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直噴式噴油嘴的優(yōu)化設(shè)計

研究的主要目標(biāo)是優(yōu)化噴油嘴動力驅(qū)動系統(tǒng)，以此來控制噴油正時，提高噴油量。為了便于優(yōu)化設(shè)計，對直噴式噴油嘴以及其動力驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了電-電磁-機(jī)械-流體耦合建模。

耦合建模過程如下：①建立簡化的電路模型來計算通過噴油器線圈的電流；②將該電路模型導(dǎo)入麥克斯韋方程式中進(jìn)行電磁力計算；③電磁力帶動銷進(jìn)行非線性曲線運動。該動力學(xué)模型包括銷的剛體運動、彈簧力、起始接觸力、壓力以及阻尼器阻尼力。采用流體力學(xué)分析軟件中的有限元分析模塊對所建立的1/6電磁-機(jī)械-流體模型進(jìn)行分析驗證。通過該軟件分析得到銷的瞬時位移、壓力、質(zhì)量流量。

在所建耦合模型中，采用不同的功率策略對噴油量不一致的原因進(jìn)行仿真分析，最后通過基于圖像的噴霧時間測量系統(tǒng)對仿真結(jié)果進(jìn)行驗證。所建的流體模型只包括噴嘴附近的區(qū)域，上行管道系統(tǒng)在模型中不予考慮。此外，由于實時銷位移、壓力和流量不易測量，所以在計算機(jī)仿真分析過程中采用流量數(shù)據(jù)的平均值以及銷位移的平均值。

仿真分析及測量系統(tǒng)驗證后，給出了高性能燃油噴射器的優(yōu)化設(shè)計方案：①燃油噴射器設(shè)計制造過程中優(yōu)選高磁飽和度的材料，以獲得較高的電磁力來驅(qū)動銷的運動；②彈簧的回彈力決定了噴油嘴關(guān)閉的延遲時間，因此可以通過增大回彈力來減少延遲時間；③建立流體模型有助于更好地進(jìn)行燃油噴射過程中的物理學(xué)分析，如噴嘴直徑和質(zhì)量流量之間的關(guān)系、氣蝕區(qū)域幾何結(jié)構(gòu)的改變對噴射壓力的影響等。因此，可以通過建立精準(zhǔn)的流體模型來對氣蝕區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計，以此來減少甚至消除出現(xiàn)的氣蝕。

Alan Palazzolo et al. SAE 2014-01-1442.

編譯：賀蓉