电控单体泵燃油系统阀区域动态流动特性研究

发布时间：2020-06-14 15:20

【摘要】：现代柴油机均采用电控高压燃油喷射系统来实现高效燃烧和降低排放的目标。由于具有喷射压力高、喷油量和喷油正时灵活可调、可靠性高以及对燃料适应性好等优点,电控单体泵燃油系统受到极大关注。控制阀是电控单体泵燃油系统的关键部件。电控单体泵燃油系统通过控制阀的打开与闭合控制高低压油路的通断,实现断油控制。该过程中大量高压燃油高速短时间通过控制阀锥面流入低压油路,使得控制阀区域流场复杂,存在高度湍流并产生空化,对断油控制影响显著,并影响燃油系统工作性能。本文以单体泵控制阀为研究对象,开展电控高压燃油系统阀区域流场动态特性研究。主要研究工作为:基于计算流体力学技术,建立控制阀区域瞬态仿真模型,并基于试验结果验证仿真模型;以试验所得压力及控制阀速度曲线作为模型边界条件,开展控制阀区域流场仿真研究。通过上述工作,得到以下结论:1)控制阀打开过程中,空化产生于控制阀锥面及锥面下游区域。锥面的空化首先发生在出口的阀芯侧,是由于锥阀阀芯高速运动导致,然后在锥阀入口处产生,是由于流通面积缩小,局部流速增高导致;锥面下游是由于涡流流动导致;锥面和锥面下游的空化强度均会随着开度的增加而增加;空化抑制了控制阀的流通能力;2)控制阀打开过程为动态过程。阀芯的快速运动及进出口压力的瞬态变化导致控制阀打开过程为动态过程;动态流场的流动特性明显不同于稳态;3)阀芯速度对控制阀区域的空化过程、流通能力及流动状态均有显著影响。在相同进出口压力边界条件下,随着阀芯速度增加,控制阀锥面及锥面出口下游区域空化均减弱,湍动能相应减弱;小开度时,不同阀芯速度下控制阀流量基本无变化,大开度时,阀芯速度越高,控制阀流量越高;阀芯速度对大开度时阻塞流动临界点的影响明显大于小开度。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK423
【图文】：

燃油系统

家通过不断严格的排放法规来推进绿色低排放柴油机技术[1]。电控高压燃油系统通过多次喷射可实现柔性灵活的喷油规律，是低排放柴油机的标准配置。低排放柴油机用电控燃油系统的要求是：(1)高压，喷射压力满足 200MPa～300MPa，提高燃油雾化效果；(2)高速，两次喷射之间的液力滞后时间小于 200μs[2]；(3)高精度，实现喷油量及喷油正时的精确控制。为了满足上述要求，当前燃油系统均通过电磁部件控制高精度液压阀的开闭实现高低压油路的导通或者断开，从而控制喷油器处燃油的压力，实现喷油量和喷油正时的精确控制；控制阀闭合，通过凸轮驱动柱塞泵建立油压，使得喷射压力基本超过 200MPa；泄油过程中，控制阀迅速打开及闭合，迅速实现泄油与二次建压，完成二次喷射。电控高压燃油系统通过电子控制的高速响应阀来控制高压和低压油路的通断，进而调节高压油路的油量，实现喷射控制。因此，控制阀成为燃油系统中的关键部件[3]，阀区域的流动特性决定阀的流通能力、阀芯的运动特性和能量损失，从而决定了燃油系统特性。燃油系统中典型控制阀如图 1-1 所示。

结构图,单体泵,结构图,控制阀

1-连高压油管，2-高压油路压力测量点，3-控制阀，4-挡板，5-盖板， 6-高压腔滚轮，8-凸轮，9-泵柱塞，10-止回阀，11-压力调节阀，12-低压油路压力测量点中间板，14-控制阀弹簧，15-带线圈和磁芯的螺线管，16-位移传感器图 1-2 单体泵结构图Fig.1-2 Structure of unit pump system控制阀的启闭决定了燃油系统内部油压的建立。螺线管通电时，控制阀道关闭，燃油系统内部形成密封系统，油压迅速建立；螺线管断电时，开，回油道打开，燃油经回油道迅速泄油，同时卸压，喷油停止。电控单体泵燃油系统工作过程如下：1) 充油过程。柴油机工作时，凸轮轴转动带动柱塞向下移动，此时螺，控制阀关闭，喷射系统内部压力将低于低压油路的供油压力，低压燃油口进入高压喷射系统。2) 旁通过程。当柱塞上升时，压缩燃油，燃油压力升高，此时螺线管状态，控制阀打开，柱塞腔内燃油压力等于进油压力，由回油阀的开启，远低于喷油器的开启压力，燃油通过回油道进行泄油。3) 喷射过程。柱塞位于上升行程时，ECU 根据采集到的各种传感器

【参考文献】