电控喷油器参数对喷油规律的影响

2016-09-06李孟孟侯献军博LiMengmengHouXianjunLiuBo武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室汽车零部件技术湖北省协同创新中心湖北武汉430070

北京汽车 2016年4期

李孟孟，侯献军，刘　博Li Mengmeng，Hou Xianjun，Liu Bo（武汉理工大学　现代汽车零部件技术湖北省重点实验室　汽车零部件技术湖北省协同创新中心，湖北　武汉　430070）

电控喷油器参数对喷油规律的影响

李孟孟，侯献军，刘博
Li Mengmeng，Hou Xianjun，Liu Bo
（武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室汽车零部件技术湖北省协同创新中心，湖北武汉430070）

基于一维仿真软件GT-Suite模拟电控高压共轨燃油喷射系统及柴油机整机模型，探究电控喷油器关键参数对喷油规律的影响。研究表明，提高喷嘴流量系数可以大幅度提高喷油速率，且加快后期断油；控制室容积进、回油节流孔直径对针阀开启和关闭有很大影响；随着控制室容积增加，喷油规律曲线向右平移，针阀关闭速度变慢；电磁力对针阀开启影响较大，且随着电磁力的增加，初期喷油速率有所增加；针阀弹簧预紧力会影响针阀开启和关闭的速度。研究结果对高压共轨电控喷油器的确定和优化具有一定的参考价值。

电控喷油器；喷油规律；GT-Suite；建模仿真

0　引　言1

电控高压共轨燃油喷射系统具有喷油压力高、喷油正时控制灵活、喷油精准、能够实现多次喷油等诸多优点，已经逐步取代传统喷油系统。此外，电控高压共轨技术也是实现柴油机低排放、低油耗及高动力的关键技术[1-2]。该系统中最核心的部件是电控喷油器，其性能的好坏直接影响整个高压共轨系统的工作性能[3]，从而对发动机整机性能产生重要影响，因此对电控喷油器进行详细研究是很有必要的。由于喷油规律对柴油机燃烧过程有很大影响，文中研究了喷油器关键参数对喷油规律的影响。

1　模型建立及校准

1.1仿真模型的建立

研究样机为某直列四缸四冲程、高压共轨柴油机，其主要技术参数见表1。根据实际经验，可对复杂的柴油机结构进行简化，将发动机视为由边界条件、涡轮增压系统、中冷器系统、进排气系统、燃油喷射系统、气缸和曲轴箱及相应连接管路等模块组成的模型[4-5]。

表1　柴油机主要技术参数

电控喷油器包含电磁系统、液力系统和喷嘴，在GT-Suite中的GT-Fuel模块中将其简化成信号模块、磁铁和磁铁芯、控制容积模块、针阀模块、喷嘴模块和油路模块等，其GT模型如图1所示。

将在 GT-Power软件中建立的柴油机模型和GT-Fuel软件中建立的高压共轨模型在GT-Flow软件平台上进行模型耦合，如图 2所示。由于获取的数值有限，因此，模型中部分参数是默认值或者忽略，有些参数是参考软件自带模型设定的推荐值。

1.2模型校准

为评价所建模型的计算精度和可靠性，将发动机外特性的仿真值与试验值进行对比，如图3和图 4所示。计算结果表明，有效功率和有效扭矩的误差分别在2.09%和1.92%以内，仿真值与试验值较好吻合，能够进行发动机的定性研究。

2　仿真结果分析

2.1喷嘴流量系数对喷油规律的影响

流量系数为0.6～0.85时进行模拟计算，结果如图5所示。

由图 5可以看出，提高喷嘴流量系数可以大幅度提高喷油速率，而且后期断油速度加快，这与提高共轨压力和加大喷孔总流通面积的效果很相似。

2.2进、回油节流孔直径对喷油规律的影响

分别保持进、回油孔直径不变，对进、回油孔直径进行DOE（Design of Experiment，试验设计）设置，计算结果如图6和图7所示。

由图 6可以看出，进油孔直径大小对喷油开启和关闭的速度都有较大影响，当进油孔直径增加到0.26 mm和0.3 mm时，不足以打开喷油器针阀；这是因为当回油孔一定时，进油孔孔径增大，单位时间内流入控制室的燃油量增多，导致当回油孔打开时泄压慢、回油孔关闭时蓄压快，所以喷嘴针阀开启速度减慢、关闭速度加快。由图 7可以看出，回油孔直径对喷油关闭速度基本没影响，但是对喷油开启速度影响较大；这是因为针阀关闭是在回油孔关闭之后进行的，所以回油孔的大小对针阀关闭速度基本没影响；而当电磁阀通电打开回油孔开始泄压时，控制室内压力变化的快慢决定了针阀开启的速度，当回油孔增大时，控制室内快速泄压，针阀开启速度变快。

2.3控制容积对喷油规律的影响

控制室容积的大小直接影响着控制室内压力建立的速度，从而影响喷油的响应速度。对控制室容积进行DOE设置，计算结果如图8所示。

由图 8可以看出，随着控制室容积增加，喷油规律曲线向右有一定的平移，且针阀关闭速度变缓，也就是喷油器喷油和断油的响应速度变慢。这是因为如果控制室容积太大，控制室内泄压速度相对减慢，针阀开启响应也会相对滞后；针阀关闭需要控制室压力大于或等于喷嘴容积腔内压力，若控制容积难以迅速建立这样的压力，则导致针阀关闭速度变缓。

2.4电磁力对喷油规律的影响

电磁力的变化会影响电磁阀的受力和响应速度，从而影响针阀的开启时刻和开启速度。对电磁力进行DOE设置，计算结果如图9所示。

由图 9可以看出，随着电磁力的增加，喷油时刻逐渐提前，初期喷油速率有所增加。当弹簧预紧力一定时，电磁力越大，电磁阀的响应速度越快，针阀开启速度也越快从而使喷油越早。在针阀关闭的过程中，电磁力消失不再作用，弹簧预紧力成为针阀关闭的驱动力，因此针阀关闭时刻基本受电磁力的影响。

2.5针阀弹簧预紧力对喷油规律的影响

选取50、100、150、200、250N共5种不同的弹簧预紧力，计算结果如图10所示。

由图10可以看出，燃油喷射压力相同时，针阀弹簧预紧力增大，喷油开始时刻推迟，喷油关闭时刻提前，喷油持续期明显缩短。这是因为随着针阀弹簧预紧力增大，针阀开启时刻后移且开启难度增大，并且针阀关闭速度加快。