥汽车有限公司;浙江吉奥汽车有限公司【正文语种】中文【中图分类】U4641 前言低碳经济时代,高效率低排放是车用发动机追求的目标。
为了满足不断严格的节能和排放法规要求,国内外着力研究开发HCCI/PCCI、UNIBUS、MK等新型燃烧模式,以及Diesel-HCCI-Diesel、SI-CI等混合燃烧模式,并取得了重大成效。
但是由于这些燃烧模式的特殊性,在车用发动机上适用的工况范围很有限。
针对使用工况范围宽广的车用发动机,如何在全工况范围实现高效率低排放,仍然是目前所面临的重大课题。
高压共轨喷射系统是伴随着车用发动机电控技术的不断发展和完善,针对节能与低污染的车用发动机理想的燃油喷射系统的要求而开发的新型时间—压力控制式电控燃油喷射系统。
但是,如何配合柴油机直喷式燃烧室优化匹配基于高压共轨电控喷射系统的喷雾特性,对有效控制混合气形成过程,以及缸内混合气速度场、浓度场以及温度场的空间分布特性,由此主动控制燃烧放热规律具有重要意义。
高压共轨式喷油器的无量纲几何参数对喷油规律和喷油特性一致性影响的研究
高压共轨式喷油器的无量纲几何参数对喷油规律和喷油特性一
致性影响的研究
杨洪敏;苏万华;汪洋;李绍安
【期刊名称】《内燃机学报》
【年(卷),期】2000(018)003
【摘要】通过数值模拟方法,发现高压共轨式喷油器针阀液压控制腔的液力过程和作用在针阀上液压力的相互关系,对喷油器的时间响应特性、喷油器供油规律和供油量具有重要影响.在喷油器制造中将表现为喷油定时和喷油量的不一致性.值得指出的是,这种不一致性是无法通过控制软件进行修正的.
【总页数】6页(P244-249)
【作者】杨洪敏;苏万华;汪洋;李绍安
【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;无锡威孚公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK421.4
【相关文献】
1.高压共轨系统结构参数对喷油规律影响的研究 [J], 刘红彬;骆清国;司东亚;张杰
2.压电式喷油器结构参数对喷油特性影响的研究 [J], 武美萍;赵翊;王称心
3.高压共轨柴油机蓄压式喷油器喷嘴内流特性研究 [J], 刘振明;欧阳光耀;安士杰;
常汉宝
4.高压共轨喷油器结构参数对喷油量特性影响的研究 [J], 张建新;施光林;胡林峰
5.高压共轨喷油器设计参数对性能影响的研究 [J], 林铁坚;汪洋;苏万华;谢辉;李绍安;程刚;王小波
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孔径 /mm 总流通面积 /mm2
1
6
0. 210
0. 2077
2
7
0. 195
0. 2089
3
8
0. 180
0. 2035
4
5
0. 210
0. 1731
5
6
0. 190
0. 1700
6
7
0. 175
0. 1683
图 3 喷油规律实验与计算结果对比
2 各结构参数影响分析 [ 9~10 ]
2. 1 喷孔数和孔径对喷油规律的影响 喷油器喷孔是燃油喷入燃烧室的通道 ,在共
于孔径变小导致节流明显 ,喷油率有明显下降 ;且 随着孔数增加和孔径的减少 ,初期喷油速率有一 定提高 。因此 ,在选择喷孔截面积时 ,应根据选定 的高压油轨压力以及柴油机所需最大循环喷油量 的要求 ,结合理论计算结果 、柴油机燃烧室形状以 及试验结果综合确定 。
表 1 喷孔孔数和孔径尺寸设置
编号
孔数
轨压力和喷射持续时间一定的情况下 ,喷孔总截 面积的大小直接决定了循环喷油量的大小 。同 时 ,为了获得更好的喷射雾化效果 ,需要缩小喷孔 直径 ,在要求循环喷油量不变的情况下 ,只能通过 增加喷孔数来达到要求 。因此 ,正确选择喷孔数 和孔径是优化柴油机喷射和燃烧匹配的关键 。
当今中重型车用柴油机从欧 Ⅱ排放标准向欧 Ⅲ排放标准的发展过程中 ,喷油嘴结构趋向于增 加喷孔数 ,减小喷孔直径 ,采用最小的压力室容积 和选用带锥形喷孔结构形状 。喷孔数将从欧 Ⅱ排 放标准时的 5~6孔增加到 6~8 孔 ;喷孔孔径将由 欧 Ⅱ排放标准时的 0. 20~0. 25 mm 缩小到 0. 15~ 0. 20 mm 左右 。并将普遍采用小压力室容积 ,选 用锥形小压力室或无压力室结构 ,以降低 HC和 PM 排放 。压力室和喷孔容积之和一般将控制在 0. 4 mm3 以下 。
喷油速率是单位时间内的喷油量 ,亦称喷油 率 。喷油速率随时间的变化关系 ,称为喷油规律 。 喷油规律直接影响着发动机的燃烧率和放热率 ,
即影响着燃烧和放热的进程 。 大量研究证明 [ 1~2 ] ,对直喷式柴油机喷油规
律的要求是 :先缓后急断油快 。即初期喷入气缸 内的油量要少 ,而中后期的喷油量要急而多 ,即绝 大部分油量在中后期喷入气缸 ,并在最后结束喷 油时要断油快而干净利落 。前期逐步增加的喷油 率可以降低 NOx 和噪声 ,并在喷油定时提前较大 时改善比油耗 ;后期断油迅速可以减少后燃期喷 入的燃油 ,改善排放和降低油耗 。但是必须强调 指出的是 ,不能孤立地评价喷油规律的优劣 ,而应 该与喷雾雾化质量与分布 ,燃烧室内气流运动情 况 ,燃烧室结构型式 ,混合气的形成以及发动机工
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现 代 车 用 动 力 2007年第 4期
的 。另外 ,计算还表明 ,由于针阀升程很小 ,所以 调压弹簧的刚度对喷油规律基本没有影响 。
图 5 不同喷孔流量系数对喷油规律影响
图 6 调压弹簧预紧力 F对喷油率的影响
油量孔之间的关系进行分析 。表 2为满足进油量 孔孔径小于出油量孔孔径的前提下所设计的 9组 不同进出油量孔孔径尺寸设置 。图 8为出油量孔 和进油量孔直径对喷油规律的影响的计算结果 。
由计算发现 ,在满足上述条件情况下 ,进油量孔直 径对喷油规律基本没有影响 ,主要是出油量孔直 径在产生作用 。随着出油量孔直径的不断增大 , 平均喷油率不断提高 ,前期喷油率逐渐变陡 ,但后 期喷油率变化不大 。
37
1. 2 计算结果与实验对比 研究人员在一电控共轨燃油系统试验台上进
行了一组试验 , 试验用电控喷油器喷孔数为 6 个 ,喷孔直径为 Φ0. 19 mm。试验用共轨压力为 135 M Pa。图 3为系统试验结果与计算结果的对 比 ,可见计算所得的结果与实验结果基本吻合 ,实 验结果在喷射完成后的波动则是由于传感器的惯 性所引起的 。
共轨喷油器参数对喷油 规律影响的仿真研究 3
董尧清 ,顾萌君 ,纪丽伟 ,邹 龙
(同济大学 汽车学院 ,上海 201804)
摘要 :针对一台实际的电控共轨中重型车用柴油机 ,以一成熟的高压共轨系统为模型 ,利用先进的液力计算软件 Hydsim 进行模拟计算 ,分析并预测了共轨系统喷油器主要结构参数 ,包括喷孔数 、喷孔直径 、喷油器流量系数 、调压弹簧预紧力 和刚度 、针阀等运动件质量 、进油量孔和出油量孔直径 、油压活塞上方控制腔容积 、喷油背压等对喷油规律的影响 ,为高 压共轨喷油器的设计提供了参考依据 。 关键词 :柴油机 ;高压共轨喷油器 ;喷油规律 中图分类号 : TK421. 4 文献标识码 : A
表 2 进油量孔和出油量孔孔径尺寸设置
编号 进油量孔直径 /mm
1
0. 15
出油量孔直径 /mm 0. 25
2
0. 15
0. 27
3
0. 15
0. 30
4
0. 20
0. 25
5
0. 20
0. 27
6
0. 20
0. 30
7
0. 25
0. 27
8
0. 25
0. 30
9
0. 25
0. 33
2. 4 针阀等运动件质量 图 7为针阀等运动件质量从 5 g到 20 g时其
图 6为调压弹簧预紧力 F 从 80 N 到 200 N 时 ,燃油系统喷油规律的计算结果比较 。从图中 可看出 ,随着预紧力 F 的变大 ,由于启喷压力基 本成线性提高 ,初期喷油速率上升变得缓慢 ,后期 喷油率断油也变得更快 ,且喷油率的峰值降低。 可见 ,预紧力虽然可以使得喷油规律有一定的 “先缓后急 ”趋势 ,但这是以损失喷油压力为代价
S im ula tion Study of Comm on Ra il In jector M a in Param eters Effects on In jection DONG Yao2qing , GU M eng2jun , J I L i2wei , ZOU Long
(Automobile College, Tongji University, Shanghai 201804, China) Abstract: Based on a actual electronically controlled MD /HD common rail truck engine, w ith advanced hydraulic simulation software Hydsim , a mutual common rail system was modeled. M ain injector structural parameters effects on fuel injection per2 formance were analyzed, including hole number, hole diameter, flow efficiency of nozzle, p reload force and rigid of p ressure ad2 just sp ring, moving mass of needle, diameter of inlet and outlet orifice, volume of control chamber, back p ressure of combustion chamber and so on, thus p rovide great references for injector design and op tim ization. Key words: diesel engine; fuel injector for common2rail system; injection rate
表 1为 6组不同的喷孔孔数和孔径配置方 案 。其中第 1, 2, 3组的总流通面积基本一致 ,第 4, 5, 6组也基本一致 。图 4给出了不同喷孔孔数 和孔径配置情况下的喷油规律计算结果 。从结果 中可以看到 ,在总流通面积大致相等的情况下 ,由
图 4 不同喷孔孔数和孔径对喷油规律的影响
2. 2 喷孔流量系数对喷油规律影响 图 5为喷孔不同流量系数 μ对喷油规律的影
本文 运 用 先 进 的 燃 油 系 统 模 拟 计 算 软 件 Hydsim ,建立带二缸的燃油共轨实时控制系统 ,在 共轨压力 、喷油开启时间和喷油结束时间不变情 况下 ,考察喷油器中各主要参数对喷油规律的影 响情况 。
对共轨喷油器而言 ,喷油嘴部分与常规系统 的喷油嘴是一样的 ,其最大区别是喷油器的上部 有一控制腔 ,由电磁阀的通断来决定回油量孔的 开闭 ,从而控制控制腔内的燃油压力 ,进而控制喷
引 言
电控喷油器是高压共轨系统中最复杂的部 件 ,电控喷油器的结构参数以及工作性能的好坏 , 直接影响了整个高压共轨系统的工作性能 ,从而 对发动机性能产生重要影响 。因此 ,应对电控喷 油器进行详细研究 。由于喷油器最终获得的是喷 油规律 ,因此 ,本文以喷油规律为最终研究对象 , 对电控喷油器各关键结构参数进行分析研究 。
3 收稿日期 : 2007 - 06 - 02 作者简介 :董尧清 (1942 - ) ,男 ,上海人 ,教授 ,博士生导师 ,主要研究方向为发动机燃料喷射 、燃烧和排放控制 。