控制高压油管压力对提高燃油发动机工作效率的研究

荣睿璠　王国丞　赵靖瑜　王秀芬

摘 要 通过对柱塞腔凸轮的角速度进行控制，实现了高压油管内部压力保持不变，进而解决了高压燃油机工作效率不高的问题。该方法对解决类似问题有一定指导意义。

关键词 高压油管 压力波动 凸轮 角速度

中图分类号：U416.2文献标识码：A

0引言

随当今柴油系统越来越广泛的应用，其内部核心的高压燃油系统（HPCR）的技术更新也越来越重要。现今的柴油机高压油管系统最基本的工作原理是燃油进入高压油泵后通过高压油泵的升降将燃油压入高压油管内再由喷油嘴喷出（如图1）：

针对高压油管工作中存在的效率问题，李丕茂在研究中表示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，其对高压共轭油管内的压力波动差进行了研究。而顾礼昌翻译的《内燃机供油系统中压力波的衰减装置》就对此现象进行了分析并提出通过衰减压力波以解决。本篇文章则以控制高压油泵系统的凸轮转动角速度为着手点，研究通过恒定压力来提高高压燃油系统工作效率的可行性。

1原理介绍

1.1高压油管工作原理

燃油在高压油管段的进入和喷出是高压燃油系统的工作的基础。燃油的进入和喷出具有间接性，在这种特点的影响下，高压油管内部的压力时刻变化，喷出的燃油量存在偏差。这是影响燃油发动机的工作效率的重要因素之一。

1.2凸轮工作原理

凸轮驱动柱塞上下运动，凸轮边缘曲线与角度的关系见图2。

1.3喷油器工作原理

喷油器喷嘴结构、工作原理如图3所示。

一个喷油周期内的针阀升程与时间的关系由图4所示。

2研究过程

2.1研究方法

2.1.1假设

为方便计算，本文进行了合理假设。

（1）高压油管内的温度不变;

（2）燃油在出A口之后，其密度立即变为高压油管内当前燃油的密度;

（3）针阀在运动时没有受到摩擦力;

（4）在高压油管内各处压力均相等。

2.1.2方法确定

高压油管内部的温度不变，影响高压油管内压力的因素只有其内部某一时刻的燃油量。燃油始终没有发生流失，其质量一定不会改变，即流入高压油管内的燃油质量始终与流出的相等。

由于喷油嘴的工作周期已经给定，其在每个工作周期的喷油量一定。而对于流入高压油管的燃油质量，通过控制凸轮的转速可以实现。

结合已知数据，本文选择对凸轮的角速度进行控制。

2.2研究过程

2.2.1进入高压油管的燃油质量

其中，由于大气压强为，高压油管内的压力为，所以忽略大气压强的影响，喷油嘴喷出后的压力忽略不计，即。为流量系数，为喷出的燃油在喷油嘴内通过的面积。

通过对喷油口的工作原理进行分析，喷出的燃油在喷油嘴内通过的面积应该有如下特点：

①针阀上升过程中，面积实际为密封座与针阀的切面面积减去针阀的下表面面积，记为。

②面积最大只能为喷孔的面积。因此，针阀上升过程中，当面积的大小超过了喷孔的面积时，喷出的燃油在喷油嘴内通过的面积为喷孔面积，即。

3求解

3.1已知数据

对于某型号高压油管，其内腔长度為500mm，内直径为10mm，初始压力为100MPa。喷油器每秒工作10次，每次工作时喷油时间为24ms，由喷油嘴的针阀控制。

柱塞腔内直径为5mm，柱塞运动到上止点位置时，柱塞腔残余容积为20mm3。柱塞运动到下止点时，低压燃油会充满柱塞腔（包括残余容积），低压燃油的压力为0.5MPa。凸轮的工作周期为6.28rad/圈。

针阀直径为25mm、密封座是半角为9暗脑沧叮钕露伺缈椎闹本段？4mm。

3.2数据应用

最终得到凸轮的角速度，即。

4结论

经分析研究，高压燃油机工作效率不高的现象主要是由间歇性工作的特点而导致喷油量出现偏差造成。为使流入高压油管的燃油质量始终与流出相等，本文选择的方案是对柱塞腔凸轮的角速度进行控制，实现高压油管内部压力保持不变，以获得最优的工作效率。这一解决思路具有普适性，在其他情况下也可以采用与本文相同或相似的研究方法。

参考文献

[1] 李丕茂.喷射参数对共轨系统高压油管压力波动幅度的影响[D].北京：北京理工大学，2013.

[2] 顾礼昌.内燃机供油系统中压力波的衰减装置[J].国外内燃机车，1983（06）.

[3] 吕晓辰.高压共轨系统高压管路压力波动特性仿真研究及结构优化[D].北京：北京交通大学，2016.

[4] 蔡梨萍.基于MATLAB的柴油机高压喷油过程的模拟计算[D].武汉：华中科技大学，2005.