电控柴油机高压共轨管研究现状分析

2019-03-28

福建质量管理 2019年19期

(天津理工大学海运学院天津 300384)

一、柴油机高压共轨管介绍

高压共轨燃油喷射系统主要由ECU、高压油泵、共轨管、电控喷油器及各类传感器组成。工作时，供油泵将燃油从油箱送入高压油泵，燃油由高压油泵增压后经共轨管被送入各个喷油器，再由ECU控制电磁阀实现相应工况下的喷油过程。而共轨管作为柴油机高压共轨燃油喷射系统的重要组成部分起到了重非常关键的作用：首先共轨管在整个柴油机高压共轨燃油系统中起到了积累与分配高压燃油的作用；其次可以减缓由于柱塞的间歇性供油而产生的压力波动进而提高系统对后续喷油定时和油量的精确控制精度。

二、研究现状与进展

国内针对电控喷油系统共轨管的研究主要集中在管路压力波动特性的研究以及管路结构优化的研究。使用到的仿真软件主要有HYDSIM、ASW、Workspace、ANSYS、Fluent、GT-Fuel、AMESim、ABAQUS、Matlab/Simulink等。

(一)管路压力波动特性的研究

东北林业大学的梁超[1-4]借助HYDSIM、ASW、workspace等软件进行较为系统的数值模拟仿真计算。文献中研究结果表明：共轨容积的大小要适当，在允许的条件下应取较大值；共轨容积变化，共轨内径不变时，长径比越大，共轨内的压力波动越小，共轨内压力越稳定；进出油孔位置的变化对共轨内的压力波动较小，可以根据发动机的需要来布置进出油管的安装位置；在喷油脉宽相同时，随着压力的降低，共轨内的压力波动的趋势变大；在相同的压力下，脉宽的变化对共轨压力的影响较大；从压力的变化上看，提高压力可以减小由于喷油脉宽变化导致的共轨压力的波动。

江南大学的王称心等人[5]通过GT-Fuel软件建立的仿真模型研究了共轨管材料属性对共轨管内燃油压力的影响。仿真结果表明：共轨管材料弹性模量越大，对轨压波动抑制效果越好；过大的共轨管壁厚对燃油压力波动抑制作用不明显。

北京理工大学的李丕茂等人[6]首先通过试验研究了轨压和喷油脉宽对喷油器关闭后高压油管内燃油压力波动的影响，结果表明：压力波动幅度随轨压和喷油脉宽的变化均不是单调的。然后,采用CFD方法进行了仿真运算。最后,得出结论：高压油管内燃油压力波动幅度随喷油脉宽的增大呈现出周期性的变化规律,随轨压的增大在整体上呈现出逐渐增大的规律,但伴随着局部的往复变化,且往复变化的周期随轨压的增加而增大。

北京交通大学的吕晓辰[7]利用AMESim软件建立了高压共轨系统一维模型，研究了油管长度、内径、共轨管长度、容积、长径比等结构参数对压力波动程度的变化规律。随后利用Fluent软件开展高压管路三维流场仿真计算，结合一维仿真计算结果，对高压管路中压力波的产生、传播及燃油流动过程作出了分析；然后用频谱分析的方法，总结出共轨压力波动频率、振幅受高压共轨系统运行及结构参数的影响规律。

(二)管路结构优化的研究

无锡油泵油嘴研究所的王绮等人[8]对柴油机共轨管振动进行了研究并作出优化：通过对某六缸柴油机共轨系统进行了不同转速下的台架试验，结合数字信号分析处理技术以及振动信号分析理论对存在的共轨系统峰值进行了分析，分析显示在530Hz附近存在明显共振峰，采用了在连接钢板处增加一个与发动机缸盖的螺栓连接的方法，提高了钢板的一阶固有频率以避开发动机的发火激励谐次，并对方案进行了验证，结果显示共轨管的振动大幅降低。

中南大学的裴海灵等人[9]运用多学科优化设计的方法，以共轨管容积最佳、压力波动最小、质量最小和进油口位置最佳为目标函数建立了共轨管多学科优化设计体系，采用模拟退火算法进行求解，结果显示：共轨容积减小1.07%，总质量减小6.8%，压力波动幅降幅达16.7%。

中国北方发动机研究所的王国莹等人[10]通过GT-Fuel流体分析软件搭建了高压共轨系统模型,通过仿真计算确定了该分油器的容积,并根据其安装要求及系统特点对分油器进行了结构设计。试验结果表明,该分油器可靠性高,安装方便,能够满足发动机对性能和安装的要求。

中国一汽无锡油泵油嘴研究所的曹俊卫等人[11]通过ABAQUS有限元软件计算以及理论计算给出了高压共轨管厚度比系数的合理区间。此外，昆山江锦机械有限公司的彭瑜华[12]设计了一种双层组合式高压蓄压管，相比单层壁厚蓄压管能够承受更高的内部压力，且环向应力较低。经过ANSYS有限元软件计算和理论计算对结果进行了验证，强度满足设计要求。