大功率低回油电控喷油器喷射特性研究

发布时间：2020-08-19 13:47

【摘要】：能源危机和环境污染是长期以来全球面临的两大社会难题,作为能耗高、排放量大的柴油发动机,有效地提升其技术水平、优化其经济性能与改良排放指标的问题迫在眉睫。高压共轨燃油喷射技术对于柴油机的排放性和经济性作用意义重大,电控喷油器作为柴油机高压共轨燃油喷射系统的焦点,随着柴油机单缸功率的提升,大循环喷油量和低回油量的需求成为电控喷油器亟需突破的技术难点。本文进行了一种新型电控喷油器的概念设计,利用数值模拟的手段从四个特性指标方面针对目标喷油器进行了具体的研究,包括:喷射规律特性、液压效率特性、动态响应特性以及多次喷射循环喷油量波动特性。首先,针对所设计的大功率低回油电控喷油器,借助液压仿真软件AMESim平台构建了喷油器数值仿真模型,验证了模型满足性能仿真要求。解析了喷油器工作时的时序动作过程,并以此为基础,揭示了共轨压力、控制脉宽两个控制参数对各喷射性能的影响规律。此外,在全工况平面内,对于定义的喷油器液压效率,研究了液压效率的变化规律。其次,研究了低回油电控喷油器动态响应的影响因素。将喷油器响应定义为具体关于针阀的四个响应,主要研究了电磁阀、控制腔、针阀部分组件中重要结构参数改变时对应响应的变化情况,并利用量化分析的方法,计算评估了各参数对喷油器响应影响的显著程度。结果表明:出油节流孔直径、针阀直径、电磁阀最大升程和电磁阀弹簧预紧力对喷油器开启响应影响程度较大;进油节流孔直径、电磁阀控制部分参数和针阀直径对喷油器关闭响应影响程度更为突出。最后,揭示了低回油电控喷油器循环喷油量波动机理和影响规律。对喷油器燃油压力波动特性进行了分析和影响因素研究,并研究了预-主喷射与主-后喷射两种工作模式下循环喷油量波动的影响机理和变化规律。研究表明:多次喷射循环喷油量的波动是前后两次喷射引起的盛油槽压力波动叠加共同作用导致的结果。此外,研究还发现:扩大蓄压腔容积,一定程度上可以减弱循环喷油量的波动。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK423
【图文】：

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第1章绪论3品。最直观的，最大喷射压力的提高是其中重要策略之一，如图1.1所示。图1.1Bosch公司共轨喷油器喷射压力的变化趋势图1.2展示的是Bosch第一代电磁阀控制式喷油器，型号CRIN1，采用“针阀-顶杆-控制活塞”的传统结构形式，通过控制布置于上方的电磁阀通断电来间接控制燃油压力的建立和卸载，进一步实现针阀落座和开启[31]。这种结构缺点比较明显，其一在于喷油器运动部件数量多、结构尺寸较大、燃油通过液力传递距离长等因素带给针阀的启闭过程许多不稳定性和不确定性，进而使得针阀响应时间长、多次喷射难以实现；其二在于针阀偶件和控制活塞偶件的上下接触部分均存在低压腔和高压腔的交替，导致了高压燃油流动时向偶件轴向的泄漏，该部分泄漏会随着压力的升高愈发增多，这种结构引起的燃油泄漏量被称之为喷油器的静态泄漏，静态泄漏的存在是制约燃油喷射压力提升和系统效率提升的关键影响因素。（a）电磁阀剖面图（b）喷油器结构示意图图1.2Bosch第一代电磁阀控制式喷油器图1.3所示为第二代和第三代的产品实物对比图，第二代产品CRIN2在上一代基础上，优化了电磁阀、低压油路和高压油路的机构，提高了喷油器的响应性能，获得了更加柔和的燃烧过程。随着压电技术的发展，Bosch公司推出了压电直接控制式电控喷油

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哈尔滨工程大学硕士学位论文4器，型号CRIN3，用在其第三代共轨喷油系统上[32]，是共轨喷油器技术历史上的一次重要飞跃[33-34]。如图1.4所示，将高度集成的压电晶体驱动装置布置在喷油器中。该共轨喷油器移除了中间液压传动的控制活塞结构，使用压电伺服机构代替高速电磁阀，利用液力放大机构控制针阀的开启和关闭，有效地提升了针阀响应速度；对油道结构进行了较大改良，同时采用了短针阀无静态泄漏的设计，彻底解决了高低压油路间的泄漏问题。图1.3Bosch第二代、第三代喷油器图1.4Bosch第三代压电控制式喷油器同一时期，如图1.5所示为Bosch针对中重型柴油机用CRIN-3.3电控喷油器，轨压最高达2500bar。图1.6所示为Bosch公司MCRS共轨系统用电控喷油器[35-36]。特别地，其每个喷油器都存在一个小蓄压腔结构，该小蓄压腔容积是喷油器标定喷油量的70倍，这减小了各喷油器喷油时互相之间的干扰，同时改善了整个喷射系统的稳定性。二者均采用了将整个针阀浸泡在高压燃油中，规避静态恒泄漏的短针阀结构，提升了系统喷射压力和液压效率。图1.5CRIN-3.3喷油器图1.6MCRS共轨系统用喷油器图1.7展示的是Bosch公司最新一代燃油系统共轨用喷油器产品，液力增压型喷油器HADI（HydraulicallyAmplifiedDieselInjector）。选用双电磁阀结构，最大的改变在

【参考文献】