直喷式喷油嘴的优化设计



直喷式喷油嘴的优化设计

研究的主要目标是优化喷油嘴动力驱动系统，以此来控制喷油正时，提高喷油量。为了便于优化设计，对直喷式喷油嘴以及其动力驱动系统进行了电-电磁-机械-流体耦合建模。

耦合建模过程如下：①建立简化的电路模型来计算通过喷油器线圈的电流；②将该电路模型导入麦克斯韦方程式中进行电磁力计算；③电磁力带动销进行非线性曲线运动。该动力学模型包括销的刚体运动、弹簧力、起始接触力、压力以及阻尼器阻尼力。采用流体力学分析软件中的有限元分析模块对所建立的1/6电磁-机械-流体模型进行分析验证。通过该软件分析得到销的瞬时位移、压力、质量流量。

在所建耦合模型中，采用不同的功率策略对喷油量不一致的原因进行仿真分析，最后通过基于图像的喷雾时间测量系统对仿真结果进行验证。所建的流体模型只包括喷嘴附近的区域，上行管道系统在模型中不予考虑。此外，由于实时销位移、压力和流量不易测量，所以在计算机仿真分析过程中采用流量数据的平均值以及销位移的平均值。

仿真分析及测量系统验证后，给出了高性能燃油喷射器的优化设计方案：①燃油喷射器设计制造过程中优选高磁饱和度的材料，以获得较高的电磁力来驱动销的运动；②弹簧的回弹力决定了喷油嘴关闭的延迟时间，因此可以通过增大回弹力来减少延迟时间；③建立流体模型有助于更好地进行燃油喷射过程中的物理学分析，如喷嘴直径和质量流量之间的关系、气蚀区域几何结构的改变对喷射压力的影响等。因此，可以通过建立精准的流体模型来对气蚀区域的几何结构进行合理设计，以此来减少甚至消除出现的气蚀。

Alan Palazzolo et al. SAE 2014-01-1442.

编译：贺蓉