高压共轨喷油器结构参数对喷油量特性影响的研究.
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3.油嘴喷孔6×0. 21mm ,针阀密封座面直径2. 0mm ;4.控制活塞直径5. 0mm ;5.调压弹簧预紧力56. 5N
图3
计算结果与试验结果的比较
图4喷油器结构参数对喷油量特性的影响曲线
3结构参数对喷油量特性的影响分析
3. 1进、出油节流孔孔径的影响
图4(a是在共轨压力100MPa时,在一定的流量系数下,不同出油节流孔与进油节流孔孔径
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, 2. 2计算模型
A VL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:
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,
x
2;
图2高压共轨喷油器模拟计算模型
燃油压缩Biblioteka Baidu方程:dp =-V
d V ;流量方程:Q =C d A
ρ
=
πd 24
ρ;
受力平衡方程:m 2d 2t
=F 2,
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, F 1为作用在受控流体上的流动阻力的合力, E为燃油体积弹性模量, V为受控流体体积, Q为流量, ΔP为压差, C d为流量系数, A为通流截面面积, d为孔径, F 2为作用在运动件上的合力,m为运动件质量。
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
模型中各元件的计算方程由上述基本方程根据各自具体情况推导建立,这里不再赘述。2. 3计算与试验结果对比
图3是共轨压力80MPa、100MPa及120MPa下,喷油量特性计算与试验结果的比较。由图示曲线可见,计算结果与试验结果一致性较好,模型能较真实地反映实际喷油器的特性。
喷油器主要参数:1.进油节流孔直径0. 2mm ;2.出油节流孔直径0. 3mm
之比(以下简称孔径比下,喷油器的喷油量特性曲线比较。由图可见,孔径比对喷油量特性的影响较为明显,在相同的控制脉宽下,喷油量随着孔径比的增大而增大。当孔径比较小时,在曲线前半部分,喷油量随控制脉宽的增大上升较缓,这对小油量控制比较有利。但过小时,在合理可行的控制脉宽范围内,喷油器工作能力将难于满足要求。随着孔径比的增大,喷油量特性曲线前部的斜率不断变大,当孔径比达到一定值时,在特性曲线中间将出现一比较明显的转折点,在此点前后曲线斜率差别较大。当孔径比过大时,在曲线前部对应的工作范围内,而迅速增加, ,量控制困难; ,增加同样。下面通过研究喷油器油嘴针阀的运动规律,可以分析和找出产生上述现象的原因。
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
No. 1(serial No. 109
Feb. 2003
Ξ收稿日期:2002-11-20
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。
高压共轨喷油器结构参数对喷油量
特性影响的研究
Ξ
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
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。有高平均有效喷射压力、、喷,甚至更来得到了广泛的认同和推广。目前,
德国Bosch、日本Denso以及Delphi、Siemens等公司都已相继推出各自的高压共轨系统。
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。
连续性方程:9t +9x +ρ9x =0;
动量方程:9t +9x +ρ9x =-F 1+3μ29
图5是在共轨压力100MPa时,三种不同孔径比下的油嘴针阀升程曲线。从图示曲线可看出,在一定的压差和时间内,在针阀未完全开启阶段,密封座面处的节流是影响喷油量的主要因素。当孔径比较小时,在一定控制脉宽范围内,
图3
计算结果与试验结果的比较
图4喷油器结构参数对喷油量特性的影响曲线
3结构参数对喷油量特性的影响分析
3. 1进、出油节流孔孔径的影响
图4(a是在共轨压力100MPa时,在一定的流量系数下,不同出油节流孔与进油节流孔孔径
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, 2. 2计算模型
A VL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:
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,
x
2;
图2高压共轨喷油器模拟计算模型
燃油压缩Biblioteka Baidu方程:dp =-V
d V ;流量方程:Q =C d A
ρ
=
πd 24
ρ;
受力平衡方程:m 2d 2t
=F 2,
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, F 1为作用在受控流体上的流动阻力的合力, E为燃油体积弹性模量, V为受控流体体积, Q为流量, ΔP为压差, C d为流量系数, A为通流截面面积, d为孔径, F 2为作用在运动件上的合力,m为运动件质量。
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
模型中各元件的计算方程由上述基本方程根据各自具体情况推导建立,这里不再赘述。2. 3计算与试验结果对比
图3是共轨压力80MPa、100MPa及120MPa下,喷油量特性计算与试验结果的比较。由图示曲线可见,计算结果与试验结果一致性较好,模型能较真实地反映实际喷油器的特性。
喷油器主要参数:1.进油节流孔直径0. 2mm ;2.出油节流孔直径0. 3mm
之比(以下简称孔径比下,喷油器的喷油量特性曲线比较。由图可见,孔径比对喷油量特性的影响较为明显,在相同的控制脉宽下,喷油量随着孔径比的增大而增大。当孔径比较小时,在曲线前半部分,喷油量随控制脉宽的增大上升较缓,这对小油量控制比较有利。但过小时,在合理可行的控制脉宽范围内,喷油器工作能力将难于满足要求。随着孔径比的增大,喷油量特性曲线前部的斜率不断变大,当孔径比达到一定值时,在特性曲线中间将出现一比较明显的转折点,在此点前后曲线斜率差别较大。当孔径比过大时,在曲线前部对应的工作范围内,而迅速增加, ,量控制困难; ,增加同样。下面通过研究喷油器油嘴针阀的运动规律,可以分析和找出产生上述现象的原因。
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
No. 1(serial No. 109
Feb. 2003
Ξ收稿日期:2002-11-20
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。
高压共轨喷油器结构参数对喷油量
特性影响的研究
Ξ
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
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。有高平均有效喷射压力、、喷,甚至更来得到了广泛的认同和推广。目前,
德国Bosch、日本Denso以及Delphi、Siemens等公司都已相继推出各自的高压共轨系统。
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。
连续性方程:9t +9x +ρ9x =0;
动量方程:9t +9x +ρ9x =-F 1+3μ29
图5是在共轨压力100MPa时,三种不同孔径比下的油嘴针阀升程曲线。从图示曲线可看出,在一定的压差和时间内,在针阀未完全开启阶段,密封座面处的节流是影响喷油量的主要因素。当孔径比较小时,在一定控制脉宽范围内,