李孟孟，侯獻(xiàn)軍，劉　博Li Mengmeng，Hou Xianjun，Liu Bo（武漢理工大學(xué)　現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北　武漢　430070）

電控噴油器參數(shù)對(duì)噴油規(guī)律的影響

李孟孟，侯獻(xiàn)軍，劉博
Li Mengmeng，Hou Xianjun，Liu Bo
（武漢理工大學(xué)現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北武漢430070）

基于一維仿真軟件GT-Suite模擬電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)及柴油機(jī)整機(jī)模型，探究電控噴油器關(guān)鍵參數(shù)對(duì)噴油規(guī)律的影響。研究表明，提高噴嘴流量系數(shù)可以大幅度提高噴油速率，且加快后期斷油；控制室容積進(jìn)、回油節(jié)流孔直徑對(duì)針閥開啟和關(guān)閉有很大影響；隨著控制室容積增加，噴油規(guī)律曲線向右平移，針閥關(guān)閉速度變慢；電磁力對(duì)針閥開啟影響較大，且隨著電磁力的增加，初期噴油速率有所增加；針閥彈簧預(yù)緊力會(huì)影響針閥開啟和關(guān)閉的速度。研究結(jié)果對(duì)高壓共軌電控噴油器的確定和優(yōu)化具有一定的參考價(jià)值。

電控噴油器；噴油規(guī)律；GT-Suite；建模仿真

0　引　言1

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)具有噴油壓力高、噴油正時(shí)控制靈活、噴油精準(zhǔn)、能夠?qū)崿F(xiàn)多次噴油等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)。此外，電控高壓共軌技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)低排放、低油耗及高動(dòng)力的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]。該系統(tǒng)中最核心的部件是電控噴油器，其性能的好壞直接影響整個(gè)高壓共軌系統(tǒng)的工作性能[3]，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能產(chǎn)生重要影響，因此對(duì)電控噴油器進(jìn)行詳細(xì)研究是很有必要的。由于噴油規(guī)律對(duì)柴油機(jī)燃燒過程有很大影響，文中研究了噴油器關(guān)鍵參數(shù)對(duì)噴油規(guī)律的影響。

1　模型建立及校準(zhǔn)

1.1仿真模型的建立

研究樣機(jī)為某直列四缸四沖程、高壓共軌柴油機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可對(duì)復(fù)雜的柴油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，將發(fā)動(dòng)機(jī)視為由邊界條件、渦輪增壓系統(tǒng)、中冷器系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)、氣缸和曲軸箱及相應(yīng)連接管路等模塊組成的模型[4-5]。

表1　柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

電控噴油器包含電磁系統(tǒng)、液力系統(tǒng)和噴嘴，在GT-Suite中的GT-Fuel模塊中將其簡化成信號(hào)模塊、磁鐵和磁鐵芯、控制容積模塊、針閥模塊、噴嘴模塊和油路模塊等，其GT模型如圖1所示。

將在 GT-Power軟件中建立的柴油機(jī)模型和GT-Fuel軟件中建立的高壓共軌模型在GT-Flow軟件平臺(tái)上進(jìn)行模型耦合，如圖 2所示。由于獲取的數(shù)值有限，因此，模型中部分參數(shù)是默認(rèn)值或者忽略，有些參數(shù)是參考軟件自帶模型設(shè)定的推薦值。

1.2模型校準(zhǔn)

為評(píng)價(jià)所建模型的計(jì)算精度和可靠性，將發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的仿真值與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，如圖3和圖 4所示。計(jì)算結(jié)果表明，有效功率和有效扭矩的誤差分別在2.09%和1.92%以內(nèi)，仿真值與試驗(yàn)值較好吻合，能夠進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的定性研究。

2　仿真結(jié)果分析

2.1噴嘴流量系數(shù)對(duì)噴油規(guī)律的影響

流量系數(shù)為0.6～0.85時(shí)進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果如圖5所示。

由圖 5可以看出，提高噴嘴流量系數(shù)可以大幅度提高噴油速率，而且后期斷油速度加快，這與提高共軌壓力和加大噴孔總流通面積的效果很相似。

2.2進(jìn)、回油節(jié)流孔直徑對(duì)噴油規(guī)律的影響

分別保持進(jìn)、回油孔直徑不變，對(duì)進(jìn)、回油孔直徑進(jìn)行DOE（Design of Experiment，試驗(yàn)設(shè)計(jì)）設(shè)置，計(jì)算結(jié)果如圖6和圖7所示。

由圖 6可以看出，進(jìn)油孔直徑大小對(duì)噴油開啟和關(guān)閉的速度都有較大影響，當(dāng)進(jìn)油孔直徑增加到0.26 mm和0.3 mm時(shí)，不足以打開噴油器針閥；這是因?yàn)楫?dāng)回油孔一定時(shí)，進(jìn)油孔孔徑增大，單位時(shí)間內(nèi)流入控制室的燃油量增多，導(dǎo)致當(dāng)回油孔打開時(shí)泄壓慢、回油孔關(guān)閉時(shí)蓄壓快，所以噴嘴針閥開啟速度減慢、關(guān)閉速度加快。由圖 7可以看出，回油孔直徑對(duì)噴油關(guān)閉速度基本沒影響，但是對(duì)噴油開啟速度影響較大；這是因?yàn)獒橀y關(guān)閉是在回油孔關(guān)閉之后進(jìn)行的，所以回油孔的大小對(duì)針閥關(guān)閉速度基本沒影響；而當(dāng)電磁閥通電打開回油孔開始泄壓時(shí)，控制室內(nèi)壓力變化的快慢決定了針閥開啟的速度，當(dāng)回油孔增大時(shí)，控制室內(nèi)快速泄壓，針閥開啟速度變快。

2.3控制容積對(duì)噴油規(guī)律的影響

控制室容積的大小直接影響著控制室內(nèi)壓力建立的速度，從而影響噴油的響應(yīng)速度。對(duì)控制室容積進(jìn)行DOE設(shè)置，計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

由圖 8可以看出，隨著控制室容積增加，噴油規(guī)律曲線向右有一定的平移，且針閥關(guān)閉速度變緩，也就是噴油器噴油和斷油的響應(yīng)速度變慢。這是因?yàn)槿绻刂剖胰莘e太大，控制室內(nèi)泄壓速度相對(duì)減慢，針閥開啟響應(yīng)也會(huì)相對(duì)滯后；針閥關(guān)閉需要控制室壓力大于或等于噴嘴容積腔內(nèi)壓力，若控制容積難以迅速建立這樣的壓力，則導(dǎo)致針閥關(guān)閉速度變緩。

2.4電磁力對(duì)噴油規(guī)律的影響

電磁力的變化會(huì)影響電磁閥的受力和響應(yīng)速度，從而影響針閥的開啟時(shí)刻和開啟速度。對(duì)電磁力進(jìn)行DOE設(shè)置，計(jì)算結(jié)果如圖9所示。

由圖 9可以看出，隨著電磁力的增加，噴油時(shí)刻逐漸提前，初期噴油速率有所增加。當(dāng)彈簧預(yù)緊力一定時(shí)，電磁力越大，電磁閥的響應(yīng)速度越快，針閥開啟速度也越快從而使噴油越早。在針閥關(guān)閉的過程中，電磁力消失不再作用，彈簧預(yù)緊力成為針閥關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)力，因此針閥關(guān)閉時(shí)刻基本受電磁力的影響。

2.5針閥彈簧預(yù)緊力對(duì)噴油規(guī)律的影響

選取50、100、150、200、250N共5種不同的彈簧預(yù)緊力，計(jì)算結(jié)果如圖10所示。

由圖10可以看出，燃油噴射壓力相同時(shí)，針閥彈簧預(yù)緊力增大，噴油開始時(shí)刻推遲，噴油關(guān)閉時(shí)刻提前，噴油持續(xù)期明顯縮短。這是因?yàn)殡S著針閥彈簧預(yù)緊力增大，針閥開啟時(shí)刻后移且開啟難度增大，并且針閥關(guān)閉速度加快。

3　結(jié)　論

利用GT-Suite軟件建立高壓共軌電控噴油器模型和柴油機(jī)整機(jī)模型，探究電控噴油器關(guān)鍵參數(shù)對(duì)噴油規(guī)律的影響，結(jié)論如下。

1）提高噴嘴流量系數(shù)可以大幅度提高噴油速率，后期斷油速度加快。

2）控制室容積進(jìn)、回油節(jié)流孔直徑對(duì)針閥開啟和關(guān)閉有很大影響，針閥開啟的速度取決于進(jìn)油孔和回油孔流量之差，針閥關(guān)閉的速度主要取決于通過進(jìn)油孔的流量。

3）隨著控制室容積增加，噴油規(guī)律曲線向右有一定的平移，且針閥關(guān)閉速度變得相對(duì)緩慢。

4）電磁力對(duì)針閥開啟影響較大，對(duì)針閥關(guān)閉影響不大。隨著電磁力的增加，噴油時(shí)刻逐漸提前，初期噴油速率有所增加。

5）針閥彈簧預(yù)緊力會(huì)影響針閥開啟和關(guān)閉的快慢。針閥彈簧預(yù)緊力增大，噴油開始時(shí)刻推遲，噴油關(guān)閉時(shí)刻提前，噴油持續(xù)期明顯縮短。

[1]徐家龍.柴油機(jī)電控噴油技術(shù)[M].北京：人民交通出版社：2011.

[2]邵利民，安士杰，常漢寶.高壓共軌柴油機(jī)燃燒與排放的仿真計(jì)算及分析[J]．內(nèi)燃機(jī)工程，2005，26（3）：1-4.

[3]袁方恩，林學(xué)東，田維，等.高壓共軌噴油器電磁系統(tǒng)對(duì)噴油規(guī)律的影響[J].汽車技術(shù)，2010（7）：6-10.

[4]劉峰.柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)仿真計(jì)算研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

[5]何建元.柴油機(jī)共軌式燃油系統(tǒng)及電控噴油器的仿真研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2007.

U464: TP391.9

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2016.04.001

1002-4581（2016）04-0001-04

湖北省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2013CFA104）。

2016-03-01