(天津理工大學(xué)海運(yùn)學(xué)院 天津 300384)

一、柴油機(jī)高壓共軌管介紹

高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要由ECU、高壓油泵、共軌管、電控噴油器及各類(lèi)傳感器組成。工作時(shí)，供油泵將燃油從油箱送入高壓油泵，燃油由高壓油泵增壓后經(jīng)共軌管被送入各個(gè)噴油器，再由ECU控制電磁閥實(shí)現(xiàn)相應(yīng)工況下的噴油過(guò)程。而共軌管作為柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的重要組成部分起到了重非常關(guān)鍵的作用：首先共軌管在整個(gè)柴油機(jī)高壓共軌燃油系統(tǒng)中起到了積累與分配高壓燃油的作用；其次可以減緩由于柱塞的間歇性供油而產(chǎn)生的壓力波動(dòng)進(jìn)而提高系統(tǒng)對(duì)后續(xù)噴油定時(shí)和油量的精確控制精度。

二、研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

國(guó)內(nèi)針對(duì)電控噴油系統(tǒng)共軌管的研究主要集中在管路壓力波動(dòng)特性的研究以及管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究。使用到的仿真軟件主要有HYDSIM、ASW、Workspace、ANSYS、Fluent、GT-Fuel、AMESim、ABAQUS、Matlab/Simulink等。

(一)管路壓力波動(dòng)特性的研究

東北林業(yè)大學(xué)的梁超[1-4]借助HYDSIM、ASW、workspace等軟件進(jìn)行較為系統(tǒng)的數(shù)值模擬仿真計(jì)算。文獻(xiàn)中研究結(jié)果表明：共軌容積的大小要適當(dāng)，在允許的條件下應(yīng)取較大值；共軌容積變化，共軌內(nèi)徑不變時(shí)，長(zhǎng)徑比越大，共軌內(nèi)的壓力波動(dòng)越小，共軌內(nèi)壓力越穩(wěn)定；進(jìn)出油孔位置的變化對(duì)共軌內(nèi)的壓力波動(dòng)較小，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的需要來(lái)布置進(jìn)出油管的安裝位置；在噴油脈寬相同時(shí)，隨著壓力的降低，共軌內(nèi)的壓力波動(dòng)的趨勢(shì)變大；在相同的壓力下，脈寬的變化對(duì)共軌壓力的影響較大；從壓力的變化上看，提高壓力可以減小由于噴油脈寬變化導(dǎo)致的共軌壓力的波動(dòng)。

江南大學(xué)的王稱(chēng)心等人[5]通過(guò)GT-Fuel軟件建立的仿真模型研究了共軌管材料屬性對(duì)共軌管內(nèi)燃油壓力的影響。仿真結(jié)果表明：共軌管材料彈性模量越大，對(duì)軌壓波動(dòng)抑制效果越好；過(guò)大的共軌管壁厚對(duì)燃油壓力波動(dòng)抑制作用不明顯。

北京理工大學(xué)的李丕茂等人[6]首先通過(guò)試驗(yàn)研究了軌壓和噴油脈寬對(duì)噴油器關(guān)閉后高壓油管內(nèi)燃油壓力波動(dòng)的影響，結(jié)果表明：壓力波動(dòng)幅度隨軌壓和噴油脈寬的變化均不是單調(diào)的。然后,采用CFD方法進(jìn)行了仿真運(yùn)算。最后,得出結(jié)論：高壓油管內(nèi)燃油壓力波動(dòng)幅度隨噴油脈寬的增大呈現(xiàn)出周期性的變化規(guī)律,隨軌壓的增大在整體上呈現(xiàn)出逐漸增大的規(guī)律,但伴隨著局部的往復(fù)變化,且往復(fù)變化的周期隨軌壓的增加而增大。

北京交通大學(xué)的呂曉辰[7]利用AMESim軟件建立了高壓共軌系統(tǒng)一維模型，研究了油管長(zhǎng)度、內(nèi)徑、共軌管長(zhǎng)度、容積、長(zhǎng)徑比等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)壓力波動(dòng)程度的變化規(guī)律。隨后利用Fluent軟件開(kāi)展高壓管路三維流場(chǎng)仿真計(jì)算，結(jié)合一維仿真計(jì)算結(jié)果，對(duì)高壓管路中壓力波的產(chǎn)生、傳播及燃油流動(dòng)過(guò)程作出了分析；然后用頻譜分析的方法，總結(jié)出共軌壓力波動(dòng)頻率、振幅受高壓共軌系統(tǒng)運(yùn)行及結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響規(guī)律。

(二)管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究

無(wú)錫油泵油嘴研究所的王綺等人[8]對(duì)柴油機(jī)共軌管振動(dòng)進(jìn)行了研究并作出優(yōu)化：通過(guò)對(duì)某六缸柴油機(jī)共軌系統(tǒng)進(jìn)行了不同轉(zhuǎn)速下的臺(tái)架試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)字信號(hào)分析處理技術(shù)以及振動(dòng)信號(hào)分析理論對(duì)存在的共軌系統(tǒng)峰值進(jìn)行了分析，分析顯示在530Hz附近存在明顯共振峰，采用了在連接鋼板處增加一個(gè)與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的螺栓連接的方法，提高了鋼板的一階固有頻率以避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火激勵(lì)諧次，并對(duì)方案進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示共軌管的振動(dòng)大幅降低。

中南大學(xué)的裴海靈等人[9]運(yùn)用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，以共軌管容積最佳、壓力波動(dòng)最小、質(zhì)量最小和進(jìn)油口位置最佳為目標(biāo)函數(shù)建立了共軌管多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)體系，采用模擬退火算法進(jìn)行求解，結(jié)果顯示：共軌容積減小1.07%，總質(zhì)量減小6.8%，壓力波動(dòng)幅降幅達(dá)16.7%。

中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所的王國(guó)瑩等人[10]通過(guò)GT-Fuel流體分析軟件搭建了高壓共軌系統(tǒng)模型,通過(guò)仿真計(jì)算確定了該分油器的容積,并根據(jù)其安裝要求及系統(tǒng)特點(diǎn)對(duì)分油器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明,該分油器可靠性高,安裝方便,能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)性能和安裝的要求。

中國(guó)一汽無(wú)錫油泵油嘴研究所的曹俊衛(wèi)等人[11]通過(guò)ABAQUS有限元軟件計(jì)算以及理論計(jì)算給出了高壓共軌管厚度比系數(shù)的合理區(qū)間。此外，昆山江錦機(jī)械有限公司的彭瑜華[12]設(shè)計(jì)了一種雙層組合式高壓蓄壓管，相比單層壁厚蓄壓管能夠承受更高的內(nèi)部壓力，且環(huán)向應(yīng)力較低。經(jīng)過(guò)ANSYS有限元軟件計(jì)算和理論計(jì)算對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

三、研究現(xiàn)狀分析

目前對(duì)于管路壓力波動(dòng)特性和管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究已取得了一定的研究成果，但筆者認(rèn)為軌壓控制策略更應(yīng)引起重視，并且對(duì)于管路壓力波動(dòng)的產(chǎn)生原因及傳播過(guò)程中的波動(dòng)現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行更為細(xì)致的機(jī)理研究。此外，新材料對(duì)于提升高壓共軌管性能的研究以及溫度特性和加工工藝對(duì)共軌管性能的研究也相對(duì)較少。

四、總結(jié)

共軌管作為柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部件，對(duì)于分配燃油和穩(wěn)定燃油系統(tǒng)壓力起到了十分重要的作用。本文通過(guò)梳理現(xiàn)階段柴油機(jī)高壓共軌管的研究情況，作出了相應(yīng)的研究分析與研究建議。