柴油机电控泵管嘴燃油系统及电磁阀的仿真研究

  本文关键词：柴油机电控泵管嘴燃油喷射系统仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

密级： 编号：

工学硕士学位论文

柴油机电控泵管嘴燃油系统及 电磁阀的仿真研究

硕士研究生：史镜海
指导教师 学位级别 ：李晓波教授 ：工学硕士

学科、专业：动力机械及工程 所在单位 ：动力与能源工程学院

论文提交日期：２００８年１月 论文答辩日期：２００８年３

月 学位授予单位：哈尔滨］：程大学

哈尔演ｌ＋科人宁：硕ｒ‘。丫：何论艾

摘

要

随着近年柬对柴油机经济性和排放要求的不断提高，加速发展柴油机 电控燃油喷射技术已经成为大势所趋。 本论文借鉴电控泵管嘴燃油喷射系统的特点和原理，对某型中高速柴 油机的传统机械控制式喷油系统进行电喷化改造。利用ＡＶＬ公司的液力系 统仿真软件Ｈｙｄｓｉ ｍ建立了此型柴油机电控燃油喷射系统的仿真模型。通过 仿真计算，获得了电喷化改造后燃油喷射系统的关键一阽结构参数。并且对 电磁阀在高压油路中的安装位置，电磁阀的响应速度以及电磁阀旁通泄油 口流通截面积对喷油特性的影响作了分析和研究，以便能对以后的试验工 作有所借鉴。 由于电磁阀是电控喷油系统中的关键器件，冈此小论文针对某型Ｆ［！．磁 阀的结构和特点，建立了数学模型。并运用Ｓｉ
ｍｕｌ ｉ

ｎｋ软件对其进行了仿真

研究，分析了驱动电压，初始气隙，弹簧预紧力，运动件质量等因素对电 磁阀响应特性的影响。经研究发现，增大驱动电压，可以显著缩短电磁阀 的关闭时ｌ＇日Ｊ；缩小初始间隙，可以提高电磁力，缩短电磁阀关闭时Ｉ＇日Ｊ；弹 簧予页紧力是电磁阀丌启的阻力，但也是电磁阀关闭的动力，应该根据具体 需要折衷考虑。

关键词：仿真；柴油机：电磁阀：燃油喷射系统

哈尔滨ｌ：科人学硕｝学伊论史

Ａ ｂｓｔｒａｃｔ

Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｓ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ’Ｓ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ
ａｒｅ

ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｈｉｇｈｅｒ ａｎｄ

ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ

ｒｅｃｅｎｔ

ｙｅａｒｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ

ｄｉｅｓｅｌ

ｅｎｇｉｎｅ’Ｓ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ—ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｅｌ ｔｈｅ ｔｉｍｅｓ． Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｈｅ

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ

ｓｙｓｔｅｍ ｑｕｉｃｋｌｙ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ

ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ

ｏｎ

ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ

ｆｕｅｌ

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ

ｓｙｓｔｅｍ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ－ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｅｌ

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ

ｓｙｓｔｅｍ
ｓｅｔ，

ｔｈｅｏｒｉｅｓ．Ａｎ ｅｍｕｌａｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ—ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｅｌ

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ

ｍｏｄｅｌ ｗａｓ

ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｈｙｄｓｉｍ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ＡＶＬ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｍｕｌａｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｇｏｔｔｅｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ．ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｅｌ

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｓｏｍｅ
ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｎ

ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｇｏｔｔｅｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ
ａｒｅａ

ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ

ｏｆ ｔｈｅ

ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ．
Ａｓ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ—ｃｏｎｔｒｏｌ

ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｆｏｃｕｓｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ａｎｄ
ｓｅｔ

ｏｎ

ｃｅｒｔａｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ’Ｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ． ７Ｆｈｒｏｕｇｈ ｅｍｕｌａｔｉｎｇ

ｉｔｓ

ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ’Ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｕｃｈ ｓｐｒｉｎｇ ｔｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｅ ｑｕａｌｉｔｙ
ａｓ

ｄｒｉｖｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ．ｉｎｃｅｐｔｉｖｅ ａｉｒ ｓｐａｃｅ， ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ

ｗｅｒｅ

ａｕｇｍｅｎｔｉｎｇ ｄｒｉｖｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｕｌｄ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ
ｕｓｅｓ

ｔｏ

ｏｐｅｎ ｆｏｒｃｅ

ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ；ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｂｅｃｏｍｅ
ｔｏ

ｉｎｃｅｐｔｉｖｅ ｍａｋｅ

ａｉｒ ｔｈｅ

ｓｐａｃｅ ｔｉｍｅ
ｏｎｅ

ｃｏｕｌｄ ｗｈｉｃｈ

ｍａｋｅ ｔｈｅ

ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ

ｂｉｇｇｅｒ

ａｎｄ

ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ ｕｓｅｄ

ｏｐｅｎ ｂｅｃｏｍｅ ｓｈｏｒｔｅｒ；ｏｎ ｔｈｅ

ｈａｎｄ ｓｐｒｉｎｇ

ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｈｏｌｄ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ’Ｓ ｏｐｅｎ ｂａｃｋ．ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｄｒｉｖｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ ｅｃｌｅｃｔｉｃａｌｌｙ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ ｔｏ

ｃｌｏｓｅ．ＳＯ ｉｔｓ ｖａｌｕｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ

ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｍａｎｄｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｄｉｅｓｅｌ
‘

ｅｎｇｉｎｅ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ：Ｆｕｅｌ

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ

ｓｙｓｔｅｍ

哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明ｊ本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个

人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到
本声明的法律结果由本人承担。

靶蕴船
月

哈尔滨１：科人学’硕十。’≯ｆ移论文

第１章绪论
１．１引言
随着社会和经济的发展，坏境污染和石油资源危机已经成为２ｌ世纪人 类面临的两个主要问题。围绕着减少有害排放和降低能耗这两个问题，世 界各国都在积极丌发、采用新的技术。在这种环境下，人们对柴油机的性 能也提出了越来越高的要求，传统的机械调控式柴油机已经很难满足这些 新要求…。 近年来，电控技术己成为柴油机研究领域的热点，而电控燃油喷射技 术是其中最重要的组成部分。电控柴油机的研制从整体来看可分成三个阶

段：上世纪７０年代为电控柴油机的开发阶段：８０年代为电控柴油机的实
用阶段；９０年代后至今为电控喷油系统更快、更完善发展的阶段，并且各 种电控形式层出不穷。在第三个阶段中较为成熟的有：电控直列泵系统、 电控分配泵系统、电控泵喷嘴系统、电摔共轨系统、电控单体泵系统等类 型㈦。 资料显示，新型电控喷油系统的最高喷射压力已达到并超过１５０ＭＰａ， 其中美国卡特匹勒公司的ＮＧＥＵＩ喷油系统的最高喷射压力为２０７ＭＰａ，而日 本电装公司和杰克赛尔公司联合研制的电控超高压喷油系统的最大喷射压 力可达３００ＭＰａ。“。对于传统的泵一管一嘴喷油系统而言，经过努力，最大 喷射压力可能超过１００ⅣｌＰａ，如德国ＢＯＳＣＨ公司ｆ ２０世纪９０年代在Ｐｓ７１００ 喷油泵基础上丌发的ＲＰ４６型直列喷油泵，在对结构进行了很多改进之后， 其最大喷射压力达到了１３５ＭＰａ，其ＶＲ—Ｍ喷油泵的最大喷射压力也达到 了１３５ＭＰａ，这代表了２０世纪９０年代传统的泵一管一嘴喷油系统喷射压力 方面的最高水平。 目前，在美国和欧洲，电控单体泵喷油系统的丌发主要集中在几家大 的发动机零部件制造商，美国ＤＥｌ。ＰＨＩ公司于２００１年推出电控单体泵 ２００（ＥＵＰ２００）喷油系统，由ＥＣＵ根掘发动机各传感器信号对喷油系统进行精

确控制，ＥＵＰ２００的最高喷油压力已达到２００～ｌＰａ。德国ＢＯＳＣＨ公司丌发了一
系列的电控单体泵喷油系统，在泵的出油口安装了高速电磁阀，控制喷油 量和喷油矿时，最高喷油压力也可达２００ＭＰａ。

哈尔滨Ｉ：科人学硕十学能论艾

１．２柴油机电控燃油喷射系统的发展概况
柴油机电控系统，广义上包括对柴油机所有参数的电子化控制，又称 为柴油机管理系统（ＥＭＳ）：狭义上主要指的是对喷油系统的控制，即人们常

说的．‘‘电喷’’（Ｅ１）。柴油机电控燃油喷射系统从２（）ｔＨ：纪７（）年代时丌始迅速
发展，其硬件的发展经历了位置控制、时间控制和压力挎制三个阶段¨‘。

１．２．１位置控制式电控燃油喷射系统
第一代电控喷油系统是位置控制式，即在不改变传统喷油系统结构的 基础上，用电控组件来代替原有的机械控制机构，提高控制精度和响应速 度。其优点是无须对柴油机的结构进行改动¨’，生产继承性好，便于对现 有机型进行技术改造；缺点是控制自由度小，精度差，喷油率和喷油压力

难于控制，而且不能改变传统喷油系统固有的喷射特性，因此很难较大幅
度地提高喷射压力。 典型的位置控制式电控喷油系统有：德困ＢＯＳ（＇／－Ｉ公司的ＲＰ３９和ＲＰ４３型电 控直列喷油泵；同本小松公司的ＫＰ２１型电控直列喷油泵１“：同本电装公司 的ＥＣＤ—Ｖ１型电控分配泵；英国Ｌｕｃａｓ公司的ＥＰｌ（：型电控分配泵、美国 Ｓｔａｎａｄｙｎｅ公司的ＰＣＦ型电控分配泵等。

１．２．２时间控制式电控燃油喷射系统
第二代电控喷油系统是时问控制式，利用柱塞泵可承载高压的特性， 并采用高速强力电磁阀的溢流特性来控制喷油量希ｌ喷油定时，但由于电磁 阀的响应时ｌ’日Ｊ对喷油过程的影响较大，特别是在高速时，电磁阀的响应速 度相对变慢”’，，因此，必须对电磁阀进行合理的设计，以尽可能缩短响应

时间，提高控制精度。典型的时间控制式电控喷油系统有：德国ＢＯＳＣＨ公司
的ＰＤＥ２７／ＰＤＥ２８系统；英国Ｌｕｃａｓ公司的ＥＵＩ系统；美国底特律阿列森公司 的ＤＤＥＣ系统等。

１．２．３时间一压力控制式电控燃油喷射系统
第三代电控喷油系统是时间…压力控制式，利用高压共轨或共轨蓄压 或液力增压形式获得高压，采用时问一压力式燃油计量原理，甚ｆＪ高压油泵

哈尔滨Ｉ：稗人学硕十学何论文

并不直接控制喷油，只是向公共控制油道（兆轨）供油以维持所需的共轨Ｊ『ｉ三 力，通过连续调节共轨压力求控制喷射压力，利用电磁阀控制喷射过程。 同时根据柴油机运行工况的不同，适时控制喷油量与喷油定时，从而达到 与其相适应的最佳状念…。由于共轨式喷油系统中共轨压力与喷射压力互 不相关，因此其喷射压力不受柴油机转速和喷油量的影响。共轨式喷油系 统耿消了齿丰Ｔ‘、调速器、提自仃器等传统的油蹙凋节机构，利用高速电磁阀

控制系统的喷油量、喷油定时、喷射压力及ｕ贲油速率等，实现了喷油系统
的全电子控制，将高压喷射与电子控制完美地结合起来，目前已成为柴油

机电控喷油系统研究领域的重要课题与发展趋势…。

１．３电控燃油喷射系统模拟计算的意义及现状
１．３．１模拟计算的意义
电控喷油系统是目前研究丌发电控柴油机的核心，为此，世界上各大 公司都在丌．发高喷油压力的电控喷油系统。进入９（）年代以后，电控喷油系 统的发展更快、更完善、且使用范围进…步扩大。但总的来说，这些发展 主要集中在结构形式以及与其相匹配的控制系统的丌发上”’。众所剧知， 喷油规律的实现与喷油系统中各部件的结构参数密切相关，而各参数之｜’日Ｊ 也是相互联系的，改变任何一个参数，都会引起系统性能的变化。因而， 研究开发一个新的喷油系统，不仅需设计出系统的构造和机理使系统各项 性能指标达到希望值，而且需要在系统满足各种性能的情况下，寻求各部 件结构参数的最佳匹配。 研究燃油喷射系统的传统方法是试验ｍ”，即设计出各种结构并加工成 零件，然后进行组合试验。从分析试验结果中找Ｈ｛较好的配组方案。这种 方。法的明显缺点是必须花费大量的人力、物力、财力，需要很长的研究周 期，而且往往由于处理试验结果的方法和效率的原因，在大量的试验数据 和曲线而前感到束手无策，试验研究方案毕竟是有限的，因而代表性受到 限制，特别是新型的电控燃油喷射系统，又是由一系列复杂的磁、电、机、 液元件所构成，各种参数之间相互作用，相互影ｎ向，关系十分复杂，不存 在单参数显式解析关系。

电子计算机的广泛使用，使计算研究代替了试验研究。燃油喷射过程
模拟计算是指从燃油喷射系统的物理模型出发，用微分方程对喷射过程进

．；；；；；；；；；；ｉｉ；；；ｉ；；；；ｉ；；Ｉ；；——————ｉ——————；；；；—ｉ—————————Ｉ—；Ｉ；ｉ；；；ｉ；；ｉ；；；；；
行数学描述，然后编制计算程序，运用计算机数值求解微分方程，以求得 各参数随时间（或随曲轴转角）的变化规律ｍ’。 燃油喷射过程模拟计算对于丌发新系统的重要性已经为人们所共识

哈；Ｊ：滨Ｉｊ榉人‘子：硕十学何论文

了。经试验验证的喷油系统模拟软件不仅可以用来改进和优化现有的喷油
系统，还可以分析各种新型喷油系统的喷射特性：在系统变参数分析上更

具有试验无法相比的低成本、高效率等优越性。燃油喷射模型也可以考察
一些用常规技术测量手段测不到的系统特性…’。此外，燃油喷射模型还可 以用来扩展现有的柴油机循环模拟及柴油燃烧和废气排放的多维计算模 型。随着柴油机硬件在环动态实时仿真这一新领域研究的不断深入，对燃 油喷射模拟的准确性以及实时性也都提出了更高的要求。因此燃油喷射系 统模拟计算的意义就在于： ｌ、简化试验过程，降低试验消耗，节约丌发时Ｉ＇ａＪ。研究试验无法测试 的参数与性能，起辅助试验与设计的作用。 ２、分析喷射特性
’

德累斯顿科技大学的Ｚｅｌ １ ｂｅｃｋ等人利用模拟计算研究了单体泵喷油系 统、泵喷嘴喷油系统以及共轨式喷油系统喷射特性的对比。江苏工学院高 宗英等人通过对燃油喷射过程中出现空穴时变音速、变密度的研究分析了 系统在有窄穴时的喷射特性。 ‘３、喷射系统改进与门：发
Ａｋｉ ＲＯＴｊ

ＭｉＵＦａ等人运用模拟计算柬分析设计凸轮型线，实现适应排放

要求的喷油速率控制，Ｈ．Ｒｅｒｌａｃｈ等人运用模拟计算结合试验研究了靴型 喷油速率控制实现的可行性。 ４、完善燃烧模型。 ５、为柴油机实时仿真提供数据。

１．３．２电控燃油喷射系统模拟计算的现状
早在三十年代，人们就已经通过试验和理论柬研究柴油机的燃油喷射 系统。但是由于计算复杂，耗时过多，喷射模拟的研究还是受到了限制。 从６０年代起，电子计算机的应用以及燃油喷射系统在柴油机发展中的重要 性闩益突出，喷射系统的模拟计算得到了发展…’。圈内在燃油喷射系统喷 射过程模拟计算方面的工作是从７０年代初）＿ｆ始进行的。高宗英等人在精确 考虑孔式ｎ贲嘴物理模梨、气穴以及变音速、，叟律汁建的计算处理方巾ｊ以及清

哈尔滨Ｉ＋科人学硕｝ｊ０：：悔论文

华大学在低速异常喷射机理领域的研究都取得ｒ积极的成果。此外，上海 柴油机厂、无锡油泵油嘴研究所等单位也都相继进行了模拟计算程序方面 的丌发工作…１。 但是这些模拟计算都是针对机械脉冲式喷油系统，目自，Ｊ，常舰喷油系 统的模型研究已经深入到对泄漏、流量系数、空穴、异常喷射等问题的研

究。对于电控喷油系统，由于在油路中增加了电磁阀使得原来简单的单管
两边界液力系统变成了多管三边界系统，主油路中的压力波传播模式和液 力过程大大复杂化；而喷射过程的模拟很大程度上取决于对电磁阀动念过 程的模拟，而这～过程又是电、磁、机、液物理过程的综合，其物理数学 模型相当复杂。这些给模拟计算带来了很大的困难。国外也萨处于发展完 善的过程中。国内清华大学电控柴油机课题组欧阳明高等人对汽车用电控

泵一管～嘴燃油喷射系统进行了研究，取得了可喜的成果”’。

１．４本论文的主要工作
本文以ＡＶＬ公司ＨＹＤＳＩＭ软件和ｍａｌ，１ ａｂ软件为平台，做了以下工作： １、对电控泵一管一阀一嘴燃油喷射系统的结构、原理及特点作出较为 详尽的分析。明确其系统模型的各个主要组成部分。 ２、根据系统模型的各个组成部分，通过适当的简化假设，在ＨＹＤＳＩＭ 软件下建立电控泵一管一阀一嘴燃油喷射系统的仿真模型。

３、根据系统需要，选择适当型号的电磁阀，分析电磁阀的结构特点，
建立电磁阀的数学模型，并用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对其进行仿真研究。分析影响电磁 阀ｎ向应特性的因素，电磁阀启闭时刻对喷射性能的影响及其与喷射系统的 匹配计算分析。 ４、对燃油喷射系统进行仿真计算，分析仿真结果，优化燃油系统的关 键性结构参数。

哈尔滨Ｉ：样人学硕｛．学他论文

第２章电控燃油喷射系统的物理及数学模型
２。１电控燃油喷射系统的选择
根据我国柴油机发展的特点．以及固外研制电控喷油系统的方法和经 验，选择电控泵一管一阀一嘴系统作为设计系统。在传统的机械控制式泵 一管一嘴系统的结构基础上，取消喷油泵柱摩螺旋线和齿条拉杆，只在高 压油路中直接引入一个快速电磁阀，来控制燃油的喷射定时和喷油量。快 速电磁阀设置存高压油泵与喷嘴ｆｕＪ的高压油管中，起到一个溢油口的作用。 当柱塞泵油时，若电磁阀无电丌启，则溢油口也打玎，这时高压油泵内的 燃油压力无明显上升，燃油经溢油口流出，针阀处于关闭状态；当需要喷 油时，电磁阀通电吸合，溢油口被关闭．燃油压力迅速升高，针阀打．丌， 向缸内喷油。若要停止喷油，则电磁阀断电丌启，使高压油管中的压力急 速下降，针阀落座，喷油即刻停止。电磁阀的通电、断电时刻，控制了喷 油定时和喷油量。如图２．１所示。

图２．１电控燃油喷射系统方案

哈尔滨ｌ：稗人２≯硕十学位论文

２．２系统的工作原理
应用电磁阀直接溢流调节方法改造传统泵喷嘴时，电磁阀安装位置只 有一种选择，就是像传统的机械溢流调节机构一样，与柱塞和喷嘴组件结 合在一起。这种结合除了提高控制喷油定时和喷油量的控制灵活性以外， 显然不可能对传统泵喷嘴系统的固有机液特性进行革新。但是，当把电磁 阀直接溢流调节原理应用于传统泵一管一嘴系统时，情况却大不相同，首 先，在传统喷油泵中，柱塞同时承担供油加压和调节供油最两大功能，它 们在结构上是分不丌的，但采用电磁阀溢流调节作用后，柱塞只承担供油 加压功能，而供油量的调节任务则由电磁阀单独执行，故供油与调节机构 在结构上得以分离丌来，成为两个相对独立的机构。事实上，对于直列泵 而言＋，这样的设计也是必须的，因为每缸设置一个电磁阀必将受到油泵结 构空间的限制““。因此我们可把电磁阀作为一个独立部件移到泵外，放置 在油泵和油嘴之间的某一特定位置。从而构成了如图２．１所示的系统结构。 这一变革显而易见的优点是传统油泵结构的简化和强化。油泵不仅没有因 增设电磁阀而复杂化，而且还因此取消了传统的齿条齿卡１：、螺旋槽而简化， 这将使高压供油能力大大加强。这种变革的重要意义在于如果进一步为控 制阀在喷嘴和油泵之侧选择一个最佳位置，那么，传统泵一管一嘴中的压 力波传播模式将被打破，喷射特性将得到改善。 ｌ、初期喷射调节 当杜塞上升时，电磁阀处于丌启状态，燃油从电磁阀口高速泻流，当 电磁阀快速关闭时，它将引起一个油锤压力波，此压力波同时朝油泵和油 嘴传播，当下行压力波到达喷嘴时，如果其压力高于起喷压力，贝Ｕ喷嘴打 丌。而一Ｌ行压力波到达油泵时，它与油泵提供的压力波相叠加，然后，再 往喷嘴方向传播，形成主供油波。因为在首先到达喷嘴的“油锤”压力波 与迟后到达的主供油波之ｌ’白Ｊ，喷射能量有限，故形成了低速率的初始喷油 段。 ２、主喷射过程 这～阶段喷射是由来自油泵主供油压力波产乍的，完全由供油率控制。

出于新系统中油泵的简化与强化，故可通过￡与轮和柱塞的没计达到理想的
高毛喷速率。 ３、喷射切断调节

哈尔滨１：料人学硕十学何论文

传缓泵一管一嘴系统是由柱豢溢流概构与｝｛ｊ滴阀共同束调节喷射切断 过程的““。而在新系统中，它是在电磁溢流阀的控制下完成的。当电磁阀 快速打玎时，高压燃油与低压燃油直接相通，高速泄流。藤且由于电控阀 溢流位置比传统柱塞溢流位置离喷嘴更近，因此，喷射被迅速终止，‘实现 了所谓的“高压切断”。应当注意的是，如果仅仅是快速切断，燃油可以

降至《零压以下，滋现空穴。值得庆幸的是，窀磁阀打玎雩ｌ起的减逐波传到
油泵需要时间。在这一段滞后期，控制阀处燃油压力虽然在迅速下降，但 涟泵供漶过程仍在继续。这一压力波对高压卸载过程起到了缓冲作耀。虽 然在丌始卸压时由于电磁阀口两边过大的压差使湘管压力迅速下降，但当 腿差逐步减少时，供油压力波的缓冲作用愈加明显，从而形成“先急后缓” 辑理想卸载特性。 由上述系统原理可以得知，该系统具有很多优点：第一，它能产，￡特

殊妻勺低初始喷油率调节功戆。这种功熊是电拧泵喷嘴系统所望尘葵及的。
第二，它消除了传统泵一管一嘴系统中的有害压力振荡，大大降低了二次

喷射和不规则喷射发生的机率。同时又因油泵简化与强化，使供油能力提
高。赦它的高压喷射麓力可以与电控喷嘴媲美。第三，它蕻有良好的适应 性。首先是结构适应性，即它能比电控喷嘴更好的与发动机整机匹配，安 装性极好，驱动性十分简单，也正是由于这～点，它的总裁本毙电控泵喷 嘴系统低。此外，它还具有性能的适应性，即它具有一种比电控泵喷嘴更 “软”的机液特性，更能适应大的转速和负载范围川。 由以上对电控泵一管一阀一嘴燃油喷射‘系统喷射过程工作原理的描述 可以看出，与传统泵一管～嘴系统燃油喷射的模拟计算相比，这种时间控

制式的电掇燃漓喷射模拟除包括机械、液力过程外，还增蕊ｌ了电、磁蘧大
部分，而且主油路与主方程较之单管系统缓复杂得多，难度也大大增加了， 疑体表现在以下几个方蕊： ｌ、高压系统肉压力波传播模式增多。睡ｌ于电磁阀的存在ｊ高压滴路变 为三管联接模式“”，压力波在其中的传播远较传统泵一管～嘴系统单管中 麴压力波传播复杂，因此，燃油流动的丰控别方程数增翻。 ２、控制喷油过程的主动边界增加。油粲控制供油速率，电磁阀控制喷 漆过程。 ３、电磁计算的雩｜入大大增加了计算难度。由于离速强力电磁阀是控制
．

喷油的核心部件，因此其丌关特性模拟的好坏直接影响到整个喷射过程模
８

哈尔滨Ｉ．槲人学硕十’’｝：１．ｆ７：论文
ｉ： ｉ．．．．．．． Ｉｉｉｉｉｉｌ
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一——Ｉ—Ｉ—ＩＩｌｌ…一—ＩＩＩＩＩ—ＩＩＩＩ；ＩＩ；ｉｉ；

拟的准确性。僵闲酶这方面的工作还不穰完善。 ４、离低压系统耦合。由于燃油喷射原理改变，喷油定时和喷油毽完全

由电磁润控制实现，因此除喷油过程外，其余二个工作过程中，高、低压
油路都怒相通的。高、低压油路的压力波动会相瓦影响：

２。３系统的数学模型
通过ｄ，Ｊ．丽的理论分析可知，一方面，电控泵一管一阀一嘴燃油喷射系 统函喷浊泵、高压灌管、电磁阙以及喷浦器组成，阅此完整豹数学模型毒曩

应地有四个模块；另一方面，电挖燃油喷射过程的模拟还存在机械、液力、
电、磁四个部分相耦合的情况，因此每一模块又可分解为数个子模块。 在这罩，将就除电磁阀以外的模块进行分析，啦ｌ磁阀部分将在第四章 进行详细说明。

２．３．１凸轮模块
凸轮型线是影昀喷油特性的重要因素，出于泵腔压力很大程度上取决 于喷射阶段的柱塞速度，所以由凸轮型线决定的凸轮速度特性就非常萋要：
特别是供油丌始和供油结束点对应的速度碟ｊ线更重要，对了解喷油嘴的喷

油过程有决定性意义ｍｔ。ＰＡ６Ｂ燃潮系统的凸轮犁线采用复合正弦抛物线凸
轮型线。其凸轮的运动规律分为以下几段函数：第…段ｉＦ加速度段，采用

二分之一波的短瘸期大振ｌ隔的矛弦函数；第二翻第三段分鬟嗣烈分之一波
币弦函数和抛物线函数相衔接，构成负加速段。缓冲段用余弦函数过渡。 备段方程如下： １、余弦型缓冲段（加速度线型为余弦）

岛?＝％【１堋ｓ‘蠢妒）】

（２—１）

。

等２‰意ｓｉｎ（蠢妒） 等钏去）２ｃｏｓ（蠢谚
２、第～工侮区段（半波证弦ｊＦ妻｛３速段），存哦蕊够≤巾。区翔：

（２嘲 》ｔ３）

９

；；－
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哙尔滨１：糕人卷ｊ－硕士学能论文
ｍ＇＇；ｉ［［［ｉ
ｌｌ ．．．．．．．ｉ ｉｌｌ ＩｌｌＵ ＩＩＩＩ

Ｉ黼；ｉ；；；裔茹

％?＝”ｑ?（ｑ，－００Ｍｊ，＿ｓｉｎ‘≤≥‘伊－－００）】（２－４）

３、第二工作区段（四分之一波讵弦负加速段），在◇；≤鲠篷◇！区问：

ｈ＃２－＇－‰Ｆ＋咏妒∞１）十ＣＴ２：Ｓｉｎｆ志（伊∞Ｉ）】（２１）
等吗峨≤与鲻【翥焉旷蚴】睁８） 等～吲纛≥】２ｓｉｎ【忝‰（妒∞１）】浯９）
岛．３＝红．２，，＋Ｃ｛ｌ（◇３一缈）４－－Ｃ：１２（◇３一伊）２＋Ｇｊ
（２～１０）

等砥也上０，－００ ｃ？ｓ【矗（舢棚协５） 争％ｆ矗炳科矗（矽－００）ｊ浯６）

４、第三工作区段（抛物线负加速段），在中！≤仍≤ｍ，区｜’日Ｊ：

等卅（－３ｌ（国ｊ刊、２ｑ０３－）

（２训）
》１２）

警《２ｑ０３－ｑ’）２＿２Ｇ：

上面１ ２个公式中有７个待定系数（ｊ”（：２、（’’。、Ｇ：、Ｇ，、Ｇ：、Ｇ，。 这些系数可以根据凸轮运动娥律的连续性来确定，即在各个工作区段交点 处，按前后段公式计算出的升程、几何速度、几何加速度必须相等。掘此 得到下到方程：

Ｇ一‘中－一西。）＋（之?‘￥：－，０，）＋Ｇｚ：Ｇ，一％‘ｍａｘ＝ｏ
二２（０２一◇，）

（２～１３）

Ｃ轴－（７沁矗咄；上２００卸＋（２－１４） ¨ｑ。矗＿％＿
（－。（◇，一①：）４一Ｇ：（ａ），一中：）２十?ｃ，＝６

＝０’（２－Ｉ ５）

Ｇ：（高］２一ｔ２Ｇ；ｔ由，一◇：，２—２（ｊ：＝９
解得：

．Ｇ一一４Ｇ，（￥，～◇！）３—２Ｇ２（国，一辔，）＝ｏ一

（２～１６） ｅ２～ｔ？， （２～１８）

哈尔滨Ｉ：稃人学颧＋学侮沦艾
．．．．．ｉ，，ｉ，１，１１１［ ｉ＂

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Ｃ２ｌ＝Ｇ２颤 Ｇ２＝（：２ｋ｝

（中ｌ一◇ｏ）

（ｊｔ＝Ｇｚ丽１－Ｚ
Ｃ３２＝早
垒（ｊ。…Ｖ０～Ｔ

（２—１９）

Ｇ３＝Ｇ２ｋ２

妒８ｚ（挚）２
睁５＋６Ｚ、＇Ｏ。一蚶 乜。—＿Ｉ（ｐ）一①２ 乜。华（ｍ，一ｍ：）Ｊ
’

（２～２０）

Ｋｌ＝ｋ｝＋｜ｊ｝２（◇２一◇１）
ｌ ｛ ０、

２

ｌ，

好ｋ３＋４Ｚ（半）
．

另外需要对负加速度段进行限制：

垃：垡２堑ｉ／：堡笙２：一：ｚ＜１ ＱｒⅦｄ２ｈ∞１０ ｄ矿
。２

（２－２１） （２—２２）

即 式中：巾，

…～

６Ｇ，《◇，一◇！）２一（１－ｚ）Ｇ２＝ｏ

相应工作区段终点的凸轮总转角（ｆ＝１，２、３…）（儿

不在三角函数符号内的都用弧度计算）；

岛护岛饵 岛。、‰，．

…一 …～

分别为榻应区段终点、起点柱塞拜程；
分别为相戍区段桂塞升程和缓冲段升程。

哈灸：演ｌ：群人学颈士学传论文

２．３。２喷油泵的基本方程
在该系统中，喷油泵柱塞取消了螺旋槽以及齿条拉窄Ｉ：，喷油泵的基本
方程如Ｆ： １、控塞腔的连续－８程：

．办?争誓警一厶警一嘶㈨莎，以ｈ％魄）仨（肛黝卸
（２－２３）

式中奠＝｛！｜ｌ乏三竺为燃油流经进出油孔时的流动方向判别系数， ｓ：＝｛∑１只Ｐｐ＞＞只Ｐａ，为燃油流经进如油阀时的流动方向判别系数，而．疋（ｘ）为进
油孔流通面积，是柱塞升程ｈ的函数，如陶２．２所示：

＜■－

∥

隧 ｏ／
（２－２４）
‰ｓ聍一‰＜ｚ‰

图２。２进油孔流通面积简图
‘

ｌ。‘１１１ｍ＝７ｒ略ｈ≤ｈＨ
ｌ
ｓ片：

．￡ｅｘ，＝｛’厶一；＿＿嚣‰三二二霉？２‰
１
秒ｈ一‰２ ２仫
Ｓｑ
２

ｓ（ＨＢ—ｓⅪ惴

（２－２５）

式扎．‘
ｄｔ

柱塞横截面积（ｅｍ：’）： 计算步长（ｍｓ）； 柱塞腔容积（ｃｍ。）； 柱塞腔燃油压力（ｂａｒ）： 燃油中的音速（ｃｍ／ｓ）；

■

０
ｄ

哈尔滨ｌ：捌人学硕十学位论文
ｐ

…一

燃油密度（ｋｇ?ｓｊ／ｃｍ‘）；

２、柱塞的运动方程
。

式中：ｈ。
门，，

～～ 一一 一一

盟：６‰盟 ｄｔ
ｊ

（２—２６）

ｄ西

柱塞升程（Ｃｌｌｌ）： 油泵的转速（ｒ．Ｐ．ｍ）； 油泵的凸轮转角（。）。

≯

２．３．３高压油管的基本方程
高压油管的计算应用一维流动的纳维埃?斯托克斯方程。为了简化假

定粘性阻力与流速成币比，以取代粘性项∥芸。层流时，阻力系数Ｋ为 ０ｘ—
ａ，。

ａ２．。

常数，紊流和过度流中Ｋ均随流速变化。而迁徙项“娑在计算中可以忽略。
０ｘ

讨论一个以音速运动的坐标系时，迁徙项和惯性项之比是

“塑，丝≈—ｕ（Ａｕ—／△ｘ）／
ａｘ

式中：“

…一

高压油管内燃油流速（ｃｍ／ｓ）。

“一——≈一＝Ⅳ一＝一
：Ⅳ竺：兰
Ａｘ

（２—２７） ＬＺ一么ｆ，

ａｔ

Ａｕ／△，

ａ

当燃油平均流速材≤３０ｍ／ｓ，Ｏ≈１４００ ｍ／ｓ时，其比值不超过３％。因此

该迁移项可以忽略，高压油管一维可压缩不稳定流动的控制方程可简化为：
十

印 ｐ尼
＝０ ．一

印一况孔一出

》蔷 砒％÷叩
摹一西

式中：Ｐ‘～～

高压油管内燃油压力（ｂａｒ＇）。

将管长为Ｌ的高压油管沿着燃油流动方向分成ｎ等份，并且使得

ｄｘ＝Ｌ／１＂ｉ＝ａ．ｄｔ，则油管的边界点为点ｌ（Ｘ＝１）和点ｎ＋１（ｘ。。＝Ｌ），当管中
出现一维不定常流时，管中任意点、任意时刻都可能有左右两个方向传来 的压力单波到达，而根据高压油管速度波的传播原理，油管任意一点 ｉ（五＝（，一１）?Ｌ／珂）的右左行速度波大小为：
“

ＯＭ 忙 ‘

ｌＩ “

ｆ 一

．；¨ｑ

㈣
２ —２ ９

“

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哈磊：滚ｌ：氍人学硕士’学位论文
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—Ｉ∞ＩＩ

嗣理，压力波大小为： 最 只
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越强∽ ２
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３Ｏ

《霆“堆 括

ＩＩ

墨一口ｔ一酲

一

￡一野

遣

ｂ

油管在ｉ点的压力和速度为：

Ｐ（ｔ）＝Ｐｏ＋最（，）十ｅ（，）

ｕ（ｉ）＝“什（ｚ）＋＂，（，）＝二【颤（，）一０．（，）】
ａｐ

ｌ

（２一：；１）
‘．

在实际计算中，将偏微分方程转化为常微分方程，采蔫特征线法可得：

矗ｐ渤＋矗Ｐ＋２ｋＹｑｐｕｄｔ。０
不。
３
● ｌ

（２—３２）

其中Ａ＝ｄｘ／ｄｔ＝±臼，是两组斜率为一１／（，，ｌ／ａ的特征线，如图２．３所

习

１ ｒ

ｌ

／＼
血 血
』

２

～

ｉ－１

ｉ

ｉ＋ｌ

图２。３特征线法示意图 故可得管内第ｉ节点，＋越时刻的状念，见公式（２－３３）、（２—３４）。

Ｐ批＆＝去【∥一ｌ＋ｐｆ＋ｌ＋坟尹＜嘭一ｌ一畋１）－ａｐＡｔ（ｋｆ＿ｌ掰；一ｌ一致ｌＵ川Ｉ ｔ）】
二

《２～３３）
（２—３４）

掰，＋加：丛＝！＝筻！！±１２１垡二！±垡！！！二竺坐！！型＝！型＝！±！！』！！堡！！！
２ａｐ（１十是：“”Ａｔ）

而边界点的计算则需与边界方程联立求解。 粘性阻力系数ｋ幽燃油流速确定，

；；赫赫；；；；；盏茹笛；；；；ｉ；誊Ｉ

哈尔滨｝‘程人学硕＋学位论文 ＩＩ——
ＩＩＩＩＩＩＩ—［—Ｉ

Ｉ————————Ｉ——Ｉ—Ｉ—Ｉ—Ｉ———Ｉ—————Ｉｌ；ｌｌ；；；；蔫；筝；

ｋ＝

。．。。。。４７６ 端
．

１６ｖｕ：

ｚ…４

Ｒ，＜２３２０
（２—３５）

２．．，２０《Ｒ。，＜４０００

叫唰７等瞥
式中，雷诺数Ｒ，：丝堕，
１，

墨．＞４０００

１２

ｄ
ｖ

…一 …一一 …一

ｔ时刻燃油平均流速（ｃｍ／ｓ）；
油管内径（ｃｍ）； 燃油运动粘度（ｔｉｎ：／ｓ）。

当柴、漓为连续介质时，其弹性模量和密度近似等予常数，一般取：
Ｐ＝０．８３ｘ

１０‘’堙／ｍ’

Ｅ：１．６ｘｌｏ＂Ｎ｜ｍ２

亡

ａ０４１：鱼『．＝＾ｆ一２ １４００ｍ／１Ｓ
．２．３．４喷嘴端的基本方程
ｌ、针阀腔中的连续方程

石１

ｙ。ｉａｌ＇．＝矾咆．‘警咆硝巾扫耻珞ｌ∽３６）
ｃｌ燃油流经针阀座而时

式懒＝”器≯和｛：是＞＜≯Ｐｊ
的流动方向判别系数。 式巾：矿，

…一～ 喷嘴腔容积（ｃｍｌ）； 置 …一 喷嘴腔簇力（ｂａｒ）： ｔ …一 针阀承压面积（ｃｎｌ２）： …一 针阀座丽流量系数； ∥。 ｙ。～一一针阀嗣＋程（ｃｍ）； ～… 压力肇压力（ｂａｒ）： 尸，。 …～ 针阀座恧有效流通丽橛（ｃｍ：）。 厂（ｙ。）

哈尔滨Ｉ：群人学硕一卜学传论文

２、针阀的运动方程

式中：所。 。磊

…～ …～

致挚‘－《ｐ：微峨曩吨《欺＋驴￡去
针阀组件的运动质量（ｋｇ）； 压力室横截面积（ｃｍ！）。
’

》㈣

３、疆力室中的连续性方程

式中：∥。．

…～ 一～

钒㈣咖刊锨，＿扫匕小警警浯３８）
喷孑Ｌ流量系数； 喷孔总面积（ｃ辨？）；

．‘。

４、喷油率方程

式中：９

…～

言。黥，ｍ’蚓匕一只ｌ 等魄州弛叫
喷油量（ｃｍ３）。
‘

‘

浯㈣ 铭弋∞

２。４本章小结

本章确定了电控燃油喷射系统的结构形式鸯电控泵一管一阀一嘴系 统，在传统的机械控制式泵一管一嘴系统的结构基础上，取消喷油泵柱塞 螺旋线和齿条拉杆，在高压油路中直接引入一个快速电磁阀。根据系统的
具体结构形式麓明了系统的工作原瑗，分极了各系统部件的基本方程。

１６

；ｍｌ—Ｉ

哈尔滨Ｉｊ程人学硕十学何论文
ｉ；—；———ｉ；ＩＩ；Ｉ；—；——一；；—————————Ｉ—Ｉ—ＩＩｌｌ——————ＩＩ————Ｉ

ｉ；————————————————————Ｉ——————————一

●

第

章电控燃油喷射系统的仿真模型

３．１仿真软件ＨＹＤＳ Ｉ Ｍ简介
在柴油机喷射过程的模拟计算和研究中，如果采用传统的燃油系统喷 射过程模拟计算方法，必须首先将喷油系统整体细分成各个微元，然后根 据能量守恒方程用欧拉算法或有限单元法对每个微元采用空ｌ’Ｂｊ积分形式的 流体力学公式分别建立封闭方程组，直接编制程序进行计算，工作量非常 大…。。更主要的问题是无法实现不同结构伟置的燃油系统程序的共享。

本文采用奥地利ＡＶＬ公司开发的专业的液压模拟计算软件ＨＹＤＳＩＭ进行
建模计算。该软件是一个基于流体动力学理论和多体振动力理论的专门用 柬进行液压喷射系统的模拟计算分析软件。 ＨＹＤＳＩＭ软件采用模块化的方式建立计算模型，按结构和功能的不同， ＨＹＤＩＩＭ软件有１５个功能组元：边界组、凸轮组、刚性质量组、活塞组、 容积组、油管组、泵油元件组、阀组、分流元件组、节流元件组、控制元 件组、压电激励组、流量孔组、喷油嘴组和针阀组。存每个组元中，还可 以根据不同的结构特点以及功能上的差别选择不同的元件。功能组中的各 个元件都有输入和输出参数表，并可对输入输出表进行修正。各种元件之 间的连接可以有三种方式，有液压连接，机械连接，还有特殊连接。利用 这些元件，用户可以根据自己的实际系统，灵活搭建各种计算模型。ＨＹＤＳＩＭ 软件采用人机交互方式建模，操作灵活方便，界面友好，功能强大，参数 输入、编辑简唯方便。ＨＹＤｓＩｊｌ６软件还有强大的后处理功能，’能对讨’算结果

按照用户要求生成各种曲线图表以及提供纯文本格式的输出结果文件…，。

３．２电控泵一管一阀一嘴燃油喷射系统的Ｈｙｄｓ ｉ ｍ模型
３．２．１系统在Ｈｙｄｓ ｉｍ软件环境下的模型描述
电控泵一管一阀～嘴燃油喷射系统的Ｈｙｄｓｉｍ模型包括以下几个组成 部分：喷油泵、高压油管、电磁阀、喷油器，如图３．Ｊ所示。
，

哈尔滨１‘种人学硕’｛“半吖奇沦文

在喷油泵部分，本系统的喷油泵仍然采用凸轮驱动的方式。构成喷油 泵部分的主要元件包括凸轮、泵体、体积，考虑剑杜塞偶件的泄漏还添加 了一个柱塞泄漏单元及边界条件泄油背压。与传统的机械控制式喷油泵相 比较，电控系统中的喷油泵由于取消了出油阀、齿杆、齿条、螺旋槽、进 回油孔，结构变的相对简单。
高压油管由两部分组成，分别起连接喷油泵与电磁阀的作用和连接电

磁阀与喷油器的作用。这样安排可以较好的控制压力波在油路内的传播，
保证良好的喷油特性。 在电磁阀部分，由于采用时间控制的控制方式，且仅对燃油喷射系统

中的油路进行仿真，因此电磁阀可以简单的视为由时ｆＮＪ控制流通截面积的

哈；ｌ：滨｝：挥人学硕＋学侮论文
；；；茹黼ｉｉｉ；ｉ；嵩赫赫ｉ；；ｉ；；Ｉ————————Ｉ—————————Ｉ—一————ｉ茹Ｉ—————————Ｉ Ｉ—Ｉ———————————————Ｉ；茹；

理想元件。主要组成元件有：时问控制阀（Ｓｗｉｔｃｈ Ｖａｌｖｅ）、容积（Ｖｏｌｕｍｅ）、

泄漏（Ｌｅａｋａｇｅ）和为了能在喷油开始胁在油路内建立～定的油压而设置的
节流单元（Ｌｅａｋａｇｅ）。 在喷油器部分，喷嘴内的油道可以简单的视为一个管单元（Ｌｉｎｅ）。喷 油器部分的主要组成元｛孛有：喷嘴（Ｎｏｚｚｌ ｅ）、针阀（Ｎｅｅｄｌｅ）、泄漏 （Ｌｅａｋａｇｅ）、容积（Ｖｏｌｕｍｅ）、管（Ｌｉｎｅ）、缸内边界条件和针阀边界条件。

３。２．２模型中主要单元的选择
１、边界条件

Ｈｙｄｓｉｍ中提供了四种可供选择的边界条｛牛，分鬟是：签力、流量、视
械和机械液力混合边界条件。

本模型中有三处用到边界条件。喷油泵部分的柱塞泄漏背压用到～个 压力边界条件，电磁阀部分的溢流背压也用到了压力边界条件，喷油器部 分的针阀边界条件是一个机械液力混合的边界条件，用来设定喷嘴泄漏压
力和针阀弹簧预紧力。 ２、油管 Ｈｙｄｓｉｍ中提供了五种可供选择的管元件，分爱是：达郎《蠡特管（Ｄ’
Ａ１ ｅｍｂｅｒｔ Ｌｉ Ｌｉ

ｎｅ）、特征线管（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｊ

Ｓｔ

ｉ

ＣＳ

Ｌｊ

ｎｅ）、古德诺夫管（Ｏｏｄｕｎｏｖ

ｒｌｅ）、麦克马克管（ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ Ｌｉｎｅ）。其控制方程的复杂程度幽低到离，

求解时闷由短到长，计算精度也逐渐增高。 本模型中有两处用到管元件。～处是电磁阀自订后的高压油管，另一处

是喷油器内的油道，这两者都需要用管元件进行模拟。虽然麦克马克管的 计鳞精度最高，但由于它主要用来模拟气相、液相两相混合体，而模型中
．的高压油管和喷油器内的油道中流动的都只有单一的液体，所以不能使用 麦竞马克管。考虑到计算精度的阀题并综合求解时闷的因素怎决定选用吉

德诺夫管模型。这种管的计算方法是有限体积法，这魁计算精度最好对实
际情况摸拟最真实的一个管模型，在现有的设备条｛牛下，萁求解时间也不 会太长。 ３、容积

Ｈｙｄｓｉｍ中提供了三种可供选择豹容积元件，分别是：标准容积
（Ｓｔａｎｄａｒｄ
Ｖｏｌ

ｕｍｅ）、弹性容积（Ｃｏｍｐｌ

ｊ

ａｎｔ

Ｖｏｌ

ｕｍｅ）和两相容积（Ｔｗｏ－Ｐｈａｓｅ

Ｖｏｌｕｍｅ）。其中，标准容积的腔壁是阏ｌ性的，容较大小不会因为腔内压力增

哈尔滨ｌ。科人学硕十学位论文

大而膨胀，而弹性容积的腔壁是弹性的，容积大小会因受到腔内压力的影
响而改变。两相容积用于模拟腔内流动物质为气液两十Ｈ混合物的状念。’

本模型中有三处用到容积元件，分别是喷油泵部分的柱塞腔、电磁阀
腔ｉｎ ｎ￥．嘴腔。‘由于在实际情况中，这些部件都采用内壁刚性非常大的材料， 压力的变化对其形变的影响非常小，腔内流动的又都是液体柴油，所以选 用标准容积即可。
‘

４、其他元件 边界条件、油管、容积这些关键元件确定之后，其他元件根据实际物

理元件的具体结构就比较容易确定了。
凸轮选择Ｃａｍ Ｐｒｏｆｉｌｅ元件。柱塞选择Ｐｌｕｎｇｅｒ元件。泄露只有唯一 的Ａｎｎｕｌａｒ Ｇａｐ元件可供选择。电磁阀选择Ｓｗｉｔｃｈ Ｖａｌｖｅ元件。溢流孔选 择Ｏｒｉｆｉｃｅ下的Ｓｔａｎｄａｒｄ元件。针阀为单弹簧针阀，因此选择Ｎｅｅｄｌｅ下 Ｓｔａｎｄａｒｄ（ｏｂｓｏｌ ｅｒｅ）元件。喷嘴部分采用带有压力室的喷嘴，选用Ｎｏｚｚｌ ｅ 下ＳＡＣ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｍｏｄｅｌ）元件，这种元件在计算时可以考虑到气穴情况的
‘衰’擎，

３．２．３各单元之间连接方式的选择
在喷油泵部分，实际的物理系统中凸轮与柱塞是通过滚轮直接接触的 ¨”ｔ。虽然凸轮（包括凸轮轴在内）、柱塞以及滚轮等不完全是刚性的，但是 由于其刚度都比较大，在供油过程中完全可以将其视做刚性体，因此凸轮 与柱塞之间采用Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ机械连接方式，并且陔机械连接的弹簧刚度选
择一个非常大的值。柱塞与泄漏模块之｜’日Ｊ采用Ｓｐｅｃｊａｌ连接，其他模块之 ｆＢＪ使用ＨｙｄｒａｕｌｉＣ液力连接。 在喷油器部分，针阀与喷嘴之间采用Ｓｐｅｃｊａｌ连接，针阀与泄露模块 之Ｉ＇ＢＪ也采用Ｓｐｅｃｉａｌ连接，针阀与针阀边界条件之Ｉ＇ＨＪ使用Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ连接 方式，其余部分均采用ＨｙｄｒａｕｌｉＣ液力连接方式。

电磁阀和高压油管部分均采用ｌｔｌｙｄｒａｕ】ｉｃ液力连接方式。

３．３仿真模型主要单元数学模型
下面对建模过程中将要用到的几个重要功能组元的原理作一个简单的
介绍：

哈尔滨ｌ：袢人学硕十‘学何论文

３．３．１凸轮单元基本数学方程

玉。（，一ｚ）一厶（√一衫）＋兰屯（ｚ一】ｃ）一羔ｋ（ｘ—ｘ，）：艺Ｒ。一羔‰（３－１）
，－Ｉ ／＝ｌ ｉ＝１ ｔ＝ｌ

ｐｌ

／＝１

月．．

，，Ｉ

，，ｌ

∑ｋ。（／一ｙｊ）＋∑州Ｙ－－Ｙ１）＝∑圪，，十ｆ
，＝ｌ ，＝Ｉ ，＝Ｉ

（３－２）

，７Ｉ

，，，

“

∑ｋ．，（１４／一Ⅵｆ）＋∑七。（Ｗ－Ｗ，）＝∑Ｉ，，ｑ。
，＝Ｉ ，＝Ｉ ，＝Ｉ

（３－３）

式中：

一一 凸轮基圆圆心坐标； …～ 凸轮旋转角度； ｆ、．， …一 分别为输入端和输出端； …～ 分别为阻尼系数和刚度系数； ｃ、忌 胛、， 一～ 分别为输入输出连接单元的个数；
ｘ、Ｙ Ｗ

Ｆ，、Ｚ．
Ｆ．

…～

为预紧力和预加的扭矩；
（３－４）

…一 ～一．

凸轮－Ｆ应力ｙ方向的分力： 正应力作用在凸轮上产生的扭矩：
Ｆ＂

ｆ．＝Ｆ。。，ｓｉｎ（ｆｌ ４－△∥）＝Ｃ ｔａｎ（，／／＋△∥）

式中：乃．。

‰＝‰”‰２丽ｘ＋△∥）（Ｒ１ｗｒ＋‰＋ｘ）ｓｉｎ∥

（３－５）

／

．

凸轮几何图形

图：｛．３凸轮振动与扭转变形示意图

；；；；；；；；；；；；ｉ；；；ｉ些丝塑圣兰垒垒三ｉ：至兰ｉ导：何论文————Ｉ；ｉ
；；；；；；；；ｉ；；；；；；ｉ；；；；ｉｉｉ；；；；；ｉ；ｉ；；；；；；；

一

３．３．２柱塞单元基本数学方程

?

图３．４杜塞机械模型

其运动控制方程为：

脚”＋ＣｏＸｒ＋ｋｏｘ＋∑ｃ，（Ｘｒ＿Ｆ）一∑Ｃ．Ｉ（ｚ’一ｘ：）＋∑尼，（ｘ－一）一
ｉ＝ｌ ／
¨

Ｊ；ｌ ，

１２Ｉ

（３－６）

∑ｋ，（Ｘ－－Ｘ，）＝一鼻，＋∑气，一∑Ｒ．，一矗Ⅲ一‘。．，一Ｒ，。，
／＝１ Ｊ＝Ｉ ，２Ｉ

Ｆｈｍ＝ｏｐｍ。一ｐｍ—ｐ。｜?每《ｈ喵
式中：
ｍ

（３－７）

…一

柱塞质量；

ｘ…一一坐标： …～ 分别为输入输出端连接单元； ：ｆ、， ｃ、ｋ …一 阻尼系数和刚度系数； ｃｏ、ｋ。 一一 柱塞弹簧的阻尼系数和刚度； 胛、， …一 输入输出连接单元的个数：

Ｆ．一一一预紧力；
‘Ｅ州 Ｅ。， ’只。。，

…一 一一 …～

液压力； 库伦摩擦力： 泄露造成的粘滞摩擦力；
２９

哈尔演Ｉ Ｗ人’７７颂十：。予：１市论文

Ｐ一只，。
Ｐ。。

…一

输入输出端压力；

一一 凸轮腔压力： ｄ咖ｗ…一柱塞直径。
３．３．３容积单元基本数学方程
．“
。 。

ｖ

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一
一

一～

垤，

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＿儿．厂
．一一

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Ｖ ｔ．＾女’

Ｏｍ。？

图３．５容积单元示意图

ｐ砸，＝志ｔ善纠嘻“一私一羔／＝１爿，勘
矿（ｘ）：％～Ｌ Ａ，一＋圭彳＾
式中：Ｐ’（ｆ）

（３－８）

（３－９）

ｘ

…一 容积压力对时Ｉ＇ＢＪ的微分； …一 真实容积： ｇ（ｘ） 一一一坐标； …～ 体积弹性模量； Ｅ …一一流量；
，
，

ｎＹ．－＝

…一一 …一

输入端乖口输出端：

’

输入端和输出端的个数：

”彳

…一横截面积。

３．３．４泄漏单元基本数学方程

ｌ事弓磊”
兰。洲‘／黜 ～
Ｌ—ｉ７—’蕊鬲－］”Ｄ。ｌ Ｄｂ
图３．６环形泄漏示意图

Ｑ，＿三节‘≯确＿扣凡舶抄知忡】＋陋㈣
砒飞）唔簧以（ｗ，，）Ｍ删叫２）
接触副上的黏性力计算公式：
Ｒ 尼
．

。‰叫嘲凡（‰他Ｍ，，一Ｒｂ）＋２ｎ＇ｐ万麓¨％－－Ｖｐ）
式中：

（３—１ １）

‰一，＝万心（‰一Ｐ一，）（Ｒ－－Ｒｐ）＋２ｎ＇／‘赢ｋＶ，（Ｖｈ－－Ｖｐ） …～
Ｒ、尺。
％、ｖ。 ％、Ｖ。

（３—１２）

活塞套内径和活塞直径；

Ｐ，，，、Ｐ。，
∥

…～

一一 一一二 一一

活塞套和活塞速度； ’估蓥芸利、佶基迷『筻； 活塞头部和尾部压力；

动力粘度； 泄露坏长度。

ｋ矿

一～

３．３．５油管单元基本数学方程

．垒＝ ０

卑口手

ｈＤｕｔ

图３．７管单元几何图形

连续性方程： 动量守恒方程：

岛＋（ｐｖ）。＝０
ｐｖ！＋ｐｖｖ。＋Ｐ。＝Ｒ

（３一１３） （３—１４）

式中：ｘ…一一 Ｖ…一一 ｐ…一一

流体流动方向； 速度： 压力；
２４

哈尔滨ｌ：科人学硕十学何论丈

ｐ…一一 密度； Ｒ一一一摩擦力。
●

３．３．６溢流子Ｌ单元基本数学方程

： ＇ＥＰ

●

０
＾

０
●

＇

毒

喜
０

ｌ
ｉ
０

０

毒

茎
毒

一要召翟；８．蟹五一ｕ翟『ｌ基售

Ｙ

蓍
ｎｊ
。；
ｔ
●

．?≈

?ａ

图３．８孔几何Ｉ到形

正向流动
Ｑ＝

厩乒ｊ
‰２右一万
。？一１＋氏＋
１
＃

（３一１５） （３—１６）

‰．２》

（３—１ ７）

反向流动

旺压焉
厄，２苍一万
、，一１一‰一
１
２５

ｚⅢ２—詈一瓦

～１一‰ｌ＋１

（３一１８）

（３一１９） （３—２０）

哈尔滨ｌ：科人学硕十学何论文

艺ｂ

允ｍＩ

ｙ：监一上
《。ｔ 鬈。

２菁

（３—２１）

（３－２２）

式中：

一一 体积流量： Ｐ＿…一压力；
Ｑ

ｆ一～

阻力系数；

…一 表示币方向和反方向： 下标ｉｎ、ｏｕｔ …一 表示入口和出口； 小标ｔｈｒ …一 表示节流孔喉处。
下标＋、一

３．３．７针阀单元基本数学方程

图３．９单弹簧针阀
动量守恒方程：
，ｌ

，

ｎ

／

ｍｘ”＋∑ｃ肛７－－Ｘ１’）＋∑ｃ肛’一ｘ，’）＋∑尼肛一ｋ，）＿∑ｋ心一Ｘ，）＝
’＝‘ ７＝。 ’２’， ７２１．

（３—２３）

∑Ｒｌ一∑民。｜＋ＦｈⅢ，广‰一ｍ广氏厂Ｙ…叩一Ｆ。一Ｆ骶，

哈尔滨１：氍人宁：硕十‘子：何论文
‘

Ｅ…，，＝Ｆ。Ｊｌｌ。如＋％

（３—２４） （３—２５） （３—２６）

‘腑＝只，，（彳Ｍ－－．／１ｓ。，）＝寻纵酝『（，－ｄｏ
ｆ。，＝－儿ｚｐ。…ｄ２。，
式中：
。

…～ 针阀质量； ｘ…一一位移：
聊

叶

ｃ、后

ｊ、Ｊ

…一 …～
…一

阻尼系数和刚度系数： 分别表示针阀头部和尾部；

ｆ。ｈ。、兀“。， Ｐ—ｐ。．

凡俐…～摩擦力；
盛油漕内压力和蓄压腔内压力：
针阀导套直径和针‘阀底座直径；

一～

针阀头部液压力、针阀尾部液压力；

九眦、吐删
矗，、昂， 吒。，
。

…一
…一

…～

针阀头部和尾部机械连接的预紧力；
针阀关闭时挤压流体产生的阻尼力：

‰、ｆ㈨

…一

针阀座和上部挡块作用力。

３．３．８喷嘴单元基本数学方程

ＮｏｚｚＩｅ ＩｎｏｄｅＩ

ＮｏｚｚＩｅ
ｃｏｎｆｉｔｌｕ

ｒａＬｉｏｎ

图３．１

０

ＳＡＣ喷嘴流体流动模型

根据伯努力方程，喷嘴流量：

哈尔滨ｌ：程人学硕十’学何论文
ＩＩＩＩＩｌｌ

Ｑ＝ｓｉｇｎ（ｐ，。一Ｐ。，，）

后而＠删

’

Ａ ） ｓｉｎ ８２ ｄ “７ｔ３－２ 。，，：ｉＩ 。，，２ｉ７ｒｘｆＩ『ｆ—｛产（ｄ州，＋、。ｆ）

式中：晏。，『、专胁，、彘砒、
爿。，
西，，，
口。。

７ｒｘｆＩ，，ｉｎ旦！｛！｛｝盟（ｄ州，＋‘、。，） …一 为阀座、喷孔入口处和喷孔的流动阻力
系数；

一～ …～ 一～

阀座处最小流通截面积； 针阀升程： 针阀座面夹角：

Ｚ，曲、ｄ。删

…一

喷孔处的座面直释和针阀密封底径。

３．４本章小结
本章根据电控泵一管一阀一嘴燃油喷射系统的原理及组成，运用 Ｈｙｄｓｉｍ软件建立了仿真模型，阐述了模型中各主要单元的计算原理和挑选 依据，分析了各部分零件在实际系统中的接触方式，为仿真模型各单元之
ｆＢＪ选择了相应的连接方式。

哈尔滨Ｉ：剁人学硕十‘’≯何论文

第４章电磁阀的仿真计算
随着柴油机电子控制技术的不断发展，高速电磁阀已经成为其不可或

缺的关键部件之一忙”。无论是单体泵，分配泵还是目自订研究最热门的供轨 式燃油喷射系统都离不丌高速电磁阀＂－。它直接影响了柴油机喷射系统的 喷油量、喷油定时等关键特性。电磁阀的工作状念，尤其是它的快速响应 能力和强电磁作用力等性能直接影响电控燃油喷射系统的控制精度，进而
决定了柴油机的动力性、燃油经济性和排放物的生成…。

４．１电磁阀的结构与原理
图４．１为一种二位三通电磁阀的结构示意图，该电磁阀由电磁铁，回位 弹簧，衔铁，阀芯，阀体等构成。电磁阀初始位置是常丁ｒ的，高压燃油从入
口进入电磁阀，从出口和旁通泄油口流出，由于泄油口是打丌的，因此电磁 阀出口不能建立起很高的油压。喷油时刻到来后，驱动电路给螺线圈电磁铁 施加一驱动电流，电磁铁产生电磁力克服回位弹簧的阻力，锥形阀芯向上运 动关闭泄油口，此时高压燃油完全从出口进入喷油器）Ｔ始喷油；喷油结束时，

驱动电路切断给螺线圈的电流，电磁力消失，阀芯在回位弹簧的作用下向下 运动，泄油口叉重新打丌，高压燃油从泄油口流出，喷油结束…２。

¨∥＇ＹＯ

入

图４．１电磁阀结构示意图

哈尔滨Ｉ：稗人学硕十予：付论文

４．２电磁阀的运动特性
高速丌关电磁阀的丌关速度是决定阀性能的主要标志””。电磁阀吸合
运动过程可分为两个阶段：吸合触动时ｆＨＪ ｆ。和吸合运动时ｌ、日Ｊ，，ｎ １。是从线 圈得到电压起到电流按指数曲线增至吸合电流为ｌ卜的过程，在此过程中衔 铁尚未运动。这段时Ｉ’白Ｊ是由于电与磁的惯性引起的滞后时Ｉ’日Ｊ，‘取决于电磁

铁的结构、材料、线圈电压、电感的大小和弹簧预紧力大小。进入，１阶段 后，吸力大于预紧力，衔铁丌始运动，电流变化规律就比较复杂：由于工 作气隙在衔铁运动过程中逐渐减小，使线圈电感逐渐增大并产生反电势， 它与线圈自感电势一起，共同阻止线圈电流的增长，致使线圈电流增大到
一定程度后不仅不再增大，反而有减小趋势，直到衔铁闭合，工作气隙不 再变化，反电势为零，电流按新的指数曲线上升至稳态电流。这段时间取

决于阀芯所受的各种阻力。对于电磁阀的释放过程，如果忽略磁导体中涡 流的影响，当线圈信号切除后，电流立即降为零，衔铁随即丌始运动，故
‘

其释放触动时间接近于零，远较吸合触动时ｌ’日Ｊ小”川。

４．３电磁阀铁芯材料的选择
电磁阀的铁芯采用铁磁性材料，不同的铁磁性材料具有不同的磁化曲 线，其磁感应强度Ｂ与磁场强度Ⅳ的关系为Ｂ＝／ｔＨ．它对电磁阀的性能产 生重大的影响，因此必须根据电磁阀的设计与性能要求进行合理的选择ｋ”。 表４．１和表４．２列出一些常用软磁材料的主要特点、应用范围和主要性能参 数。比较和分析这些参数，电工纯铁的极限磁感应强度很高，磁化曲线在 宽广的范围内具有较高的磁导率，并且陔材料的冷加工性能良好，价格适 中，所以应选用铁芯材料为电工纯铁的电磁阀用于电控泵一管一阀一嘴燃 油喷射系统中。电磁阀的锥阀阀芯部分出于在运动过程中阀芯锥形头部不 断撞击阀体，因此可考虑锥阀阀芯的主体部分采用电工纯铁，而阀体头部 选用硬度高，耐磨性好，抗振动冲击性能好的材料，如铁铝合会。

３０

哈尔滨ｆ：群人学硕十学何论文

表４．１软磁性材料的品种、主要特点及应用范围
品种 电工用纯铁或低碳 电工钢 主要特点 含碳量低（＜Ｏ．０４％），Ｂ。高 （达２．１ ５Ｔ），∥不太大，Ⅳ 不太小，电阻率低，冷加工 性能好 Ｍ，∥。，很高，Ⅳ。很小，Ｂ、 铁镍合会 应用范围 ～般用二于二直流磁系． 统，１ ０号钢的磁性 能和电工用纯铁差 不多 高敏感磁系统，弱

不高，价格贵，磁性能对机
械应力敏感 电阻率高，比重小，∥不太

磁场下工作的磁系 统、磁放大器
可以代替某些铁镍 合会及硅钢片作微

铁铝合会

大，Ｈ。很小，硬度高，耐 磨性好，抗振动冲击性能好 Ｂ．较高，电阻率高，铁损小，

电机及继电器 交流磁系统
适合做重量轻，体 积小，耐高温的航 空及空Ｉ、日Ｊ元件 高频及较高频（几 千赫到几百赫）用 电磁元件

硅钢片

导热性较差，硬度高，脆性
增大 Ｂ．特别高（达２．４Ｔ），居咀

铁钻合会

点高，（达９８０。（２），电阻率

不高、价格贵
软磁铁氧体：镍锌 及锰锌

为复合氧化物烧结体，电阻 率很高，段低，温度稳定性
差

哈尔滨Ｉ：拌人学硕十学何论文

表４：２某些软磁材料的主要性能参数 材料 电工纯铁
１

Ｂ ｆ飞
ｘ

Ｂ。九
１．０～１．４ ０。９～１．３
０．８

Ｈ。／（Ａ／
ｍ）
＜１ ００

ｕＩ×１

ｕ。，×ｌ

０

０００ ０．２

００

２．１４ ２．１ ３ １．５０ ０．７５ ｌ ３．５０～１．５０

３．５～
６．０

０号钢

｝｛８～１６８ ｌ（）～１ ４ １．６～
２．８

２～３ ２５～４５
ｌ

铁镍合会１ＪＳ０ 铁镍合会１Ｊ７９ 铁镍合会１ｊ６ 铁镍合会１Ｊ１６ 热轧硅钢片
Ｄ４１

００～
１８０

（）．５～０．６
２．４

２２

３２～４８ １．６～ ４～８
２．４

３～６
５０～
１ ００

０．６５～０．７５

１．９４

Ｏ．５～０．８

２８～３６ １２～３１

７．５～
０．４ ９．０ ２．００ ２．３６ Ｏ．７ ０．７

冷轧硅钢片Ｑ４ 铁钴合会１Ｊ２２

１６～３３
４．５

１．３～１．４

１２０～
１６０

密度 材料 电工纯铁 １０号钢 铁镍合会１ｊ５０ 铁镍合金１Ｊ７９ 铁镍合会１Ｊ６ 铁镍合会１Ｊ１６ 热轧硅钢片
Ｄ４ １

Ｂｍ九
０．９０ ０．７５ ０．５７ ０．４２
．

ｐ×１０。６

／（ｇ／ｃｍ
３）
７．８５ ７．８５ ８．２０ ８．６（） ７．２０ ６．５０ ７．５５

７：／。Ｃ
７７０

】０～ｌ

ｌ

ｌ １～ｌ ６

７７（） ５００ ４５０ ７３０ ４００ ６９０，－一

４５～５０ ５５～６０
７０

１４０～】６０ ０．６～Ｏ．８ ５５～７２

７４（）

６９０～

冷轧硅钢片Ｑ４ 铁钴合会１Ｊ２２

Ｏ．７５
１．１ ０

４５，一５５
２７

７．７０ ７４０
８．２０ ９８０
?

哈尔滨ｌ：稗人学硕十学位论文

４．４电磁阀数学模型
电磁阀的工作过程是～个典型的电生磁，磁生力，力又产生运动的过

程ｋ”。根据电磁阀的这一特点，可将其数学模型分为三个主模型，主要包
括电路模型，磁路模犁和机械模型。

４．４．１电路模型
给螺线圈施加的电压Ｕ应等于线圈电阻尺分担的电压与磁路中磁链∥ 变化产生的感应电压之和，即：

ｕ：尺，＋型竺：ＲＩ＋Ｎ
ｄｔ

ｄ（ＬＩ）．
ｄｔ

（４一１）

￡＝——二∑一
ＲｎＩ＋Ｒｓ＋Ｒ｜

Ｍ２

（４—２）

式中：

…一 驱动电压： …一一 线圈中的电流： ， 尺…一等效电阻： …一 线圈在磁场中产生的磁链； ￡ …一 线圈的等效电感； Ⅳ …一 线圈匝数； …～ 等效磁路磁阻； 尺。 …～ 等效工作气隙磁阻； 咫 足 …一 等效非工作气隙磁阻。
Ｕ
∥

４．４ｊ

２磁路模型
由基尔霍夫磁压定律：
ＩＮ

尺。：上：鱼二血坚：
１

２妒（心，＋心＋ＲＩ）

（４－：３） （４—４） （４－５）

Ｌｌ｛ｓ６

“｛Ｓ

ｓ

Ｒ，２最Ｓ
‰ｉ
Ｂ＝Ｈ ｕｍ

ｍ

牵＝ＢＳ＝ＢＩ、Ｓ ｓ十Ｓ。、

（４—６） （４—７）

哈尔滨Ｉ。稃人。’｝硕｝’；：：何论文

式中：矽 以

以
＆
，。

‰
Ｓ。， 万
ｘ。，。

…二一 …一二 一一 …一 …一一 …?一 一一一 …～

上作气隙磁通量； 工作气隙长度：

工作气隙处的磁导率： 工作气隙的截面积： 磁导体的等效长度； 磁导体的磁导率： 磁导体的等效截面积；
阀在仞始位置的工作气隙长度； 阀在电磁力作用下产生的位移。

…一

４。４．３机械模型
电磁阀阀芯在实际－１．．作过竹ｒ川ｌ ｒｔ－Ｉ受力有：电磁力Ｅ，，回位弹簧作用力ｆ，

摩擦力．厂，液压力以及与上下上Ｅ点接触时产生的阻力‘。、吃。，，这罩仅对
电磁阀干阀进行仿真研究，因此不考虑液压力。
根据麦克斯韦电磁力公式：

Ｅ，：擎（４－８）
ｚ∥５

式中：Ｂ

一～ …一

磁感应强度。 只＝Ｋ．（ｘｏ＋ｘｍ。）
（４—９）

由胡克定理，回位弹簧作用力：
式中：Ｋ。
％

回位弹簧刚度：
回位弹簧预紧黾；
．

…一
?

摩擦力：
ｄ，

厂：（，堡业

（４一１０）
‘

式中：

Ｃ

…一

运动阻尼。

上下止点的阻力：

％瑙巾（Ｘｖ。ａｌｖｅ－－Ｘｖｕｈ＇ｖ。＇ｍａｘ）＋（＿警．（４－１
瓦。户Ｋ幽。＾，／＇．，十ｅ椭。型挚
式中：

１）

（４—１２）

Ｋ栌Ｋ枷，，

…一

上下止点限位器的刚度；
ｊ

ｘ。¨＜ｘⅢ胁ｌ｛ｌｘ时Ｋ。＝０，

哈尔滨Ｉ。ｆ‘￡人‘孚！倾十。；ｏ何论文

ＸⅢ。＞０时Ｋ山。＝０。

Ｇ矿（■。

一一

上下止点限位器的阻尼系数；

Ｘｖａ！．。＜Ｘ枷。。。，时Ｃ坍＝０，

ｘ。ｍ，＞０时Ｃ：。。＝０。
根据动量守恒定律，阀芯运动方程为： ｍ ——＿二｝ｏ＝，。一，．一，。 ）３１—４（＼‘士一
“ｆ

２粤：Ｆ，，一ｆ—Ｆ

式中：

ｍ

～一
…一

阀芯运动件质量； 阀芯运动阻力。

Ｆ．

４．４．４电磁铁铁芯磁化曲线
电磁铁铁芯所用的材料是电工纯铁ＤＴ４，饱和磁感应强度高，但是铁 磁质的磁化率是随磁场强度日变化而变化的，并且磁感应强度Ｂ与磁场强 度Ｈ之ｌ’日Ｊ没有线性关系。如图４．２所示的几种磁质的磁化曲线，可以看出
Ｂ与Ｈ之问是很复杂的函数关系，这就给计算磁通量矽带来了麻烦。为了

既简便又准确的表示Ｂ与Ⅳ之间的关系，这罩采用多段曲线拟合的方法。
拟合结果如下…１：

ｆ０．０１
Ｂ＝Ｂ（Ⅳ）２

ＩＨ３一ｏ．１６３ １Ｈ２＋ｏ．０８５ １ ５Ｈ。０≤Ｈ＜６
１ ｌ

ｔ一０；詈。４Ｈ２＋ｏ．。２。４Ｈ＋ｌ－５３
ｌ： Ｉ：
Ｉ竹ｔ。

６丢兰丢２５
一
＿ｄ

‘４一ｌ ４’

１； ｆ

Ｉ：

Ｊ＿婷
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／ ， … ？天

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ｒ．

Ｊ
一Ｊ●

｜
ｔ
●

．｜

弘

Ｉ

图４．２纯铁（ＤＴ２、ＤＴ３、－ＤＴ４）等磁质磁化曲线
３５

哈尔滨１：样人学硕十学位论文
ＩＩＩＩＩＩ

４．５电磁阀模型Ｓ ｉ

ｍｕ

Ｉ ｉ

ｎｋ实现

Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是ＭＡＴＬＡＢ提供的一个用来对动念系统进行建模、仿真和分

析的工具包，它支持线性和非线性，能够在连续时Ｉ’日Ｊ域、离散时｜’日Ｊ域或者
两者的混合时｜’日Ｊ域罩进行建模…一。Ｓｉｍｕ
１ ｉ

ｎｋ为用户省去了许多重复代码的

编写工作，让用户把精力从编程转向模型的构造。 根据４．４小节中电磁阀数学方程，为使比较清晰和结构化，在Ｓｉｍｕｌ
运动阻力Ｆ子模块。
ｉｎｋ

建模时分成三个子模块：磁场强度Ⅳ子模块，电磁作用力Ｆ．，子模块和阀芯

４．５．１磁场强度子模块
由公式（４－１），（４－２），（４－３），（４－４），（４－５），（４－６），（４—７）可得：

ＵＮ一Ⅳ２坐。
Ｈ：．

墨

丝一皇二叠彩
．

丝墨：

（４—１ ５）

ｌｍ七Ｒｔ“。（、ｓ，＋Ｓ｜。、

陔方程中有三未知量需要输入：驱动电压Ｕ：磁通量矽；阀芯位移Ｘ。Ｍ， 磁通量≯是在电磁作用力Ｅ，子模块中求得的。阀芯位移Ｘ州．。是在连接后的 总体模块中求出的。磁场强度日是需要求解的输出量。其他都是已知结构
参数。根掘方程（４—１５）可编写出求解磁场强度Ⅳ的子模块，如图４．３所示。

Ｓ

图‘４．３磁场强度Ｈ了模块
３６

‘

哈尔滨ｌ：样人学硕十学侮论文

４．５．２电磁作用力子模块
根据公式（４—８），（４—１４）可编写出求解电磁作塥力Ｅ，的予模块，如图
４．４所示。

图４．４电磁作用力Ｅ，子模块

４．５．３阀芯运动阻力子模块
阀芯运动时主要隰力有摩擦力和运动到上下｝ｌ：点受至ｌ昀隧遐，出公式
（４７１０），（４一ｌ １），（４－１ ２）可得：

肛厂＋。峨一等峨如吲”吖积一扣０） ’Ｃ妒警岷。∥吲一‰。等
根据公式（４—１６）可编写阀芯运动阻力予模块，如图４．５所示。

哈尔滨ｆ：杞！人学硕十学位论文

Ｐｒｏｄｕｃｔｌ

图４．５阀芯运动阻力Ｆ．子模块

４．５．４电磁阀的仿真模型
综合以上三个子模块以及公式（４－９），（４。１ ３），可得到电磁阀动态仿真

Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型，如图４．６所示。

哈尔滨｝‘裂人学硕’｛：。学侮论文

图４．６电磁阀动念仿真模型

４．６工作参数对电磁阀动态响应特性的影响
通过改变计算程序孛电磁阀一个参数，其他参数保持不变，计算褥到 驱动电压、初始气隙、弹簧预紧力和运动件质匿对电磁阔动态响应的影响 规律。

４．６．１驱动电压对电磁阀动态响应特性的影响
柴漆枫电源一般为ｉ０￥，电控单元可以提秀，驱动电压以提高响应瑟尊｜’辑ｊ。 表４．３所示为驱动Ｆｃｌ压为ｌ ０、２．０、４０、８０Ｖ臼，Ｊ计算结果。 表４．３驱动电压对电磁阀响应时问韵影响 驱动巾‘压／Ｖ 电磁阀响应 时闷／ｍｓ。
ｌ０

２０ ２。３９

４０

；５０ ２。２６

２．５４

２。３０

哈尔滨ｌ：氍人学硕‘｝：学位论文

从表４．３中可以看出，提高驱动电压町缩矢蛀电磁阀的ｌ响应时ｌ’日Ｊ。这是 因为，根据公式（４－３）和（４—８）可知，

．

蚴力‘＝鲁＝去＝丽赫，

电流，越大，电磁力Ｆ。就越大，而电流Ｊｆ与驱动电压Ｕ是成讵比的， 因此提高驱动电压可以显著增大电磁力，从而缩短电磁阀的响应时间。低 电压时响应速度提高很快，驱动电瓜超过４０Ｖ后日Ｉ以应时ｌ＇ＦｌＪ变化较小。增加 驱动电流可使电磁线圈中的电流变化率增火，有利‘－提高电磁阀的响应速

度。但在高电压、大电流的驱动下，如果不及时切断电源，会造成铁芯的 深度饱和，线圈温升过高和能耗过大。所以电磁阀的控制电路应保证高压 闭合，靠剩磁维持闭合状态，但在释放时需对剩磁进行处理，否则影响电
磁阀的丌启时间［２１，１ ０在电磁阀动念响应特性能够满足燃油喷射要求的自，Ｊ．提

下，应该尽量采用较低的驱动电压。

４．６．２初始气隙对电磁阀动态响应特性的影响
图４．７为初始气隙０．１５ ｍｍ，０．Ｉｍｍ和０．０５ｍｍ时电磁阀产生的电磁Ｉ吸 力随线圈激磁电流的变化规律。在电磁阀处于打Ｊｒ位置时，９Ａ的激磁电流
产生的电磁吸力即能保证高压燃油压力下电磁阀的可靠闭合，所以应调节 驱动电压将电磁阀的峰值激磁电流挎制在９Ａ附近。仞始气隙从０．１５ｍｍ缩 小到０．０５ｍｍ，９Ａ处的电磁力从２３０Ｎ提高到４４０Ｎ。因此，减小初始气隙， 不但可以改善电磁阀的动态响应特性，同时也有利于减小功耗，延长电磁 铁工作寿命。
＾４５０ 邑
－Ｆ：４００

钽 删３５０
／７

／

，，／７一一

／——一一—一
气降Ｏ．１ｍ

。

３００

２∞
２００

５０

１００

５０

ｒＪ

擞砬电疽＾

（ａ）初始气隙０．１５ｒａｍ

（ｂ）初始止Ｃ隙０．１ｍｍ

哈尔滨Ｉ：稃人学硕十学何论文
蛐 珊
主一Ｆ疆廿

蜘 ｍ 瑚 瑚 瑚 嘞 啪
∞
ｏ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ａ０

减磁电癍（＾）

（Ｃ）初始气隙０．０５ｍｍ 图４．７不同初始气隙对响应特性的影响

４．６．３弹簧预紧力对电磁阀响应特性的影响
图４．８所示为弹簧预紧力１００Ｎ，２００Ｎ和２５０Ｎ的仿真结果。如图所示，
弹簧预紧力对电磁阀的响应速度影响较火。在电磁阀启闭运动过程中，电

磁阀升程较小，弹簧力基本不变。预紧力越大，电磁阀闭合延迟越长，丌 启时刻则提日仃。在一定供油压力和驱动电压～卜．，预紧力有一匿Ｉ定范围，太

小则电磁阀工作不可靠，太大则在保持电压时电磁阀立即打丁Ｐ ｒ。在满足
电磁阀闭合时Ｉ＇日Ｊ要求的前提下，应该尽量采用较小的预紧力。

售 Ｖ
哗

蒸 馨

时间（瞻）

图４．８不同弹簧预紧力对响应特性的影响

哈尔滨Ｉ’平ＩＩ！人学硕Ｉｊ。学ｆ订论文

４．６．４运动件质量对电磁阀晌应特性．Ｉ！Ｉ勺影响
理论上说，运动质量的加大会使电磁阀关闭和丌启过程的运动加速度
减小，在初始工作间隙相同的情况下，必然使电磁阀的响应时Ｉ’日Ｊ加长¨…。 经计算，运动件质量对电磁阀的响应影响很小，这主要是山于高速强力电 磁阀产生很强的电磁吸力，具有足够的驱动力，而运动件的质量与驱动力 相比又明显偏小，这样，就减小了运动质｛雾＝对运动规律的影响。在电磁阀 的加工制作中，可在电磁阀衔铁上适当丌槽或挖孔：这样既可减小涡流的 影响，又可减小电磁阀运动部件的质量，尽可能地提高电磁阀的响应速度
㈨ｏ

４．７本章小结
本章分析了电磁阀的结构与工作原理，并根掘其工作原理建立了电磁
阀干阀的数学模型和ＳｉＩｌｌＵｌｉｎｋ仿真模型，在仿真模型的搭建过程中，先搭 建了磁场强度子模块，电磁作用力子模块，阀芯运动阻力子模块三个小模

型，然后再根据控制原理将三个小模型合理连接，构成一个整体的电磁阀 仿真模型。模型搭建完成后，从驱动电压，初始气隙，弹簧预紧力，运动 件质量等几个方面分析了影响电磁阀动念响应特性的因素。

哈尔滨Ｉ：程人。’７：硕十。’≠：何论文

第５章电控燃油喷射系统仿真计算及结果分析
５．１燃油喷射系统仿真模型参数
ＰＡ６Ｂ型柴油机电喷机犁的燃油系统仅仅取消了原机械控制式燃油系 统的出油阀以及油泵柱塞偶件上的螺旋槽，进刚油孔等，因此在初步计算
时参考了原机械控制式燃油系统的相关数掘。

５．１．１燃油喷射系统的基本参数
１、柱塞直径

柱塞直径的确定以标定功率时每循环喷油量为依掘。 ｇ＝ｇ，Ⅳ‘，／６０?ｆ．门，，（ｇ／ｓｔ） 式中，Ⅳ，
ｇ，
，ｚ，，

（５一１）

一一 …～

发动机有效功率（ｋＷ）； 燃油消耗率（ｇ／ｋＷ?ｈ）；

…一 喷油泵凸轮轴转速（ｒ／ｍｉ ｎ）： ｆ一一一气缸数。
代入数据：刀。＝５２５，Ｍ＝４０５，ｇ。＝２００，ｉ＝ｌ，得到Ｑｌ＝２．５７９／ｓｔ，则最 大循环喷油量９＝１．３Ｑｌ，所以Ｑ＝１．３×２．５７＝３．３４９／ｓｔ。 图５．１为供油量Ｑｌ小于ｌＯｇ／ｓｔ时与柱塞直径ｃ，。的关系曲线。

ｌ

ｈ；∥＝ｉｌ｛一瓤撞缀

图５．１柱塞直径与供汕量之洲的关系 参考该图和原机械控制机型可以取柱塞直径∥，，＝２３ｒａｍ。

哈尔滨Ｉ：样人学硕－１ｊ学ｆ节论文

２、杜塞升程 根据柱塞直径和升程比五＝ｄ。／ｈ计算柱塞升柠。通常滑阀式喷油泵的升 程比五＝０．８～２．５，此处墩五＝２，得到柱塞升程并取整，得ｈ＝１０ｒａｍ。 ３、柱塞的几何有效行程
‘

吃＝４０００Ｑａ／ｎ－ｄｊ，ｐ２０门卫（ｍｍ）
式中，仍。

（５—２）

一一 ２０。Ｃ时燃油密度，对于柴油，０２。＝Ｏ．８＂－＂０．８８： 厅。，一一供油系数。

燃油密度应按照实际的柴油机在使用中可能达到的最低值选取。

供油系数与柱塞直径，有效行程，转速等结构以及其它参数有关。一般 可以近似取： 高速机 中速机 低速机
，？。＝０．７５～０．８０
，７。＝０．８０－－．０．９０ ｎ。＝Ｏ．８５－－．．９．９５

对于小型机也可以用以下经验公式进行估算：，？。＝Ｏ．８ｄｏ，１７。

ＱＩ＝２．５７，ｄｐ＝２３，，０２０＝０．８，ｎｇ ２０．８０，代入（｝２）得玩２ １０ｒａｍ。 代入数值后算得ｈ＝１０ｍｍ。 ４、高压油管直径 高压油管尺寸可参照下述方法选择，最后由喷射系统台架试验和发动
机配套试验确定。

（１）高压油管尺寸与喷油泵柱塞直径有一定的配套关系，如表５．１所示。
（２）高压油管内径尺寸尽可能小些，但管内流速不得超过允许值。对高速 柴油机应小于２５ｍ／ｓ，对于大型柴油机，应小于ｌ ５ｍ／ｓ，故油管内径∥可按下 式计算：

ｄ观舶√等（ｍｍ）
式中：Ｑ，，
ｙ

（１５＿３）

痧
肝

一一 …一 …～ 一一

喷油量（ｃｍ３／ｓｔ）；

管内平均流速，可选用１５～２５ｍ／ｓ；．
喷油延续角（。ＣＡ）：

．

柴油机转速（ｒ／ｍｔｎ）。

哈尔滨Ｉ’氍人学硕ｊ：学何论文 其中矽－－－－３０，Ｖ－－－－２５。代入公式（５一：｛）得ｄ＝６ｍｍ。 高压油管承受很高的燃油压力，外径与内径的比为：３～＂“，取３计算， 则外径为１８ｍｍ。

表５．１高压油管尺寸与柱塞随径之Ｉ’日Ｊ的关系
柱塞直径（ｍｍ）
５～９
ｌ０

高压油管外径／内径（ｍｎｌ）
６／１．５，６／２ ６／２，７／２ ７／２，ｓ／２．５ ８／２．５，８／３ ８／３，１０／：３，ｌＯ／３．５ １０／３．５。Ｉ（｝／４ １２／４，１４／５
ｌ ６／６

ｌｌ～１ ３
Ｊ ４～１７

１８～２２

２３～２６
２７～３０ ３１～３６ ３７～４５ ４６～５０ ５ｌ～５５ ５６～６０

１８／６ ２０／８ ２４／ｌ（） ２７／３０

５、喷油器偶件参数
在闭式喷油器中，针阀受燃油压力作用而被打丌。当针阀关闭时，承

受油压的面积为（Ｄ？一ｄｊ）．７ｒ／４；当针阀丌启时，其作用面积增加，变为 Ｄ；万／４。针阀关闭和丌启时承受燃油压力的比值称为针阀的承压比。其关系

式为６＝（Ｄ？一ｄｊ）／Ｄ、２，根据针阀受力的平衡条件，得平衡方程：

等（Ｄ？一ｄ？）ｐ。＝寻Ｄ ２Ｐ。，．＝ｓ
叶 斗

（５—４）

式中，Ｓ

…一 一一

弹簧作用力（Ｎ）；

Ｐ。（Ｐ。，）
ＪＤ。 ｄ。

一一 启（闭）阀压力（Ｐａ）； …～ 针阀杆直径（ｍｍ）；
针阀密封带直径（ｍｌｎ）：

此处，Ｓ＝１ ２３Ｉ，Ｄ、＝８’ｄ．－－－－４则’可得出：

‰２３２．６５２３Ｍｔ’ａ，只ｈ＝２４．：｛１５｝｛Ｍｌ】；１，艿＝Ｐ０、／ｒ（１－－－－０．７４

哈尔滨ｌ：稃人学硕十?’≯忙论丈 采用较大的万值时闭阀压力增加，对避免唢孔枞碳起重要作用。因为在 ‘喷射术期燃油压力的提高可以防止燃气倒灌。同时在针阀关闭后，承受气缸

压力的面积减小，在同样弹簧力作用下能得到较好的密封性。一般情况下随
着爆发压力的增高万值应该越大，但是万值的增加会使针阀座面直径及通流 面积相对减少‘”‘。 ．６、喷油嘴参数

闭式喷油嘴的参数参考原机械控制机型暂时确定为９×０．５３ｘ

１２０

ｏ。

５．１．２凸轮单元参数
凸轮基圆半径：４７．５ｍｍ； 凸轮滚轮半径：４５ｍｍ；

材料的杨氏弹性模量：２１００００Ｎ／ｍｍ！；
滚轮有效接触宽度：４５ｍｍ。

凸轮型线有两种计算方式，一是给出升程数据表，一是给出加速度数 掘表。虽然ＨＹＤ［ＳＭ计算时所用的的是升程数据，但是软僻：建议使用给ｍ加 速度表由Ｈｙｄｓｉｍ来计算速度、升程数据。原因足山加速度计算速度、升程 使用的是积分算法，积分算法对数据表中离散的数据细微偏差并不敏感， 而给出升程计算速度和加速度时使用的时微分算法，微分算法对离散数据 的偏差比较敏感，如果数据精度不够往往会造成数值计算的失败。Ｅｂ于本 次计算中采用的升程数据精度为每０．５ｄｅｇ计算一次，并取小数点后５位， 精度已经足够，故仍然采用给出升程表的算法。对第二章中的公式（２—１ ３）～ （２—２２）输入已知量％＝１ ｍｍ，‰＝１ ０。，ｈｉ）ｎｏｘ－－－－２２ｍｍ，ｍｌ＝２８。，①２＝３１。，①３ ２５８。 和Ｚ：５／８。用ＭＡＴＬＡＢ编写出计算程序（见附录Ａ），计算出升程数据文件（见
附录Ｂ）直接导入Ｈｙｄｓｉｍ中即可。

５．１．３喷嘴单元参数
喷孔数目：９： 喷孔直径：０．５３ｍｍ： 喷孔长度：２．２５ｍｍ； 喷孔流出系数（无气穴时）；０．９； 喷孔流出系数（有气穴时）：０．７４： 喷孔内倒圆半径：０．０２ｍｍ：
４６

哈尔滨Ｉ：群人。一硕十０Ｉ位论文

蒸气压力：０．（）０１ＭＰａ： 压力室（ＳＡＣ）直径：２．５ｒａｍ： 针阀座角度：６００４０’； 针阀顶部直径：Ｏｍｍ． 针阀顶部角度：１２０ 层流常数：５０００： 雷诺数：１。
ｏ：

在此还需定义关于喷射雾化特性的计算公式。该计算主要包括油滴平均 直径即Ｓａｕｔｅｒ平均直径（ＳＭＤ）、喷射锥角口和贯穿距离ｓ的计算（见图５．２）。
在ＨＹＤＩＳＭ中已经内含了一些常用计算公式，只要根据需要加以选择。 ｌ、油滴平均直径：表征喷雾质量的一个参数。其经验计算公式有：棚泽 公式；Ｋｎｉ ｇｈｔ公式；Ｅｌｋｏｔ，ｈ公式。 ２、喷射锥角口：表征喷雾质量高低的另一个参数。在喷孔出口处，沿喷 雾外缘引两条切线，切线的央角即喷注圆锥角，也称喷雾外圆角。其计算公 式：Ｓｉｔｋｅｉ公式：横Ｆ只和松岗公式：广安公式。 ３、贯穿距离Ｓ：和栗公式；广安博之公式：Ｓｃｈｗｅｉｔｚｅｒ公式；Ｓｉｔｋｅｉ 公式：Ｊ?Ｃ?Ｄｅｎｔ公式。

▲

夕

图５．２喷射锥角口和贯穿距离Ｓ

油滴平均直径选择ＥＩｋｔｏｂ公式：
。

以，＝３．０８×ｌ ０６ｙＯ ３８５Ｃｙ０．７３７ｐ０，７”硝。６ＡＰ埘５４
油滴平均直径（ｐ．ｍ）； 燃油的运动粘度（ｍ２／ｓ）：
４７

式中：以
７

…～
～～

哈尔滨ｆ：利人学硕十’学ｆ一论文
盯

Ｐ，

成
ＡＰ

…～ …～ …一
一一一

燃油表面张力（Ｎ／ｍ）；
燃油密度（ｋｇ／ｍ１）： 空气密度（ｋｇ／ｍ３）；

通过喷孔的压力差（Ｐａ），△Ｐ＝Ｐ，一只，。

喷射锥角选择Ｓｉ ｔｋｅｉ公式：

…ｍ８２４绨
‘

式中：

一一一 喷射圆锥角（ｄｅｇ）； ｄ…一一喷孑Ｌ直径（１１１）： ，…一一喷孑Ｌ长度（ｍ）： …一 燃油动力粘度（Ｐａ。Ｓ）。 ∥，
口

贯穿距离选择Ｗａｋｕｒｉ公式：

Ｓ＝

式中：Ｓ

…一 贯穿距离（ｍ）： ，一一＿喷劓‘时Ｉ’日ｊ（Ｓ）； ｆ…一阻力系数。

相对涡流强度：２。

对喷射雾化质量计算还需要设置气缸充气特性，见表５．２。在菜单栏的
Ｍｏｄｅ］下的Ｃｙｌ
ｉ ｎｄｅｒ Ｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉ

ｅｓ罩设置。

表５．２气缸充气特性表 压力ＭＰａ
０．‘１ ０．５ ｌ ２ ４ ６ ８ １０

密度ｋｇ／ｍ‘
０．７３７４６３ ３．６８１８９ ７．３４６５４ １４．６３４９ ２９．（）３６ ：３：｛．１９６５ ３７．１４２９ ５０．８７ １ ７

动力粘度ｋｇ／ｍ１
５．５

５．５ ５．５
５．５

５．５
ｒ 严

０．ｎ

５．５

５．５

哈尔滨１：稃人学硕十学化沦文

５．１．４其它单元参数
ｌ、柱塞偶件

运动部件（包括柱塞、滚轮以及上下弹簧座等）质量：２９１６９：
柱塞直径：２３ｍｍ；

凸轮腔压力为柱塞输入端压力，指定为大气压力０．１ＭＩ’ａ即可：
弹簧预紧力：１
１ ２０Ｎ；

弹簧刚度：６２Ｎ／ｍｍ；

弹簧阻尼：０．０１Ｎｓ／ｍｍ；余属弹簧内部的阻尼郜非常小，常用此数值计 算，并不影响计算结果。
２、柱塞腔 柱塞腔的泵腔容积指的是柱塞的初始容积，即当滚轮处于基圆上时，

柱塞顶面与柱塞套底面之ｌ’白Ｊ的体积。泵腔容积值设定为：９９７１．５ｍｍ？。
虽然在供油过程中是单一的液相，但是在回油过程中可能会由于压力 下降过快导致产生气穴现象，因此这罩给定蒸汽压力一个大于０但又很小

的数值０．００１ＭＰａ，以免计算时产生错误。
初始体积：Ｏｍｍ。‘。 ３、柱塞泄漏 柱塞直径：２３ｍｍ； 柱塞个数：１； 初始间隙长度：８．７ｍｍ；

间隙长度：可变；长度设定为仞始长度与柱塞行程之和，Ｈｙｄｓｉｍ会自
动计算。 用户定义环形Ｉ’日Ｊ隙：１，０
ＭＰａ ０．００４ｍｍ； ０．０ｌ ５ｒａｍ。

２，２００ＭＰａ

４、泄油背压

泄露端与低压油路连接在一起，因此泄露压力即低压油路的油压。
泄露压力：０．３ＭＰａ；

第一栏增量因子：１０
５、高压油管

原机械控制系统高压油管总长度为３８８ｍｍ，但这取高Ｊ｜ｆ１三油管被电磁阀
分割成了６订后两部分。由于在没有计算ｄ，Ｊ．高速电磁阀的合适位置尚不能确

哈尔滨ｌ：科入学硕十学位论文
ＩＩ

定，因此暂时把电磁阀放在高压油管中Ｉ’日Ｊ部位。即油泵至电磁阀部分为
１９４ｍｍ，电磁阀至喷油器部分为１９４ｍｍ。 油管内径：６ｍｍ； 油管壁厚：６ｍｍ：

油管材料杨氏弹性模量：２１００００Ｎ／ｍｍ！：
泊松比：０．３。 ６、电磁阀
．

电磁阀采用常丌型，平时高压油路与低压油路相通，当喷油丌始时， 电磁阀关闭，高压油路与低压油路断丌，压力上升超过针阀弹簧预紧力时
喷油丌始。

时Ｉ’日Ｊ：完全（Ａｂｓｏｌｕｔｅ）；即电磁阀的）『．关是以整个时｜＇日Ｊ或曲轴转动角
来控制的。

参照：计算丌始；即电磁阀的丌关时Ｉ’日Ｊ是以计算丌始这点Ｈ，１‘ｌ’日Ｊ来作参
照的。

电磁阀关闭丌启的时刻是根据原燃油系统的Ⅱ贲油泵进回油孔关闭丌启 时的凸轮转角末初步确定的。
关闭时刻：３８ｄｅｇ： 丌启时刻：６０ｄｅｇ。 在第４章中对高速电磁阀干阀进行了仿真，获得了电磁阀干阀的丌启

关闭响应时ｌ’日Ｊ，但是在实际工作时由于受到液力作用，所以实际的响应时
Ｉ’日Ｊ与仿真结果将会有较大的差距，仿真结果仅仅只能作为参考。

电磁阀打丌的时候流通截面积与时Ｉ’日Ｊ的关系如表５．：３所示。
表５．３电磁阀丌启时｜’日Ｊ与流通面积 丌启时｜’白Ｊ
０ Ｏ．２ ０．４ Ｏ．６ Ｏ．７ ０．８
ｍｓ

流通面积ｍｍｌ
０ ０．４ １．８
４

６．５ ８

哈尔滨Ｉ：Ｗ人学硕十。’产位论文

丌启状念下的流通截面积增量因子（作用相当于流量系数）设定为
０．９。

电磁阀关闭的时候流通截面积与时问的关系如表５．４所示。 表５．４电磁阀关闭时ｆＮＪ与流通而积 ，关闭时ｌ、日Ｊ
０ ０．３ Ｏ．５ Ｏ．６ ０．８
ｍＳ

流通而积ｍｍ！
｝｛

６
４ ２

０

闭合状念下的增量因子设定为０．９。 ７、溢流容积 初始容积：１３２ｍｍ３：

蒸汽压力：０．００１ＭＰａ： 蒸汽初始体积：Ｏｍｍ“。
８、溢流孔

管流通截面积：３００ｍｍ２：
节流孔截面积：１６ｍｍ！； 流动阻力系数：２．０４。 ９、溢流背压 同柱塞泄油背压。 １０、接头容积 初始容积：６１４ｍｍ３； 蒸汽压力：ＯＭＰａ； 蒸汽初始体积：Ｏｍｍｌ。
１

１、电磁阀泄漏 直径：１２ｍｍ； 个数：ｌ； 初始间隙长度：ｌＯｍｍ； ｌ’日Ｊ隙长度：恒定；

哈尔滨Ｉ－１降人学硕十学何论文
ＩＩ ＢＩ

用户定义环形阳Ｊ隙：ｌ，ＯＭＩ’ａ
‘

０．００３ｍｍ；

。２，２００ＭＰａ

０．０２２ｒａｍ。

１２、进油管接头容积

进油管接头容积是指高压油管与缸头内部油管相连接处的压紧帽对接 后形成的容积。
初始容积：３００ｒａｍ。．． 蒸汽压力：Ｏ．００１ＭＰａ： 蒸汽初始体积：Ｏｍｍ。。 １３、喷嘴内油道
‘

喷嘴内油道长度包括缸头内部和喷嘴内油道这两部分长度，油道长度
总值为５
ｌ ８．５ｍｍ。
．

内径：５ｍｍ： 壁厚：６ｍｍ； 材料杨氏弹性模鼍：２１００００Ｎ／ｍｍ：； 泊松比：０．３。
１
．

４、喷嘴腔 初始容积（即蓄压腔容积）：４５０ｍｍ。： 蒸汽压力：０．００ｌＭＰａ：

蒸汽初始体积：Ｏｍｍ３。
１５、针阀偶件泄漏 针阀个数：ｌ； 泄油槽初始长度：３７ｍｍ； 针阀与阀套之间问隙：０．００３ｍｍ。 １６、针阀 运动部件质量设定为４６．２６９，该质量包括针阀体、弹簧座及三分之一弹 簧质量。

由于针阀与喷油器ｌ’日ｊ配合间隙极小，有必要考虑其库仑摩擦力的影响因 素。将库仑力的值设定为５Ｎ。
针阀最大升程：０．８ｍｍ； 阀杆直径：８ｍｍ： 阀座直径：４ｍｍ； 阀座刚度：１ ０００００Ｎ／ｍｍ；

哈尔滨Ｉ：群人学硕十。学位论文

阀座阻尼：０．５Ｎｓ／ｍｍ：

升着毕限锖０器冈０度ｉ．１ ０００００Ｎ／ｍｍ： 升程限制器阻尼：；０．０１Ｍｓ／ｍｍ。． 阀座和升程限制器的刚度设定的比较大，实际上是将其看作纯刚体，不 考虑其发生变形的可能。 １７、针阀边界条件 针阀边界条件为机械液力混合边界条件。该边界条件是由压力边界条件 和ｌ机械边界条件共同构成的，但是两者ｆＨＪ是彼此完令独‘苞‘瓦不影响的，将其 放在一起仅仅是为了布置上的方便。压力和机械边界通过各自的连接（液力连

接和机械连接）与相关模块相互作用。
压力边界条件：ｘ轴方向（竖直方向上）．０．３ＭＰａ，即低压油泵供油压力。 机械边界条件：无。 ｌ｝｛、气缸压力边界条件 这罩将估算的爆发压力平均值作为缸内压力条件。
～

缸内压力：８ＭＰａ。 １９、机械连接
，

模型中各单元是通过各种连接（机械、液力、特殊）连接在辛起的，液力 连接具有方向性，机械和特殊连接没有方向性，但是机械连接ｎＪ‘以输入数据。 本模型中有两个机械连接： 一个是在凸轮与柱塞Ｉ’日Ｊ，实际的物理系统ｒ１１是凸轮与柱寒通过滚轮直接 接触的。虽然凸轮（包括凸轮轴在内）、柱塞以及滚轮等不完命是刚性的，但 是由于其刚度都比较大，在供油过程中完全可以将其视做刚性体。因此该机 械连接的弹簧刚度选择一个非常大的值，而阻尼则可以认为是非常小的。 弹簧预紧力：ＯＮ。
弹簧刚度：１５００００Ｎ／ｒｕｍ。

弹簧阻尼：０．０１Ｎ／ｍｍ： 另～个是在针阀与边界条件之间，实际ｌｚ就是物理系统中的针阀预紧弹 簧。该弹簧的性能、顸紧力、刚度等对喷油过程有重要影响。
弹簧顶紧力：１２３１Ｎ。 弹簧刚度：３９２．８５７Ｎ／ｍｍ。 弹簧阻尼：０．０２Ｎｓ／ｍｍ。 ２０、燃油属性

哈尔滨ｆ：样人学硕十学何论文 由于整个系统中都是单一性质的流体，且认为温度、密度、粘度等流体 性质不发生变化，所以各模块的流体属性均设置为“全局属性”，因此需要对 燃油属性进行统一设置。Ｈｙｄｓｉｍ数据库中提供了标准柴油的属性，可以直接

选用。相关参数为：柴油密度：８２０ｋｇ／ｍ１：弹性模鞋：１３８６Ｎ／ｍｍ：：动力粘度：
：ｊｍｍ？／ｓ；表面张力：０．００００２９Ｎ／ｍｍ。

５．１．５仿真模型参数汇总
为了方便模型调试运行过程中数据的输入，现将５．１．１～５．１．４中通过 计算、对照所选定的仿真模型参数以表格的方式汇总如下： 表５．５电控燃油喷射系统仿真模型数掘 名称 数据输入 ４７．５ｍｍ 基圆半径 滚轮半径 凸轮 杨氏模量 滚轮有效接 触宽度 凸轮升程 运动件质量 杜塞直径 凸轮腔压力 柱塞 弹簧预紧力 弹簧刚度 弹簧阻尼 升程 有效行程 柱塞 腔 泄油 背压 溢流 容枳 泵腔容积 蒸汽压力 初始体积 泄露压力 增量因子
４５ｍｍ ２ １ ００００Ｎ／ｍｍ！ ４５ｍｍ

名称

数掘输入 时Ｉ＇日Ｊ 参照 关闭时刻 歼启时刻 丌肩时流通截 丽积与时Ｉ．日Ｊ的 关系
ＡｂＳ０１ｕｔｅ

计算丌始
３８ｄｅｇ ６０ｄｅｇ

见附录
２９１６９ ２：３ｍｍ ０．１ ＭＰａ １１２０Ｎ

见表５．３

电磁 阀

丌启状念下的 流通截面积增 量因子 关闭时流通截 面积与时｜’日Ｊ的 关系 关ｃｊｌ状态下的 流通截面积增 量因子

Ｏ．９

６２Ｎ／ｍｍ ０．０ｌＮｓ／ｍｍ
．１０ｍｍ
ｌ Ｏｍｍ

见表５．４

９９７１．５ｍｍ！ ０．００１ＭＰａ Ｏｍｍ‘ ０．３ＭＰａ
ｌ

０．９

溢流 孔 溢流 背压

管流通截面积 节流孔截丽积 流动Ｉ，Ⅱ力系数

：３００ｒａｍ’ １６ｍｍ！ ２．０４

初始容积
蒸汽压力 蒸汽初始体 积

１３２ｍｍ。 Ｏ．．Ｏ（）ｌＭＰａ Ｏｍｍ：’

同泄油背压

。

哈尔滨Ｉ。种人学硕十学位论文

续表５．５电控燃油喷射系统仿真模型数据 名称 柱塞个数 初始ｆ１日Ｊ隙 长度 柱塞 泄漏 Ｉ、日Ｊ隙长度
０

数掘输入
１

名称

数据输入 喷孔数目 ｎ０５．４Ｌ直径 ｎ贲孑Ｌ ｋ度 喷孔流出系数 （无气穴时） ｕＱｊｆＬ流出系数 （有气穴时） 喷孔内倒圆 半径 蒸气压力 压力室（ＳＡＣ） 直径

９ ０．５３ｍｍ ２．２５ｍｍ ０．９

８．７ｍｍ

初始长度与柱 塞行程之和
ＭＰａ ２００
ＭＰａ

０．００４ｍｍ ０．Ｏｌ ５ｍｍ

用户定义 环形ｆＢＪ隙

Ｏ．７４

油泵 至电 磁阀 长度 高压 油管 内径 壁厚 杨氏模量 泊松比 初始容积 接头 容积 蒸汽压力 蒸汽初始 体积 直径 个数 电磁 阀泄 漏 初始问隙 长度 间隙氏度 用户定义 环形问隙
ＯＭＰａ ２００ ＭＰａ
：

０．０２ｍｍ ０．００ｌＭＰａ ２．５ｍｍ ６００４０’ Ｏｍｍ
１ ２０
ｏ

１９４ｍｍ

电磁 阀至 喷油 器

１９４ｍｍ

喷嘴

针阀座角度 针阀顶部直径

６ｍｍ ６ｍｍ ２ １ ００００Ｎ／ｍｍ！ Ｏ．３ ６１４ｍｍ‘ ＯＭＰａ Ｏｍｍ’ １２ｒａｍ
１ ｌ Ｏｍｍ

针阀顶部角度 层流常数 雷诺数 油滴平均直径 喷射锥角

５０００ ｌ ＥＴｋｔｏｂ

公式
Ｓ ｉ Ｌｋｅｉ

公式
Ｗａｋｕｒｉ

贯穿距离
斗ｆ１对涡流强度 皇￡缸充＾ｅ特性 进油 管接 头容 积 初始容积 蒸汽压力 蒸汽初始体积

公式
２

见衷５．２
３００ｍｍ’‘ ０．００ｌＭＰａ Ｏｍｍ：。

恒定
０．００３ｍｍ ０．０２２ｍｍ

哈尔滨Ｉ。．科－１１人学硕十学何论文

续表５．５电控燃油喷射系统仿真模型数据‘ 长度 喷嘴 内油 道 内径 壁厚 杨氏模量 泊松比 运动部件 质量 库仑力 针阀最大 升程 阀杆直径 针阀 阀座直径 阀座刚度 阀座阻尼 升程限制 器刚度 升程限制 器阻尼 气缸 压力 边界 条件 缸内压力
８ＭＰａ
ｌ

．

５１８．５ｍｍ
３ｍｍ

６ｍｍ ２ ｌ ００００Ｎ／ｍｍｊ ０．３ ４６．２６９ ５Ｎ ０．８ｍｍ ８ｍｍ
４ｍｍ

喷嘴 腔

初始容枳 蒸汽压力 蒸汽初始体积 针阀个数 泄油槽初始长 度 针阀上ｊ阀食之 ｌ＇ｆ｜Ｊ Ｉ’日ｊ隙 压力边界条件 机械边界条件 弹簧预紧力 弹簧刚度 弹簧阻尼 弹簧预紧力 弹簧刚度 弹簧阻尼 柴油密度 弹性模量 动力粘度 表面张力

４５０ｒａｍ’ ０．００１ＭＰａ
Ｏｍｍ’ １

针阀 偶件 泄漏 针阀 边界 条件 凸轮 与杠 塞｜’日Ｊ 机械 连接 针‘阀 预紧 弹簧

３７ｍｍ’

０．００３ｒａｍ

Ｘ轴方向
０．３ＭＰａ

无
（）Ｎ ｌ ５００００

０００００Ｎ／ｍｍ ０．５Ｎｓ／ｍｍ

Ｎ／ｍｍ ０．０ｌＮ／ｍｍ’
１２３ｌＮ ３９２．８５７

１

０００００Ｎ／ｍｍ

０。０１Ｍｓ／ｍｍ

Ｎ／ｍｍ
０．０２Ｎｓ／ｎｌｍ

８２０ｋｇ／ｍ’
ｌ

燃油 属性

３８６Ｎ／ｍｍ：

３ｍｍ！飞
０．（）０００２９

Ｎ／ｍｍ

５．２仿真计算结果
在完成了以上数据输入之后，在丌始仿真之日，Ｊ‘还需要对仿真步长、精度、 发动机特性等进行设置。在模拟控制中设定发动机转速１０５０ｒｐｍ，计算步长 ０．００１５度，发动机冲程为４冲程。总计算长度６５度凸轮轴转角，选择凸轮 轴转角为参照输出角度，每步输出２５０个数据。 Ｈｙｄｓｉｍ后处理软件ＰＰ２捌有良好的Ｉ刭形界面，只要设置需要输出的数 据，就能自动生成图表。丌始仿真，结果如下：

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图５．３‘屯磁阔援０通面积与针阀开张
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图Ｓ．４喷油率７二：ｉ喷油墨

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斟５．５蓄乐腔、电磁阀腔与娃塞腔乐力
５７

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对柴油机燃油喷射能产生重要影响的主要凼素有：凸轮型线，包括凸轮 型线的类型、升程、速度、加速度特性等ｊ柱塞直释；高』Ｋ油长度、内径；
电磁阀位置、流通面积、开关速度等；针阀升程、针阀质量：弹簧预紧力、

弹簧刚度；蓄压腔容积、压力室容积、喷孔数、喷孔直径等¨“。 单从针阀升程曲线（见图５．３）和喷油率曲线（见图５．４）来看，喷油特性 还是比较理想的。针阀升程基本呈梯形状，喷油丌始迅速上升至０。７２６ｍｍ，
之后有一小回落至０．６２ｍｍ，构成一段预喷。这是山于针阀突然丌启，喷油丌

始，而后续燃油由于惯性没能立刻跟上，造成压力有一定下侔。这可以从蓄
压腔内压力变化曲线（见图５．５）可以看出，在凸轮转角２６．２０７ｄｅｇ的地方出 现了一小小波谷。预喷结束，针阀迅速上升并稳定在针阀最大升程处０．８ｍｍ。

在凸轮转角３６ｄｅｇ时针阀丌始回落，但是刚落线没有一卜升线这么陡直，并在 落座后又出项了一小小上升，有些抖动。再对比电磁阀的丌关曲线（见图 ５．４），电磁阀闭合时刻在凸轮转角１９ｄｅｇ的时刻，针阀丌始上升的时刻在 ２４．１７９ｄｅｇ，延时５．１７９ｄｅｇ：电磁阀重新丌启时刻是３０ｄｅｇ，针阀落座时刻 是在３８ｄｅｇ，延迟８ｄｅｇ。从针阀升程曲线看，整个喷油持续期为１
达到了２００．０１８ｍｍ ５／ｄｅｇ。 蓄压腔的最高压力为１２６８．９６ｂａｒ，出现时刻为２９．３９４ｄｅｇ凸轮转角。实
３．８２１ｄｅｇ。

从喷油率曲线看，喷油率曲线形状为自订陡后缓，形状理想。最高喷油率

际要求的最高喷油压力为１５００ｂａｒ，相差２３１．０４ｂａｒ。喷油泵腔的最高压力（见
图５．５）为１１９２．５９ｂａｒ，出现在３１．３１ｌｄｅｇ。之后泵腔内压力迅速下降，电磁

阀腔内的压力（见图５．５）也随之下降，但是在４０ｄｅｇ左右时刻压力又出现上 升情况，随后又下降，这是油路内压／Ｊ波造成的。 从累积喷油量曲线（见图５．４）看，总的喷油量为１．５９９，在理论值２．５７ｌｇ
的范围之内。
．

综合图５．３至图５．５，上述仿真结果的主要问题是：最高喷油压力不足， 以及有二次喷射的现象发生。要提高喷油压力，传统的做法是缩短高压油管 长度，适当减小高压油管内径…－。但是油管内径的减小，将造成与喷嘴内油 道内径的不一致，油路内流通截面积的变化会增加燃油在油路内的流动阻力。
缩短高压油管长度和减小高压油管内径可以减小压力波对喷油特性的影响， 可能有助于遏制针阀的抖动。另外，增加杠塞泵直径和柱塞的运动速度也可 以提高喷油压力，但是这势必会造成喷油量的增加，有可能使喷油。鞋超出允 许范围。这要根据具体情７兑做具体分析。为了提高喷油』．Ｋ力这罩将采取的措

哈尔滨工稃大学硕士学待论文

施有：缩短高压油管的总长度，同时减小高压油管的内径，减小内径的另一 好处是可以减小高乐油管直径与喷油器油道内径的变化，有利于减小燃油流 动阻力跚。

５。３参数修正及结果分析
根据上述的分析，经过反复多次计算后得到较理想结果，相关参数修改
如下：

针阀弹簧预紧力改为１３９５Ｎ比原米减小１０５Ｎ；针阀最大歹１．程由原来的 ０．８ｍｍ改为０．６ｍｍ；喷孔个数减少２个变为７个：高压油管内径改为５．６ｍｍ， 油泵至电磁阀段距离变为１６５ｍｍ，电磁阀至喷嘴段变为１５３ｍｍ，总长度比原来 减小了７０ｍｍ；电磁阀的闭开时间变为３８．２７ｄｅｇ祁６０．８５ｄｅｇ；其他参数不变。

５．３．１喷油压力
经参数修正后喷油压力有了显著的提高。最高喷油压力达到了 １５１６．１６ｂａｒ，比原先１２６８．９６ｂａｒ提高了近２４７．２ｂａｒ，达到了最高喷油压力 １５００ｂａｒ的设计要求。但是从蓄压腔压力变化曲线来看（见图５．６）压力波动比 原先更剧烈，这是喷油压力提高以后不可避免要产生的消极因素。蓄压腔最 高压力的时刻为３２．２６９５ｄｅｇ凸轮转角。压力室内的压力变化与蓄压腔内的压 力变化趋势基本一致。

图５．６蓄压腔、压力室压力变化曲线

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图５．７泵脏、电磁阀脏、连接脏压力变化曲线 再看矧５．７，泵腔内的乐力变化基本较平和，没有出现较人的压力波动， 最高胜力冉现时刻为３ｔ３ｔｉｅｇ力右。而商胜油管与喷嘴连接腔内的坻：乃波动较 大。在压力达到最赢峰之ｊｉ｛ｆ连接腔内的压力变化基本踩泵腔压力变化一致， 但在最高峰之后压力波动显著变人，这足电磁阀突然重新开肩后造成的压力 波。从图５．６和图５．７可以否出压力波出现在｝也磁阀和喷嘴之间的油管内（包 拓喷嘴内的油道），矗这一段内的腿力波动也．１卜是影响喷油特性的重要因素。

５．３。２赜油速率
喷滴卑曲线（见矧５．８）基本旱前陡后缓形状，｛丌－是柱３７ｄｏｇ寿有出现一 姓较人波峰，从蓄乐腔乐力变化鞠线ｌＩｉ‘以看出在此时刻出现了波峰。最高喷 汕率为１７７．３０６ｍａ３／ｄｃｇ，出现时刻为３２．２６９５ｄｅｇ，与蓄乐腔最高压力时刻一 致。喷油持续期为２２ｄｅｇ＾轮转角，在喷油持续期内甲均喷油率为１０６．６１８ ｎｎｎ３／ｄｅｇ，较高的喷油率存利丁燃油雾化。参数修正酶的最高喷油焉爱为２００，０１８ 衄３／ｄｅｇ，比现在尚了２２．７１２姗ｙｄｅｇ，尽管现在的最高喷油压力比原先提离
ｒ ４８４．０６ｂａｒ。最高喷油率的下降是南于喷孔数的减少和针阀最岛歹｜鞋较小

造成的。从这方丽来看有利十累积喷油量的减少，如图５．８累积喷油量为
２。１

４２９，理论要求值为２．５７Ｉ ｇ，选剑螫求。

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图５．８喷油率与喷油量

５．３．３雾化质量
燃油从喷孔高速喷油形成喷雾，对喷油的要求是：良好的雾化，通常用 雾化细度和雾化均度来衡量；足够的贯穿距离，既要求喷雾足够远又不能喷 到燃烧室壁上；另外还要求燃油在燃烧室内喷射均匀嘲。一般来讲有三个重 要参数来评价燃油雾化特性：油粒平均直径叱；喷雾贯穿距离Ｓ；喷雾锥角
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图５．９贯穿距离

６１

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蚓５．１０喷雾锥角

油粒甲均直径如图５．１ｌ，在喷油开始和结束时出现两尖峰，直径较大， 这是由于在喷油开始和结束时刻的喷油压力不高造成的，这也是不可避免的。 除此之外油粒绌化的就很埋想，．甲ｆ均起径很小并且很稳定。 最大喷射角为３３．６８０３。，出现时刻为３２．２６９５ｄｅｇ凸轮转角．与蓄№腔 最高压力时刻一致。最人贯穿距离为４７０．０３７ｍｍ，出蜕时刻是３７．７０１ｄｏｇ。

图５．１１

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Ｌｅｔ＂平均卣．符

５．３．４针阀运动
此处针阀是采用的低偻斡结构捌，即针阀弹簧通过弹簧瘁直接推动针阀 运动，省去厂缘来布弹簧与针阀之闻的捧杆，而将撵杆置子弹簧之上，减小

６２

哈尔滨工稃人学硕士学位论文

，运动件的质量，使针阀运动响应速度加快，同时也有利于减小针阀对阀座
的冲击。

针阀在２４ｄｅｇ时刻开始升起，在喷油初期针阁振动较人，在２８ｄｅｇ＾轮

转角之后基奉稳定在０．６ｍ处，并在４５．９９ｄｅｇ时刻开始回落。针阀落座较稳，
但在最后有一点小小抖动。这一小小抖动造成低速喷油甚至滴油，有可能会 造成燃烧恶化使喷孔结焦。 针阀运动的最大速度为３．２２ｍ／ｓ，而一般要求这个速度不超过２．３ｍ／ｓ， 此处这个速度显然过人，可能对喷油器可靠性和寿命造成一定影响。针阀最 大受力为１００３８．２Ｎ，榍当于针阀落座应力为：８５７．２ｔｆＰａ，座面许用应力值为： ８５７．５ｂｉＰａ，符合要求。

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凸轮转角（ｄｅｇ）

图５，１２针阀升程

图５．１３针阀运动速度

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哈尔滨工程大学硕士学位论文

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图５．１４针阀受力

５．３．５凸轮运动

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凸轮转角（ｄｅｇ）

图５．１５在１０００ｒｐｍ时凸轮转速和转动加速度 从喷油率曲线可以看出喷油开始时刻为２４ｄｅｇ，结束时刻为４７ｄｅｇ。对应 到凸轮转速曲线上为升速段和降速段的组合。可以看出喷油开始时的速度较 高，较高的速度有利于喷油初期的雾化。而喷油结束时刻为降速段，‘这使喷 油结束时油压能迅速下降，同时对应加速度曲线来看，喷油结束时的加速度 较小，这样可避免油压下降过快导致气穴的产生嘲。

哈尔滨ｌ：稃人学硕十学何论文

凸轮转角（ｄｅｇ）

图５．１６凸轮表面接触的赫兹应力

频率（Ｈｚ）

图５．１ ７赫兹应力的ＦＦＴ转换 凸轮的赫兹接触应力振动较大，进行ＦＦＴ分析后发现出现两振幅峰值，

一个频率为Ｏ．０１５Ｈｚ，即周期为６６．６６７ｄｅｇ凸轮转角，正好对应低频变化规 律，因为仿真计算时长为６５ｄｅｇ凸轮转角。另一为频率为１．１７１Ｈｚ，即周期 为０．８５４ｄｅｇ凸轮转角，基本接近每１度变化一次的规律，对应高频变化规律。 因此可以确定赫兹接触应力的振动是由于数掘输入造成的。最高赫兹应力取
最高波峰与其下一波谷的平均值：’１８７１．５３５Ｎ／ｒａｍ＝，基本符合要求。

５．４电磁阀对喷油特性的影响
由于取消了原喷油系统中的出油阀，油路中的压力波是依靠电磁阀在高 压油管的位置柬控制的，而且电磁阀作为电挎喷油系统中关键器件承担着精

哈尔滨工程大学硕士学位论文

确控制喷油的任务，因此有必要对电磁阀在高压油管中的位置、电磁阀开闭 响应速度以及泄油口流通面积等因素对喷油特性的影响作分析研究。

５．４．１电磁阀在高压油管中位置对喷油特性的影响
在其他参数不变的情况下，分别取三个不同位置进行分析：ｌ，前段高压 油管（电磁阀至连接腔段）长度２０ｍ、后段高压油管（油泵至电磁阀）长度为

２９８咖：２，前段长度１５３衄、后段长度１６５衄；３，前段长度２９８衄、后段长
度２０舳。仿真结果见图５．１８至图５．２ｌ。 泵腔内最高压力１位置时最高，２次之：电磁阀腔内最高压力也是ｌ位 置时最高，２次之；蓄压腔内最高压力３位置时最高，２次之。从压力波动方 面来看，２位置时与ｌ，３相比较最为稳定，这从针阀运动也可以看出，２位 置时针阀运动比较稳定，ｌ针阀升起时间较短而３则出现了严重的二次喷射。 理论上来讲电磁阀越靠近喷油器，电磁阀关闭开启与针阀升起落座之间的延 迟应该越短，但是从图５．１９看反而离喷油器最远的３位置时针阀升起相应快

一点，分析原因可能是喷油器内油道加缸盖内油道长度有跏，这使得电
磁阀在高压油管中位置变化对其影响不大。

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图昆１８电磁阀不同位置时泵腔压力

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图５。１９电磁阀不同位置时电磁阀腔压力

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图５．２０电磁阀不同位置时蕾压腔压力

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图５．２王电磁阀不同位置时针阀升程

６７

哈尔滨Ｉ’稃人。学硕十学何论文

由于电磁阀位置对喷油特性的影响比较复杂，上面所取得ｌ、２、３三种

情况不足以揭示电磁阀位置对喷油特性影响的一般规律。为此以电磁阀距连 接腔的距离为标准，距离每增加３０ｍｍ计算一次。结果如下图所示：

电磁阀距离连接腔的距离（ｍｍ）

图５．２２电磁阀不同位置时各腔最高压力变化

由图５．２２可见，电磁阀距离喷油泵越近泵腔内的压力越低，较小的泵腔 压力有利于减小凸轮的工作负荷；在电磁阀距离连接腔２００ｍｍ以后蓄压腔压 力最高，基本在１５００ｂａｒ以上。因此如果从提高喷油压力，减小凸轮工作负 荷的角度来看应该把电磁阀布置在离喷油泵较近的地方。但是从压力波动的 情况来看电磁阀距离连接腔１２０ｍｍ～１８０ｍｍ之川时蓄压腔内的压力波动相对 较稳定，仿真数据比较可靠，距离超过１８０ｍｍ后压力波动丌始剧烈起来。因
此综合各方面考虑电磁阀最好布置在距离连接腔１３０ｍｍ～１６０ｍｍ之问，这时蓄 压腔压力在１５００以上，喷油压力较高，泵腔内的压力基本在１４２５ｂａｒ左右， 压力波动情况也相对较好。

５．４．２电磁阀旁通泄油口流通面积对喷油特性的影响
同样取三种不同的泄油口流通而积进行分析：．１，最大流通面积４ｒａｍ！；２，
最大流通面积７．２ｍｍ２；３，最大流通面积１０．４ｍｍ！。

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凸轮转角（ｄｅｇ）

图５．２３电磁阀泄油口不同流通面积时蓄乐腔乐力

凸轮转角（ｄｅｇ）

图５．２４电磁阀泄油口不同流通面积时针阀升程 从仿真结果看，较小的电磁阀泄油口流通面积有利于喷油压力的提高。 如图５．２３，当泄油口面积由１０．４ｍｍ２减小４ｍｍ２时蓄压腔最高压力由 １５３１．１ｌｂａｒ提高到了１７１５．９１ｂａｒ，高了１８４．８ｂａｒ。从针阀运动看（见图５．２４）， 较小的泄油口流通面积也有利于电磁阀关闭与针阀开启之间的延迟。但是泄 油口流通面积的减小使得喷油结束时压力卸载减缓，造成喷油持续期变长， 喷油量增加嘲。从图５．２４针阀运动曲线看，泄油口流通面积对喷油持续期的 影响是显著的。因此泄油口流通面积的大小应根据具体情况来选择，不是越 小越好。

哈尔滨工释人学硕士学位诊文

５．４．３电磁阀晌应速度对喷油特性的影响
电磁阀的快速响应对精确控制喷油是十分重要的㈨。在此取三种不同响 应速度来分析：ｌ，电磁阀开启关闭的响应时间为０．４ｍｓ；２，电磁阀开启关 闭的响应时间为０．８ｍｓ：３，电磁阀开启关闭的响应时间为１．（Ｓｍｓ。

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凸轮转角（ｄｅｇ）

图５．２５电磁阀小捌响应速度时蓄胜腔胝力

凸轮转角（ｄｅｇ）

阔５．２６电磁阔不同响应速度时针阀升程 由图５．２５可见，快速的响应速度有利于喷油压力的提高，当响应时间由 １．６ｍｓ提高到０．４ｍｓ后，蓄压腔最高压力由１４８５．８７ｂａｒ提高到１５９５ｂａｒ，并 且最高压力到来的时刻也提前了接近２ｄｅｇ凸轮转角。从图５．２６看，响应速 度的提高有利于缩短电磁阀关闭开启与针阀升起落座之间延迟。从喷油持续 期来看，电磁阀响应时间为１．６ｍｓ的持续期要硝短一些，主要是由于慢的响 应速度不利于电磁阁关闭时迅速建立起高压力，从而使得针阀开启落后，使
７０

哈尔滨ｌ：样人学硕十学位论文

得整个的闭合期缩短…”。
● ●

５．５本章小结
本章应用第３章中建立的电控燃油喷射系统Ｈｙｄｓｉｍ模型，首先进行了数 据输入，然后进行了仿真计算，仿真结果显示陔燃油系统的主要问题是喷油 压力不足。针对这个问题，采取了一些改进措施，将喷孔数由原来的９个减 少至７个：针阀最大升程由０．８ｍｍ减少至０．ｇｒａｍ；缩短电磁阀关闭的时Ｉ旬； 将高压油管的长度缩短７０ｍｍ，油管内径减小至５．６ｍｍ：剐时适当调节针阀弹 簧预紧力和电磁阀位置。经过参数修币后，获得了比较理想的结果，喷油量、 喷油压力都达到设计要求，雾化质量也较好，同时针阀、凸轮受力也在允许 的范围内。 通过分析电磁阀位置、电磁阀旁通泄油口以及电磁阀响应速度对喷油特 性的影响，发现电磁阀应柿置在距离连接腔１３０ｒａｍ一－．１６０ｍｍ之ｆｎＪ，这样爿‘能获 得较高的喷油压力，同时压力波动不是太剧烈；较小的电磁阀旁通泄油口流 通面积有利于在喷油丌始时更迅速的建立高油压，而较大的流通面积有利于 喷油结束更快的燃油卸载：电磁阀的快速响应有利于缩短电磁阀关闭丌启与 针阀升起落座之Ｉ’日Ｊ的延迟，这对精确控制喷油过程是十分重要的。

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结

论

随着社会和经济的发展，环境污染和石油资源危机已经成为２ｌ世纪人 类匾晒韵两个主要问题。节省油耗翱改善摊放已经成为当今柴涵桃的发震 趋势，因此对燃油系统的要求也越来越高。本文在ＰＡ６ｂ柴油机传统的泵管

嘴燃浊喷射系统基础上进行电喷化改造，利用ｌｔｖｄｓｉｍ软件和ｍａｔｌ曲软｛牛 分别建立了电控泵～管一阁一嘴燃油喷射系统模犁和｝色磁阀的仿真模型。
通过仿真计算，获得了电喷化改造后该燃油系统的熬本结构参数。并在此 基链上分析了电磁阕对燃漓喷射特性的影嘲，得出的结论是： １、仿真系统经过反复计算和参数修正后．获得了比较理想的结果，喷 油超、喷油压力郝达到设计要求，雾化质量也较好，同时针阀、凸轮受力

也在允许的范围内。实际系统可参照仿真系统所得数据进行设计制造。 ２、通过分析电磁阀位置、电磁阀旁通泄油口以及电磁阀响应速度对喷 漆特性的影响，发现电磁闷应靠置在距离连接腔１３０ｍｍ－１６０ｍｍ之问，这样
可获得较高的喷油压力，并能有效的控制压力波动。较小的电磁阀旁通泄 溯口流通藤积有利于在喷潮开始时更迅速的建立高潍压，纛较大的流通匾 积有利于喷油结束更快的燃油卸载。 ３、提高驱动电压可以显著增大电磁力，从而缩短ｒ乜磁阀的购应时翔。

增加驱动电流可使电磁线潮中的电流变化率增大，裔幂｜ｊ于提高电磁阀的响
应速度。但在高电压、大电流的驱动下，如果不及时切断电源，会造成断 电震的剩磁过高，影响电磁阖的歼窟时间。在电磁阀动态响应特性麓够满

足燃油喷射要求的前提下，应该尽惫采用较低的驱动电压。减小初始气隙， 不但可以改善电磁阀的动态响应特性，同时也有利于减小功耗，延长电磁
铁工作寿命。弹簧预紧力对电磁阀的响应速度影响较大。预紧力越大，电 磁阀闭合延迟越长，丌启时刻则提前。在一定供油压力和驱动电压下，预 紧力有一固定范围，太小则电磁阀工作不。町靠，太大粥在僚持电压时电磁

阀立即打开。在满足电磁阀闭合时问要求的自仃提下，应该尽龄采用较小的 预紧力。运动件质繁对电磁阀的响应影响ｉ瑟小，这枣要是由”ｊ乞高速强力电
磁阀产生很强的电磁吸力，具有足够的驱动力，瓶运动件的质量与驱动力 相比又明湿偏小，这样，就减小了运动质量列‘运动舰律的影响。

哈尔滨１：拌人学硕十。节何论文

无论是电控燃油喷射系统Ｈｙｄｓｊ ｍ模型还是电磁阀Ｓｉｍｕｌ ｉ ｎｋ模型，都 没有经过试验验证。同时电控燃油喷射系统ｔｔｙｄｓ ｉｍ模掣中的电磁阀模型抽 象成有时ｌ’日Ｊ控制的理想阀，这会造成仿真结果与实际情况有较大的误差。 另外在电磁阀建模过程中，没有考虑螺线圈涡流的影响，这会造成仿真结
果与实际有较大的误差。针对这些不足今后还需要通过试验对比和模型改 进作进一步的修币和完善。

哈尔滨ｌ‘ｆ。＃人学硕十。≯’何论文

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［２５］王婵娟．单体泵电控燃油喷射系统的研究．机械管理丌发．２００６年４
期：１９－２１页

［２６］张远军，李孟良．柴油机喷油技术的选择．上海汽车．２００６年７期：
４０一４３页
．

［２７］毛丽，杨晓峰．电控单体泵式柴油机的建模与仿真研究．机电工程技 术．２００６年３５卷６期：１ Ｏ卜１ ０３页 ［２８］于世涛，周兴利，杨晓峰等．基于扭矩控制的电控单体泵柴油机仿真
模型的研究．内燃机工程．２００６年２７卷２期：２９－３２页

［２９］仇涛，刘兴华．电控单体泵供油系统仿真研究．车用发动机．２００５年２
期．２３—２５页

［３０］东方．单兵作战化整为零一一单体泵柴油喷射系统．汽车之友．２００４
年１４期：６８—７０页

哈尔滨ｌ：群人学硕十’了：１市论文

［３１］钱人一．博世（ＢＯＳＣＨ）公司的泵喷嘴（ｕｌｓ）／电控单体泵（ｕＰｓ）燃油喷 射系统（四）．汽车与配件．２００４年４期：：３２一：｛３页 ｆ：３２］郝守钢，周明，夏胜枝，欧阳明高．电控单休泵电磁阀动念响应特性 数值仿真．内燃机工程．２００３年２４卷２期：ｌ（）一ｌ ３页

［３３］陈孝树．单体泵的装配与试验．农技服务．２００１年１２期：３３页 ［３４］刘辉琴．柴油机喷油泵电控系统的研究．武汉理工大学硕士学位论
文．２００７：卜５页

［：３５］戚宗军．泵一管一嘴柴油电喷系统的研究与试验．浙门：大学硕士学位论
文．２０００：２—４页 ［３６］Ｐａｔｃｈａｒａｐｈｕｍ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ
ｊ

Ｓ， ｏｆ

Ｍｅｎｎｉｇ

Ｇ．

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｉ ｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ

ａｎｄ ｉｎ
ＣＳ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｈｅ ｓａｎｄｗｊｃｈ

ｍａｔｅｒｊａｌ

ｎｊｅｃｔ ｉ

ｏｎ

ｍｏｌ ｄｉ ｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｐｏｌ ｙｍｅｒ—Ｐｌａｓｔ ｊ

Ｔｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ ａｎｄ

Ｅｎｇｊ ｎｅｅｒｉ ｎｇ，ｖ ４５，ｎ ４—６，２００６，７５９—６８

［３７］会江善，平涛，凌励逊．柴油机高压共轨燃油喷射系统共轨压力控制
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ａｎｄ ｓｐｉｎ Ｓ，Ｈａ Ｊ，Ｅｏｍ Ｊ．Ｅ１ｅｃｔｒｉｃａｌ
’

ｓｐｉｎ

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
ｌａｔｅｒａｌ

ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ／Ａｕ／ｆ＇ｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉＣ

ｖａｌｖｅｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ

ＣＳ，Ｖ

９９，ｎ

８，２００６，Ｐ

０８Ｈ７０５

［３９］Ｌｉｕ

Ｗｅｉｄａｎ，Ｙａｏ Ｄｏｎｇｇａｎｇ，Ｋｉｍ Ｂｙｕｎｇ．Ｔｗｏ—ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｉｌｌｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎｎｕａｌ
ｖ

ｉ

ｎｊｅｃｔｉｏｎ

ｍｏｌｄｉｎｇ

Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｌ，ＡＮＴＥＣ

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ— ２００４一Ａｎｎｕａｌ

ＡＮＴＥＣ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

Ｐｒｏｃｅｅｄｉ ｎｇｓ，

Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｃｅｅｄｉ ｎｇｓ，Ｖｏｌｕｍｅ ｌ：Ｐｒｏｃｅｓｓｉ ｎｇ，２００４，
Ｐ

５０６—５１０

．

［４０］Ｗａｎｇ Ｊｕｎ，Ｆｅｎｇ
ｔｉｍｉｎｇ ＭＡＰ

Ｇｕｏ—Ｓｈｅｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｙｏｕ一，ｒｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ

ｏｎ

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
Ｄａｘｕｅ

ｂａｓｅｄ

ｎｅｕｒａｌ

ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｂｅｉ Ｊｉｎｇ
ｃｅ

Ｌｉｇｏｎｇ

Ｘｕｅｂａｏ／Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉ Ｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕ
ｎ

ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖ ２５，

ｌ，Ｊａｎｕａｒｙ，２００５，Ｐ ２７—３０

７６

哈尔滨Ｉｊ袢人学硕十学位论文

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
［１］史镜海，李晓波，丁宇．对某型柴油机进行电喷改造的设计方案．柴油 机．２００６增刊：６０－６２．

［２］史镜海，李晓波，何建元．柴油机共轨式燃油喷射系统的仿真研究．中

国内燃机学会．中国内燃机学会第七属学术年会，中国上海，２００７年
１０月．江苏月‘阳：月‘阳市教育印刷厂，２００７：６９—７３．

哈尔滨ｌ：程人学硕十学何论文

致

谢

值此硕士论文即将完成之际，我要向那些一直关心，支持和帮助我的人 们表示感谢： 首先要感谢我的导师李晓波教授，本论文也ｍ足在李老师的精心指导 下完成的。在近三年的硕士学习期Ｉ’日Ｊ，李老师给我提供了良好的学习、科 研环境，让我学到了很多知识，掌握了一些科研方法，获得了很多实践锻 炼的机会。这些在我后来的择业过程中成了颇具竞争力的优势，在此我要 祝愿他身体健康，全家幸福，衷心感谢老师对我的培养和教育！ ．同时，也要感谢我的师兄王贵新老师，手把手的教我学会Ｈｙｄｓｉｍ软件 的操作方法，每次使用Ｈｙｄｓｉｍ软件遇到困难时，都得到了王贵新师兄热情 和无私的帮助。 还要感谢我的师弟师妹们及三甲２０７的所有同学，他们给了我无数的 关心和鼓励，也给我的生活带来了无穷的欢乐和温暖。此论文完成于三甲 ２０７即将搬迁之际，相信每一个在这个试验室Ｔ作和卜学爿过的人都会跟我 一样记住在这罩付出的勤奋和度过的幸福时光。

７８

哈尔滨ｌ：科人学硕十。学何论文

附录

Ａ

计算凸轮升程数据文件的ＭＡＴＬＡＢ程序
ｆｕｎｃｔｉｏｎ

ｃａｍｅ（ｈＯ，ｈｔｍａｘ，Ｑｏ，Ｑ１，Ｑ２，０３，Ｚ）

ｃｈａ＝ｐｉ／１８０：％设置弧度与度数之间转换
％各方成系数用向量表示 Ａ＝［（Ｑ１一ＱＯ）＊ｅｈａ Ｂ＝［１ Ｃ＝［１ Ｄ＝［０ Ｅ＝［０ Ｆ＝［０ （滓［０
０ ０ ０ ０ ０

（Ｑ２一Ｑ１）＊ｃｈａ
０

１ ０

０

Ｏ ０ Ｏ ０

１］： ０］： ０］’ｔ ０］：
一２

一ｐｉ／（（Ｑｌ－ＱＯ）＊ｃｈａ）０ ｐｉ／（（Ｑｌ－ＱＯ）＊ｃｈａ）
０ ０ １ ．０
一１

－ｐｉ／（２木（Ｑ２一Ｑ１）＊ｃｈａ）

－４．（（Ｑ３－Ｑ２）＊ｃｈａ）６：３
—１

－２＊（Ｑ３一Ｑ２）＊ｃｈａ

（ｐｉ／（２木（Ｑ２－Ｑ１）＊ｃｈａ））‘２
０ ０ ０

２术（Ｑ：｛木ｃｈａ—Ｑ２术ｃｈａ）‘２ 一（１—５／８）

０］： ０］： １］： ０］：

６木（Ｑ３木ｃｈａ—Ｑ２半ｃｈａ）‘２ （（Ｑ３－Ｑ２）＊ｅｈａ）‘４

一（（Ｑ：３＿０２）＊ｃｈａ）‘２
０ ０ ０

Ｈ＝［ｈｔｍａｘ一１

ｈＯ＊ｐｉ／（２＊ＱＯ＊ｃｈａ）０

Ｉ＝ｉ ｎｖ（［Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄ：Ｅ：Ｆ：Ｇ］）木Ｈ’：％解方程

％把方程结果与未知量相对应
Ｃ

１ｌ＝Ｉ（１）：．
ｌ

ｃ

２＝Ｉ（２）：

ｃ２１＝Ｉ（３）： ｃ２２＝Ｉ（４）： ｃ３ｌ＝Ｉ（５）： ｃ３２＝Ｉ（６）： ｃ３３＝Ｉ（７）：

Ｄｄｅｇ＝０．５：

％定义每０．５度计算一次
７９

哈尔滨１：‘稗人学硕十学何论文
ｆＯＦ’ｉ＝ｌ：１：２木Ｑ３
’

ｉｆ

ｉ＜＝ｌ

ｄｅｇ（１）＝Ｏ＋Ｄｄｅｇ：
ｅ１Ｓｅ

ｄｅｇ（ｉ）＝ｄｅｇ（卜１）＋Ｄｄｅｇ：
ｅｎｄ

％余弦型缓冲段计算函数
．ｉｆ

ｉ＜＝２木Ｑ０
ｃａｒｏｌ ｉ

ｆｔ（ｉ）＝ｈ０水（１一ＣＯＳ（Ｐｉ＊ｄｅｇ（ｉ）／（２＊ＱＯ）））： ｔｙ（ｉ）＝ｈＯ＊ｐｉ术ｓｉ ｎ（ｐｉ＊ｄｅｇ（｛）／（２．００））／（２＊００＊ｃｈａ）

ｖｅｌｏｃｉ

ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ（ｉ）：ｈ０，Ｉｃ（（ｐｉ／（２＊ＱＯ＊ｃｈａ））‘２）＊ＣＯＳ（ｐｉ＊ｄｅｇ（ｉ）／（２．００））：

％第一工作区段（半波萨弦币加速度段）计算函数
ｅｌｓｅｉｆ

ｉ＜＝２木Ｑ１

ｃａｍｌ ｉ

ｆｔ（ｉ）＝ｃａｍｌ ｉｆｔ（２，ＱＯ）＋ｃｌ ｌ术（ｄｅｇ（ｉ）一ＱＯ）＊ｃｈｉｔ—ｃ

ｌ ２＊ｓｉ

ｎ（ｐｉ＊（ｄｅｇ（ｉ）一

Ｑ（））／（Ｑ１－００））：

ｖｅｌｏｃｉ

ｔｙ（ｉ）＝ｅｌ

ｌ—Ｃ １

２＊ｐｉ／（Ｑ１＊ｃｈａ—ＱＯ＊ｃｈａ）＊ＣＯＳ（ｐｉ水（ｄｅｇ（ｉ）一００）／（０１一Ｑｏ

ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ（ｉ）＝ｃ１２．（（ｐｉ／（Ｏｌ＊ｃｈａ—ＯＯ＊ｃｈａ））‘２）木ｓ ｉ ｎ（ｐｉ木（ｄｅｇ（ｉ）－ＱＯ）／ （Ｑ１一ＱＯ））：

％第－－２１２作区段（四分之一波正弦负加速段）计算函数
ｅｌｓｅｉｆ

ｉ＜＝２木Ｑ２

ｃａｍｌ ｉ

ｆｔ（ｉ）＝ｃａｍｌ ｉ ｆｔ（２．０１）＋ｃ２１．（ｄｅｇ（ｉ）＊ｃｈａ－Ｏｌ＊ｃｈａ）＋ｃ２２＊ｓｉ ｎ（ｐｉ＊（ｄｅｇ

（ｉ）一Ｑ１）／（２，Ｑ２—２．０１））：

ｖｅ］ｏｃｉｔｙ（ｉ）＝ｃ２ｌ＋ｃ２２＊ｐｉ／（２＊Ｑ２＊ｃｈａ一２＊Ｏｌ＊ｃｈａ）＊ＣＯＳ（ｐｉ半（ｄｅｇ（ｉ）一Ｑ１）／（２

‘哈尔滨Ｉ：料人学硕十学位论文 ＊０２－２＊０１））：

ａｃｃｅｌ ｅｒａｔ ｉ ｏｎ（ｉ）＝一ｃ２２，（（ｐｉ／（２＊０２＊ｃｈａ一２，Ｏｌ＊ｃｈａ））‘２）水ｓ ｉ

ｎ（ｐｉ牢（ｄｅｇ（ｉ）

－ＱＩ）／（２＊Ｑ２－２＊Ｑ１））：

％第三工作区段（抛物线负加速度段）计算函数
色１ｓｅｉ ｆ

ｉ＜＝２丰Ｑ３

ｃａｍｌ ｉ

ｆｔ（ｉ）＝ｃａｍ ｉｆｔ（２．Ｑ２）＋ｃ３１木（Ｑ３＊ｃｈａ—ｄｅｇ（ｉ）木（：ｈａ）‘４一ｃ３２．（Ｑ３＊ｃｈａ—ｄ

ｅｇ（ｉ）＊ｃｈａ）‘２＋ｃ３３：

ｖｅ］ｏｃｉ

ｔｙ（ｉ）＝４．ｃ３１．（Ｑ３＊ｃｈａ－ｄｅｇ（ｉ）＊ｃｈａ）‘３＋２．ｃ３２．（Ｑ３＊ｃｈａ—ｄｅｇ（ｉ）＊ｃｈａ

ａｃｃｅｌ ｅｎｄ ｅｎｄ

ｅｒａｔｉｏｎ（ｉ）＝一１ ２．ｃ３１．（０３＊ｃｈａ－ｄｅｇ（ｉ）＊ｃｈａ）‘２—２．ｃ３２：

ｆｉ １

ｅｐｉｏｎｔ＝ｆｏｐｅｎ（’ｃａｍ ｉ ｆｔ．ｄａｔ’，’Ｗ’）：％打丌ｃａｍ］ｉ ｆ＇ｔ．ｃａｔ文件，升程保

存在此文件
ｉｆ ｆｉ ｌｅｐｉｏｎｔ＜２０

ｆｐｉｎｔｆ（’％ｓ＼ｎ’。’Ｔｈｅ 败显示信息
ｅ１
ｓｅ

ｃａｍｌｉｆｔ．ｄａｔ

ｄｏ

ｎｏｔ

ｏｐｅｎ’）：％文件打丌失

ｆｏｒ ｆｐｒｉ ｅｎｄ

ｉ＝１：１：２．Ｑ３

ｎｔｆ（ｆｉ ｌｅｐｉｏｎｔ，’％ｆ％ｆ＼ｎ’，ｄｅｇ（ｉ），ｃａｍｌ ｉ ｆｔ（ｉ））：

ｓｔａｔｕｓ＝ｆｃｌｏｓｅ（ｆｉ ｌｅｐｉｏｎｔ）： ｆｐｒｉｎｔｆ（’％ｓ＼ｎ’，’Ｃａｍｌｉｆｔ
ｅｎｄ
ｗａｓ

ｓａｖｅｄ

ｉｎ

ｃａｍｌｉｆｔ．ｄａｔ’）：

哈尔滨ｆ：料人学硕十?！产位论文

附录

Ｂ

油泵凸轮型线升程表
凸轮转
角（１ｅｇ
０．５０ １．００ １．５０ ２．００ ２．５０ ３．００ ３．５０ ４．００ ４．５０ ５．００ ５．５０ ６．００ ６．５０ ７．００ ７．５０ ８．ＯＯ ８．５０ ９．００ ９．５０ ｌ（）．００ ｌ（）．５０ １１．００ １１．５（） １２．００ １２．５０ １３．ＯＯ ｌ：３．５０ １４．ＯＯ １４．５０

丁卜程ｔｏｎｉ
０．００３０８ ０．０１２３１ ０．０２７６：３ ０．０４８９４ ０．０７６１２ ０．１０８９９ ０．１４７３６ ０．１９０９８ ０．２３９５９ ０．２９２８９ ０．３５０５５ ０．４１２２２ ０．４７７５０ ０．５４６０ｌ ０．６１７３２ ０．６９０９８ ０．７６６５６ ０．８４３５７ ０．９２１５４ １．（）００００ １．０７８６３ １．１５７７７ １．２３７９５ １．３１９６８ １．４０３４４ １．４８９７２ １．５７８９９ １．６７１６７ Ｉ．７６８１８

凸轮转角
ｄｅｇ １５．００ １５．５０ １６．００ １６．５０ １７．ＯＯ １７．５０ １８．ＯＯ １８．５０ １９．ＯＯ １９．５０ ２０．ＯＯ ２０．５０ ２１．００ ２１．５０ ２２．００ ２２．５０ ２３．００ ２３．５０ ２４．００ ２４．５０ ２５．００ ２５．５０ ２６．００ ２６．５０ ２７．００ ２７．５０ ２８．００ ２８．５０ ２９．００

外程ｆｉｌｎ
１．８６８９ｌ １．９７４２ｌ ２．０８４３９ ２．１９９７３ ２．３２０４７ ２．４４６８２ ２．５７８９２ ２．７１６９０ ２．８６０８ｌ ３．０１０６８ ３．１６６５０ ３．３２８１．８ ３．４９５６２ ３．６６８６７ ３．８４７ｌｌ ４．０３０７２ ４．２１９２ｌ ４．４１２２７ ４．６０９５４ ４．８ｌ（）６５ ５．０１５１７ ５．２２２６８ ５．４３２７０ ５．６４４７７ ５．８５８３７ ６．０７３（）ｌ ６．２８８１ ７ ６．５０３２３ ６．７１ ７ｌ：｛

凸轮转伯
（１Ｐｇ ２９．５０ ３０．（）（） ３０．５（） ３１．（】《） ３１．５０ ３２．００ ３２．５０ ３３．（）０ ３３．５０ ３４．ＯＯ ３４．５０ ３５．００ ３５．５０ ３６．０（） ３６．５Ｉ） ３７．ＯＯ ：ｊ７．５０ ３８．（）（） ３８．５０ ：ｊ９．００ ３９．５０ ４０．００ ４０．５０ ４１．０（） ４Ｉ．５０ ４２．（）０ ４２．５０ ４３．００ ４３．５０

Ｊ１Ｉ程ｉＩ｜ｌｎ
６．９２８８（） ７．Ｉ：｛７：ｊｌ ７．３４１９７ ７．５４２３２ ７．６９５：３８ ７．８４６３７ ７．９９５２２ ８．１４１９ｌ ８．２８６３８ ８．４２８６０ ８．５６８５２ ８．７０６１ｌ ８．８４１３３ ８．９７４ Ｊ ３ ９．１０４４９ ９．２３２３５ ９．：＿｝５７７０ ９．４８０４９ ９．６００６９ ９．７１８２７ ９．８３３１９ ９．９４５４：３ １０．０５４９５ １０．１６１７２ １０．２６５７ｌ ｌ（）．３６６９０ ｌｆ）．＂１６５２６ １０．５６０７６ “）．６５３３８

凸轮转ｆＩ＝ｊ
ｄｅｇ ４４．（）０ ４４．５０ ４５．（）（） ４５．５０ ４６．００ ４６．５０ ４７．ＯＯ ４７．５（】 ４８．００ ４８．５０ ４９．００ ４９．５０ ５０．００ ５０．５（） ５Ｉ．（）（Ｊ ５１．５０ ５２．００ ５２，５０ ５３．００ ５：３．５０ ５４．ＯＯ ５４．５０ ５５．００ ５５．５０ ５６．００ ５６．５０ ５７．００ ５７．５０ ５８．（）０

外程｜ｌｌ｜ｎ
１０．７４３０８ Ｉ（）．８２９８６ “Ｊ．９ｌ：３６８ １０．９９４５２ ｌＪ．０７２：３６ １１．１４７１９ １１．２１８９７ １１．２８７７０ １１．３５３３５ １１．４１５９０ １１．４７５３５ １１．５：３１６７ １１．５８４８５ １１．６３４８８ １１．６８１７４ ｌ １．７２５４３ １１．７６５９２ １１．８０３２ｌ １１．８３７２９ １１．８６８１５ １１．８９５７８ １１．９２（）１８ １１．９４１３４ １１．９５９２６ １１．９７３９２ １１．９８５：３：３ １１．９９３４８ ｌＩ．９９８：３７ Ｊ ２．（）００００

８２

柴油机电控泵管嘴燃油系统及电磁阀的仿真研究
作者： 学位授予单位： 被引用次数： 史镜海 哈尔滨工程大学 1次

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引证文献(1条) 1.区灿辉 浅论柴油机共轨系统中轨压的有效控制[期刊论文]-科技资讯 2010(23)

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