针阀式喷油器失效因素研究

发布时间：2020-05-09 10:27

【摘要】：随着柴油机自身的高速性能差、噪声大、排放污染严重和维修不便等缺点不断被克服,其应用范围不断扩大。喷油器作为柴油机的重要组成部分,其结构相对于柴油机其他零部件比较紧凑,工作环境处于高温、高压、高燃气的状态,但在如此恶劣的环境下仍需保持较高的工作效率。柴油机工作的好坏很大程度上取决于喷油器是否正常工作。本文依托于某企业的柴油机喷油器设计开发项目,针对柴油机喷油器在工作中出现的问题进行分析,提出了比较系统性的研究方法。主要做了如下工作:⑴针阀式喷油器非线性显式动力学撞击响应分析基于弹性力学与有限元理论,首先采用Hypermesh有限元软件对喷油器针阀-阀座撞击响应动力学模型进行前处理。应用Abaqus软件接口,再将前处理模型导入该软件进行动力学分析,开发相应的前后处理程序,分析撞击响应稳态过程。同时,建立了相应的撞击响应稳态评价指标,为针阀-阀座的磨损分析提供依据。⑵针阀式喷油器热应力分析首先运用Ansys Workbench软件平台中Design模块抽取喷油器内流道,建立喷油器燃油的三维流体动力学模型,再利用fluent模块中的湍流模型、能量模型进行流体动力学分析,得到喷油器喷油时的燃油压力变化及温度场;在Ansys Workbench软件平台中采用顺序耦合的方法对喷油器进行流固耦合分析,建立喷油器阀座、压力室、喷嘴的流-热-固耦合有限元分析模型,利用前述喷油器内部燃油的CFD计算分析结果,通过边界节点映射的方式将喷油器喷油时的温度分布数据耦合到有限元结构模型中,得到喷油器喷油时的温度场分布,最后将前述流体计算的燃油压力分布数据和喷油器的所有温度场分布数据导入到有限元结构模型中,最终计算得到喷油器的热应力和热变形,由此建立了喷油器传热边界条件的方法。⑶针阀式喷油器正常工作压力条件下的空化现象分析首先利用Ansys Workbench软件平台中Design模块抽取喷油器内流道,建立喷油器燃油的三维流体动力学模型,再利用fluent模块采用湍流模型、两相流模型、空化模型进行流体瞬态动力学分析,根据初始的条件及参数,得到不同压力下和不同升程下喷油器内部燃油气、液两相的分布及其压力、流速分布,其结果表明燃油进口压力、针阀升程越大,喷油器内部空化现象越严重;减小背压和增大饱和蒸汽压,喷油器内部空化现象也越严重。本文利用显示动力学分析方法及前后处理程序的二次开发对喷油器针阀运动撞击阀座进行分析,并且利用两相流模型、空化模型对喷油器内部燃油进行空化现象分析,以及采用顺序耦合方法对喷油器进行流-热-固多学科耦合仿真分析,系统性地对喷油器关键部位会出现问题的地方进行了比较完整的分析,从而为喷油器的结构优化设计提供相关的参考。
【图文】：

示意图,针阀,受力,示意图

针阀需要循环往复的上种冲击力是持续不断的针阀与阀座的撞击进行击过程中冲击应力的方采用有限元方法作为一击，考虑针阀与阀座多方法，进行针阀-阀座方式腔、压力室、弹簧、针力，中间部位受到针阀阀落座的过程而不断发的受力图如图 2.1 所示弹簧力制室压力

几何模型,阀座

2 喷油器针阀与座面撞击分析阀落座的冲击应力基本没什么影响，为了简化计算并且与实际情况保持一致，只析喷油器针阀与座面发生碰撞的部分，而且不考虑喷孔即把阀座当成实心来计算并采用轴对称模型进行有限元建模分析。喷油器针阀与阀座发生撞击的时间极短，因此喷油器工作时，针阀需要反复启和闭合，这样针阀与阀座会发生反复撞击接触，在进行喷油器撞击分析时由于触问题一般模型不容易收敛，为了计算结果的准确性和更好地得到撞击时的接触力、应变等结果分布，对针阀和阀座之间接触的区域划分更规则、精细的网格，其他部分则可以采用适当的加大尺寸或改变网格类型的手段。喷油器针阀-阀座模型使用 CATIA 软件建模，几何模型如图 2.3 所示，然后成 stp 文件直接导入 Hypermesh 软件中，建立轴对称模型，如图 1.2 所示；本次析采用轴对称单元 CAX3、CAX4R，在 Hypermesh 中划分好网格，并设置好单元类型针阀体单元数目为 24154，，节点数为 24503,；针阀单元数为 10740,节点数为 11215共计 34894 个单元，35718 个节点。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK423

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