电控喷油器针阀偶件密封特性研究

发布时间：2020-07-11 01:41

【摘要】：为了提高柴油机燃油喷射压力,必须减小喷油器的燃油泄漏量。针阀偶件是电控喷油器中的精密偶件之一,对喷油器高压油路的密封有重要作用。本文运用流体力学、传热学和摩擦学原理,分析了针阀偶件的工作原理并建立了针阀偶件的控制方程;针对高压油路的压力波动现象通过理论分析和试验数据拟合,建立了基于单次喷射的喷油器入口压力波动模型。利用Fluent进行数值模拟,分别研究了动态下针阀偶件的结构参数和喷油器工作参数对其密封特性的影响。研究发现单因素影响下,增大偶件配合间隙、减小密封面长度、提高燃油压力、针阀的偏心或倾斜、管路压力的波动均降低针阀偶件的密封性,喷油脉宽对密封性影响不大。基于ANSYS Workbench,对针阀偶件的静态泄漏进行了单向流固耦合和热流固耦合数值模拟,结果表明:热变形对间隙油膜的影响小于压力造成的变形,两种数值计算方法得到的间隙油膜厚度沿轴向变化趋势基本一致;当针阀偶件间隙油膜入口燃油压力为120MPa时,相比于流固耦合,考虑热变形时,针阀同心、偏心率为0.5、倾斜率为0.25时出口截面的平均油膜厚度分别提高了18.28%,17.09%,21.61%。结合试验发现热流固耦合计算方法能更真实的反映针阀偶件的形变。基于热流固耦合分析了不同压力下,针阀偶件同心、偏心、倾斜时针阀偶件的流场、温度场以及变形,研究发现压力越高,间隙油膜出口温度越高,针阀偶件弹性变形和热变形越大。相比针阀同心,针阀的偏心和倾斜时间隙油膜平均流速和温升更高,导致间隙燃油的泄漏速率增大。减小材料的线膨胀系数,强化针阀偶件的换热可以减小间隙油膜的厚度,提高针阀偶件的密封性。采用热流固耦合方法分析针阀偶件偏心和倾斜时的平均油膜变化,结果表明:针阀的偏心使间隙油膜平均厚度减小,针阀的倾斜使平均油膜厚度升高,随着压力升高这一趋势更加明显;针阀偏心和倾斜时,随压力升高沿周向间隙油膜的均匀性变好。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.136
【图文】：

电控喷油器,高压共轨,喷油规律

共轨管，电控喷油器，油器电磁阀激励信号控制电磁阀理想的喷油规律[11]。在高压共轨控喷油器能根据实际工况需求自自由调节喷油规律：预喷油、主获得契合燃烧放热规律的最佳的统的机械式供油系统，高压共轨、喷油压力均可独立控制，以 BO器的研究上走在行业前列。目前满足未来排放法规的第三代压电增压式喷油器喷射压力可达 250M喷射过程，现阶段单循环的喷油次术的发展提高了柴油机的排放性

燃油压力,泄漏量

因此需要适当的滑动面间隙，一般为 2~4μm。当未喷油时，高压燃油将从此间隙泄漏（静态泄漏）；在喷油过程中，由于阀处于开启状态，因此高压燃油会通过进油口和出油口经低压管路持续流出（动态泄漏）。图 1-2 是现阶段传统喷油器与 G4S 喷油器每循环燃油的泄漏量随燃油压力的关系，可以看出现阶段的喷油器在低压下每循环的燃油泄漏量较理想，静态密封较好，但随着燃油压力的提高，总泄漏量呈指数增长，且静态泄漏占比越来越大，因此要实现第四代共轨系统的喷射精度和雾化效果，要大幅提高电控喷油器的密封性能[12]。电控喷油器包含针阀和柱塞两大精密偶件，两者的密封性能影响喷油器工作时的喷射压力，当燃油压力升高时影响更加明显。目前，国家新时期排放法规的实施，对柴油机燃油经济性和排放性提出了更高的要求，相关企业也提出了“动力”与“智能”的开发理念，“动力”意味着可以提供 250~300MPa的极高喷射压力；而“智能”意味着先进的闭环控制系统

示意图,针阀偶件,燃油流,节流孔

塞 7 上端面的液压力降低，而盛油槽 10 内（近似共轨管压力）。由于进油节流孔 6抬起，喷油过程开始。喷油量和喷油规律、进油节流孔、回油节流孔、盛油槽结构油器控制室部分放大图如图 2-1（b）所示 2-2（c））号消失，电枢在复位弹簧 21 的作用下向油经由进油节流孔进入控制室 17，在控制塞 7 上端面的力增加，再加上复位弹簧 1，于是针阀落座，喷油结束。进油节流孔喷油量。结构和工作原理

【参考文献】