无泄漏低惯量电控喷油器设计参数优化研究

发布时间：2017-09-11 22:23

  本文关键词：无泄漏低惯量电控喷油器设计参数优化研究

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【摘要】：随着船用柴油机高压共轨燃油喷射系统压力的不断提高，传统柱塞-顶杆-针阀结构电控喷油器由于偶件泄漏量大，导致系统液压效率低，限制了喷射压力的进一步提高；而无泄漏低惯量的新结构电控喷油器，较好的解决了偶件的泄漏问题，同时具有响应特性快等优点。本文基于某现有船用柴油机电控喷油器改进项目，为使电控喷油器在更高的轨压下，满足液压效率高、响应速度快的性能要求，采用新型无泄漏低惯量结构，并开展相关研究工作。主要内容有： 1）理论分析传统型电控喷油器偶件配合处的泄漏，找出了影响泄漏的关键因素。根据动态回油量试验研究，发现单独消除针阀偶件处泄漏后，在1200bar轨压下的其液压效率可由传统型的79.7%提升至90.5%，，在1600bar轨压下可由79.3%提升至92%，提升幅度分别为13.5%和16%。因此，可预测无泄漏低惯量新结构电控喷油器在1200bar和1600bar下均可提升到90%以上甚至更高。即，新结构电控喷油器能够在液力损失最小的情况下用于更高喷射压力的共轨系统。 2）以不易测量的流量系数和摩擦因子等7个参数为调整因子，选取针阀启闭过程t、t、循环喷油量q三个目标量同时进行标定。与以往单一标定循环喷油量相比，标定后的仿真模型可定量分析电控喷油器响应特性，提高了仿真质量。同时，标定过程中，采用正交分析确定标定顺序，优化拉丁超立方设计寻找标定方案。DOE方法的运用，有效的降低多参数多目标标定过程的难度。 3）针对新结构电控喷油器主要设计参数进行显著性分析和单因素分析。显著性分析给出了各参数对响应特性等性能指标的主次影响排序。单因素分析给出了各参数对响应特性等性能指标的具体影响规律。根据显著性分析和单因素分析结果可发现，控制柱塞头部直径和针阀导向直径对各项性能指标影响均不显著，针阀质量的小范围变化对各项指标影响均不显著。参数研究为新结构设计参数的变量筛选和水平优化提供了数据支撑。在参数研究过程中，响应面回归模型的应用可同时快速获得显著性分析和单因素分析结果，降低了计算成本。 4）根据参数研究结果，优化设计空间，并对针阀启闭过程时间t、t进行慢开快关和快开快关两个方向的多目标寻优计算。优化结果显示：循环喷油量一致时，慢开快关方向，新结构电控喷油器较传统结构在1200bar和1600bar轨压下，开启过程时间分别下降了7.7%和10.3%，而关闭过程时间分别下降了30.3%和31.4%。快开快关方向时，在1200bar和1600bar轨压下，开启过程时间则分别下降了52.3%和61.8%，而关闭过程时间分别下降了60%和54.3%。即：新结构电控喷油器较传统结构结构既可在不明显加快开启过程下得到快速的关断，也可同时做到快速的开启和快速关闭。同时，响应面模型与多目标遗传算法的结合极大的加快了优化算法的寻优速度，使得仿真成本下降90%以上。
【关键词】：电控喷油器 无泄漏 低惯量 标定 DOE 多目标优化
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 引言13-15
• 1.2 共轨系统电控喷油器的研究现状和趋势15-25
• 1.2.1 国外有关共轨系统电控喷油器的发展16-23
• 1.2.2 国内有关共轨系统电控共轨喷油器的研究状况23-25
• 1.3 主要研究意义和内容25-28
• 1.3.1 研究背景和意义25-26
• 1.3.2 主要研究内容和方法26-28
• 1.4 本章小结28-29
• 第二章 电控喷油器物理-数学模型和 DOE 近似建模及多目标优化理论29-49
• 2.1 电控喷油器结构29-31
• 2.1.1 针阀-顶杆-柱塞式电控喷油器结构29-30
• 2.1.2 无泄漏低惯量电控喷油器结构30-31
• 2.2 电控喷油器主要数学模型31-40
• 2.2.1 容积腔室压力模型31
• 2.2.2 运动件运动模型31-35
• 2.2.3 针阀座面最小流通截面处燃油流动模型35-36
• 2.2.4 喷孔喷射模型36
• 2.2.5 缝隙流动模型36-40
• 2.3 试验设计（DOE）基本理论40-41
• 2.3.1 DOE 基本概念40
• 2.3.2 主要 DOE 方法40-41
• 2.4 近似建模基本理论41-43
• 2.4.1 近似建模基本思想41-42
• 2.4.2 近似模型搭建的基本流程42-43
• 2.5 响应面模型（RSM）的介绍43-46
• 2.5.1 响应面模型（RSM）的特点43-44
• 2.5.2 响应面模型精度44-46
• 2.6 多目标优化理论46-48
• 2.6.1 Pareto 最优解46-47
• 2.6.2 多目标遗传算法47-48
• 2.7 本章小结48-49
• 第三章 电控喷油器液压效率研究49-58
• 3.1 电控喷油器液压效率概念49
• 3.2 传统电控喷油器偶件配合间隙处泄漏分析49-51
• 3.3 总低压回油量试验研究51-56
• 3.3.1 保压试验51-52
• 3.3.2 回油量平台试验52-53
• 3.3.3 数据处理53-55
• 3.3.4 液压效率分析55-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第四章 电控喷油器仿真模型的标定研究58-73
• 4.1 传统型电控喷油器仿真模型的搭建和标定58-70
• 4.1.1 搭建传统型电控喷油器仿真模型58-59
• 4.1.2 标定目标量的选取59-60
• 4.1.3 调整变量的选取60-61
• 4.1.4 正交析因分析确定标定顺序61-62
• 4.1.5 标定试验62
• 4.1.6 关键特征时刻点的获取62-67
• 4.1.7 均匀试验设计寻找标定方案67-69
• 4.1.8 模型预测精度验证69-70
• 4.2 无泄漏低惯量电控喷油器仿真模型的搭建和标定70-72
• 4.3 本章小结72-73
• 第五章 无泄漏低惯量电控喷油器参数研究73-96
• 5.1 主要性能指标73-74
• 5.2 参数研究用响应面近似模型的搭建及精度验证74-78
• 5.2.1 搭建响应面模型的目的74
• 5.2.2 参数研究响应面模型的搭建74-76
• 5.2.3 响应面模型精度检验76-78
• 5.3 基于响应面模型的显著性分析78-81
• 5.3.1 针阀开启过程时间 To2 显著性分析79
• 5.3.2 针阀关闭过程时间 Tc2 的显著性分析79-80
• 5.3.3 循环喷油率 q 的显著性分析80
• 5.3.4 稳定段平均喷射流量 H 显著性分析80-81
• 5.4 基于响应面模型的单因素分析81-95
• 5.4.1 针阀升程 L 的影响81-83
• 5.4.2 喷孔直径 Dori 的影响83-84
• 5.4.3 压力室直径 De 的影响84-85
• 5.4.4 出油量孔直径 Dout 的影响85-86
• 5.4.5 进油量孔直径 Din 的影响86-88
• 5.4.6 控制柱塞直径 Dpiston 的影响88-89
• 5.4.7 针阀密封直径 Dseal 的影响89-90
• 5.4.8 弹簧预紧力 Fspring 的影响90-91
• 5.4.9 运动件质量 mass 的影响91-92
• 5.4.10 控制柱塞头部直径 Dflapper 和导向直径 Dguide 的影响92-95
• 5.5 本章小结95-96
• 第六章 无泄漏低惯量电控喷油器关键结构参数多目标优化96-103
• 6.1 优化目标及约束96
• 6.2 设计变量筛选及变量水平优化96-97
• 6.3 基于响应面模型的多目标寻优97-100
• 6.3.1 优化目标量优化方向97
• 6.3.2 新建优化响应面模型97-99
• 6.3.3 NSGE-Ⅱ算法多目标寻优计算99
• 6.3.4 优化结果99-100
• 6.4 两种结构电控喷油器响应特性的对比100-101
• 6.5 响应面模型和 AMESim 模型的寻优计算成本对比101
• 6.6 本章小结101-103
• 第七章 结论与展望103-106
• 7.1 全文总结103-105
• 7.2 研究展望105-106
• 附表106-110
• 参考文献110-115
• 致谢115-116
• 硕士期间论文发表情况116-117
• 图标索引117-120

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴欣颖;欧阳光耀;白禄峰;;基于iSIGHT平台DOE方法的柴油机喷油器结构优化设计[J];小型内燃机与摩托车;2012年04期

2 王云岭;;新风集团高压共轨燃油喷射系统技术填补国内空白[J];中国经贸导刊;2010年15期

本文编号：833405