共轨喷油器结构参数对液力响应的影响研究

论文摘要

柴油机在节能与尾气排放方面的优势是汽油机无法比拟的,高压共轨燃油喷射系统代表了车用柴油机燃油供给系统的发展趋势,是公认的目前最理想的柴油机喷射技术,它能够实现高压燃油喷射和小喷油量供给,以使柴油理想燃烧,提高柴油机燃油经济性能和排放性能。喷油器的动态响应特性,是高压共轨燃油喷射系统关键技术之一,要实现理想的喷油率必须提高喷油器的动态响应特性。虽然压电式喷油器能有效克服电磁式喷油器因电磁阀响应缓慢而造成整体响应性能下降的问题,但仍需改善其控制室组件的液力响应性能,以此提高喷油器整体响应特性。论文通过对现有喷油器结构、工作原理进行分析,对喷油器液力控制系统进行了仿真计算,分别建立了共轨管数学模型、喷油器驱动组件数学模型、喷油器控制室及针阀组件数学模型。考虑到在高压条件下,泄漏量大大增加,建立了控制活塞、针阀密封处的泄漏模型。利用AMESim软件,对各数学模型进行计算,分析共轨管和喷油器各参数对液力响应性能的影响程度,找出主要关键结构参数：进出油孔孔径,控制活塞直径,针阀直径和喷油嘴的流量系数。采用无量纲参数研究法进一步分析研究各关键结构参数及它们之间的匹配关系对液力响应特性的影响,得出各关键参数最佳的取值范围。通过正交试验,采用综合评分法进行量化分析得出各主要因素对喷油器液力响应影响因子由大到小依次为,控制活塞直径dc、针阀直径dn、喷油嘴的流量系数μ、出油孔孔径dout和进油孔孔径din,当dc为4.6mm、dn为3.69mm、μ为0.85、dout为3.06mm、din为0.185mm时,喷油器液力响应特性最佳。优化后喷油器的动态性能较优化前提高了29.5%,能够实现小脉宽、稳定的喷油量供给,以满足多次高压共轨系统喷射要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 发展柴油发动机的必要性
• 1.2 柴油机电控燃油喷射技术的发展历程
• 1.3 国内外高压共轨燃油喷射系统的发展现状
• 1.3.1 国外高压共轨燃油喷射系统的最新产品
• 1.3.2 国内高压共轨燃油喷射系统的发展现状
• 1.3.3 高压共轨燃油喷射系统的关键技术
• 1.4 论文研究目的和主要内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 主要内容
• 第2章 喷油器工作原理及动态响应特性分析
• 2.1 喷油器工作过程与分析
• 2.1.1 电磁式高压共轨喷油器
• 2.1.2 压电式高压共轨喷油器
• 2.2 喷油器动态响应特性对柴油机工作性能的影响
• 2.2.1 喷油压力对柴油机工作的影响
• 2.2.2 喷油率对柴油机工作的影响
• 2.2.3 喷油器响应特性对柴油机工作性能的影响
• 2.2.4 喷油器液力控制系统的动态响应指标
• 2.3 小结
• 第3章 喷油器液力过程仿真计算
• 3.1 高压共轨燃油喷射系统模型计算假设
• 3.2 高压共轨燃油喷射系统的简化
• 3.3 喷油器液力过程三个基本数学模型
• 3.3.1 容积腔模型
• 3.3.2 管道模型
• 3.3.3 压力驱动阀类模型
• 3.4 高压共轨管数学模型
• 3.5 喷油器控制室及针阀组件的数学模型
• 3.5.1 控制腔的压力计算
• 3.5.2 盛油腔的流量方程
• 3.5.3 针阀座处的压力计算
• 3.5.4 压力室的压力计算
• 3.5.5 针阀的运动模型
• 3.6 高压共轨喷油器液力控制系统的仿真模型的建立
• 3.6.1 数值模拟软件的选择
• 3.6.2 高压共轨喷油器液力控制系统的仿真模型的建立
• 3.7 小结
• 第4章 喷油器结构参数对液力响应的影响分析
• 4.1 高压共轨喷油器液力控制系统的分析方法
• 4.2 共轨管燃油压力对液力响应的影响分析
• 4.3 共轨管容积对液力响应的影响分析
• 4.4 控制腔结构参数对液力响应的影响分析
• 4.4.1 控制腔进出油孔孔径
• 4.4.2 控制活塞直径
• 4.5 针阀弹簧刚度系数和预紧力对液力响应的影响分析
• 4.6 喷油嘴结构参数对液力响应的影响分析
• 4.6.1 喷油嘴压力室容积
• 4.6.2 针阀密封带以下投影面积对应的直径
• 4.6.3 针阀直径
• 4.6.4 喷油孔个数
• 4.6.5 针阀锥角
• 4.7 针阀质量对液力响应的影响分析
• 4.8 流量系数对液力响应的影响分析
• 4.8.1 进出油孔流量系数
• 4.8.2 喷油嘴流量系数
• 4.9 偶件间隙对液力响应的影响分析
• 4.10 小结
• 第5章 喷油器关键结构参数的正交试验与分析
• 5.1 无量纲参数研究
• 1'>5.1.1 控制腔进出油孔孔径比值i₁
• 2'>5.1.2 控制活塞直径与针阀直径之比i₂
• 3'>5.1.3 控制活塞直径与进油孔孔径之比i₃
• 5.2 影响喷油器液力响应关键参数的正交试验设计与分析
• 5.2.1 正交试验基本原理
• 5.2.2 正交试验方案设计与分析
• 5.3 优化前后的喷油器响应特性比较
• 5.4 小结
• 工作总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的著作与论文