3.2 进油节流孔Z 参数的影响
在参数模式下, 将出油节流孔A 的直径固定在某一合适的值, 同时在压力120 MPa, 脉宽1.5ms 的条件下, 改变进油孔Z 直径, 分析其对喷油器性能的影响。设定进油孔Z 的基准直径为0.24mm, 步长为0.02。图8 给出了Z 孔对针阀抬起速度和喷油速率影响的仿真结果, 分别对应直径为0.22 mm 、0.24 mm、0.26 mm 、0.28 mm。
图8 进油节流孔Z 直径的影
可以看到, 进油孔直径的大小对于针阀抬起速度的影响是比较大的。进油节流孔直径过小时, 当电磁阀一旦打开, 通过回油孔迅速回油, 从而控制腔压力下降较快, 针阀迅速开启; 当电磁阀断电,关闭回油通道后, 进油孔径较小则进油速度较慢,控制腔的压力升高比较缓慢, 则针阀落座比较缓慢。当进油孔孔径过小时, 由于针阀腔的压力波动, 可能还会造成2 次喷射。进油节流孔直径越大, 针阀抬起时刻越晚, 上升越慢, 且最大速度越小; 喷油结束后, 控制腔压力迅速建立, 针阀落座迅速, 不会产生2 次喷射。但是当进油孔孔径增大到一定程度时, 电磁阀通电, 衔铁抬起后, 控制腔压力降低的速度会比较慢, 针阀开启过程变慢直至完全不能开启。
同样的道理, 进油口直径对针阀升程的影响等同于对喷油率的影响。直径越大, 针阀抬起初始时刻越后延, 同时回位时刻也会提前, 即在针阀最高位移保持时间越短。随着进油口直径的增加, 喷油率迅速增加的时刻会相应后移, 而且保持在最大喷油率的持续时间会缩短。这是由于直径增大, 会造成一开始进入盛油槽的油量相对减小, 导致喷油率迅速增加的起始时刻后移, 同时进油口直径的增加, 在泄油口直径保持不变的情况下, 进油口直径的增加, 会使得控制活塞顶端的油量增加, 从而使得控制活塞下移, 也就使得喷油持续时间变得更短, 所以在大直径下, 针阀会表现得“晚开早闭”。
3.3 其它参数的影响
1) 顶杆弹簧预紧力对喷油率的影响
虽然顶杆弹簧的预紧力相比于作用在其上的液压力是很小的, 但它的大小对喷油速率也有一定的影响: 预紧力的增加, 会导致喷油起始时刻的延迟, 同时喷油结束时刻提前, 参见图9。
图9 弹簧预紧力对喷油率的影响
2) 控制活塞质量对喷油速率的影响
由图10 可见, 控制活塞质量越小, 针阀上升的越快, 同时针阀落座的速率也越大。
图10 控制活塞质量对喷油速率的影响
3) 控制腔容积对喷油速率的影响
控制腔容积的大小, 对控制腔控制压力的建立有很大影响。在容许的范围内, 容积较小的情况下, 电磁阀开启后控制腔的压力迅速降低, 针阀可以快速响应, 喷油率可以较快的达到最大, 同时, 在电磁阀结束通电后, 腔内可以迅速建立高压, 从而可以保证针阀的迅速关闭。反之, 当控制腔容积增大后, 就会使得系统反应速度减缓。综合以上, 在选取控制腔容积大小的过程中, 要既能满足系统反应的迅速, 又不能因为选取的容积过小导致针阀开启过早, 喷油率在最大值持续时间太长;同时还不能因为选取容积过大, 导致系统响应缓慢, 喷油率达不到最大值, 影响柴油机性能。
图11 控制腔容积对喷油速率的影响
4 结论
利用AMESim 软件建立了共轨喷油器模型,对喷油器主要结构参数对喷油特性的影响进行了分析研究, 可以得到如下结论。
1) 进、回油孔直径的大小对系统性能有重要的影响, 而且进油孔直径只能在一定范围内变动,且只能在较小范围内变化, 回油孔孔径可以在较大范围内变动。所以在选取进、回油孔直径的时候,要综合考虑系统要求, 根据喷油量、喷油速率的要求来选取合适的进、回油孔直径。
2) 顶杆弹簧预紧力的选取是和系统响应时间以及喷油结束时间相匹配的。
3) 控制活塞的质量在允许的范围内取小值,提高喷油器的响应速度。
4) 控制腔容积在保证针阀正常开启的前提下,尽可能减小。
参考文献
1 Seykens X L J, Somers L M T, Baert R S G. Modelling of Common Rail Fuel Injection System and Influence of Fluid Properties on Injection Process. Proceedings of the International Conference on Vehicles Alternative Fuel Systems & Environmental Protection, Dublin (2004) .
2 Dimitri P, Ferreri P. Parameters Identification & Optimization Technique of a Common Rail Injector AMESimmodel.
3 Bianchi G M, Falfari S, Parotto M. “Advanced Modeling of Common Rail Injector Dynamics and Comparison With Experiments”, SAE 2003- 01- 0006.
4 Bianchi G M, Falfari S, Pelloni P, et al. A Numerical and Experimental Study Towards Possible Improvements of Common Rail Injectors, SAE 2002- 01- 0500.
5 贾月梅. 流体力学. 北京: 国防工业出版社, 2006.
6 Qi X L, Song J, Wang H Y. Influence of Hydraulic ABS Parameters on Solenoid Valve Dynamic Response and Braking Effect. SAE 2005- 01- 1590.
7 林铁坚, 汪洋, 苏万华等. 高压共轨喷油器设计参数对性能影响的研究. 内燃机学报, 2001 (4) .
8 AMESim Rev 7A 电磁库帮助文件.
9 菅宝玉, 袁宝良. 共轨喷油器结构参数的分析研究, 现代车用动力, 2006 (3) .
10 何志霞, 王谦, 李德桃等. 高压共轨喷油器内非稳态流动数值模拟. 江苏大学学报(自然科学版), 2007 (2) .
