李菲菲，賈利，呂慧，肖維

（中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，天津，300400）

1 噴油器結(jié)構(gòu)與工作原理

電控噴油器是燃油系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件，它的作用是根據(jù)ECU發(fā)出的控制信號(hào)，通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時(shí)、噴油量和噴油率噴入柴油機(jī)的燃燒室。

圖1 噴油器結(jié)構(gòu)

高壓燃油進(jìn)入噴油器后分為兩部分，一部分經(jīng)節(jié)流閥流入控制腔，另一部分進(jìn)入噴嘴腔。當(dāng)電磁閥不通電時(shí)，在電磁閥彈簧預(yù)緊力的作用下，電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，出油節(jié)流孔關(guān)閉，相同的油壓同時(shí)作用在控制活塞的頂部和針閥承壓錐面上，由于控制活塞頂部面積大于針閥錐面面積，因此針閥被壓向座面，噴油器不噴油。當(dāng)ECU給電磁閥通電后，由于電磁吸力的作用，銜鐵向上運(yùn)動(dòng)，出油節(jié)流孔開(kāi)啟，控制腔壓力下降，作用在控制活塞頂部的燃油壓力降低，這時(shí)作用在針閥承壓錐面上的燃油壓力克服彈簧壓力和作用在控制活塞頂部的燃油壓力將針閥升起，噴油嘴打開(kāi)，開(kāi)始噴油。當(dāng)電磁閥斷電時(shí)，在電磁閥回位彈簧力的作用下，電磁閥關(guān)閉，共軌中的燃油又一次進(jìn)入控制腔，控制腔的壓力上升，控制活塞下行，噴嘴針閥關(guān)閉，停止噴油。噴油器控制噴油量和噴油定時(shí)是通過(guò)三通閥(或者二通閥)的開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)進(jìn)行控制。

2 建模策略

基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型對(duì)于流體的簡(jiǎn)化與假設(shè)，不考慮流體的壓力與溫度波動(dòng)的影響，此外，燃油的可壓縮性也較小，在燃油壓縮及流動(dòng)過(guò)程中，溫度變化很小， 因此，模型的搭建可以基于以下簡(jiǎn)化與假設(shè)：（1）管道內(nèi)的燃油看作一維非定常層流流動(dòng)；（2）不考慮溫度和壓力對(duì)燃油黏度的影響；（3）不考慮系統(tǒng)中燃油溫度的變化；（4）考慮燃油的可壓縮性；（5）忽略空泡的影響；（6）不考慮油壓傳播歷程，燃油在各集中容積內(nèi)的狀態(tài)變化瞬時(shí)達(dá)到平衡，同一集中容積內(nèi)瞬時(shí)壓力和密度處處相等；（7）不考慮彈性膨脹。

噴油器模型對(duì)柴油機(jī)實(shí)時(shí)仿真模型的影響因素主要為噴油始點(diǎn)、循環(huán)噴油量，即噴油提前角、有效噴油脈寬，噴油提前角及噴油脈寬由控制器決定。在實(shí)時(shí)仿真時(shí)，硬件在回路系統(tǒng)可以直接采集噴油提前角與噴油脈寬，因此，對(duì)于噴油器模型，主要用于循環(huán)噴油量的計(jì)算，噴油器的噴油量影響因素主要為軌壓及有效噴油脈寬。模型采用基于特性MAP的方式建立，噴油器模型根據(jù)各噴油器的噴油時(shí)間、軌壓查詢噴油器特性MAP計(jì)算本次噴油量，并根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算各噴油器的平均噴油流量。

噴油量的計(jì)算公式為：

式(1)中，fuelm 為噴油質(zhì)量流量；railp 為當(dāng)前軌壓；nengine為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；tinj- toffset為下個(gè)噴油時(shí)間；toffset為噴油時(shí)間偏置。

考慮到控制器發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，噴油器會(huì)有一定的機(jī)械響應(yīng)延時(shí)，在計(jì)算有效噴油時(shí)間時(shí)，需加上噴油時(shí)間偏置。

3 模型實(shí)現(xiàn)

噴油器模塊的計(jì)算重點(diǎn)為噴油量隨工況的變化，模型中不需要考慮具體噴油過(guò)程對(duì)模型計(jì)算的影響，噴油器特性MAP的準(zhǔn)確性、軌壓閉環(huán)控制的穩(wěn)定性以及噴油器控制信號(hào)的采集準(zhǔn)確性對(duì)噴油量的計(jì)算影響較大。依據(jù)噴油器模塊的邏輯算法在MATLAB/Simulink中搭建的模型如圖2所示。

模型仿真所需的參數(shù)如表1所示。

表1 模型仿真所需參數(shù)

4 模型驗(yàn)證

如表1所示，從臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)中選擇轉(zhuǎn)速為1000、1300……2300rpm，每間隔300rpm為一個(gè)工況點(diǎn)，分別輸入此工況點(diǎn)的軌壓、噴油時(shí)間，通過(guò)噴油器模型讀取輸出的噴油量。通過(guò)對(duì)比模型計(jì)算結(jié)果與理論值間的誤差較小，滿足硬件在回路仿真測(cè)試的要求。

表2 單缸單循環(huán)的噴油量與理論值

5 結(jié)論

本文基于噴油器的結(jié)構(gòu)與工作原理搭建了噴油器模型，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，本文所搭建的噴油器能夠滿足模型實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性的需求，可基于噴油器模型開(kāi)展硬件在回路仿真測(cè)試工作。同時(shí)，在噴油器模型的驗(yàn)證中，本模型體現(xiàn)了較好的可復(fù)用性和可移植性，可以擴(kuò)展用于不同高壓共軌柴油機(jī)噴油模型的搭建。大大縮短了模型開(kāi)發(fā)的時(shí)間，有效提高了工作效率。

圖2 噴油器模型