1、高壓共軌柴油機(jī)管路特性分析摘要：摘要：利用AMESim建立高壓共軌系統(tǒng)的模型，分析共軌管路參數(shù)，包括共軌管容積、長(zhǎng)徑比、內(nèi)徑、長(zhǎng)度和高壓油管長(zhǎng)度、內(nèi)徑，對(duì)高壓共軌系統(tǒng)的壓力建立和壓力波動(dòng)的影響，并在共軌試驗(yàn)臺(tái)架上驗(yàn)證模型的可靠性與精確性。柴油凈化摘要：利用AMESim建立高壓共軌系統(tǒng)的模型，分析共軌管路參數(shù)，包括共軌管容積、長(zhǎng)徑比、內(nèi)徑、長(zhǎng)度和高壓油管長(zhǎng)度、內(nèi)徑，對(duì)高壓共軌系統(tǒng)的壓力建立和壓力波動(dòng)的影響，并在共軌試驗(yàn)臺(tái)架上驗(yàn)證模型的可靠性與精確性。 引言 柴油機(jī)高壓共軌電控噴射系統(tǒng)是在電控分配泵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，完全滿(mǎn)足降低排放，提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性方面的時(shí)代要求。國(guó)外在這方面的研究已取得成熟

2、的應(yīng)用成果，國(guó)內(nèi)的研究單位主要有：天津大學(xué)、武漢理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、無(wú)錫油泵油嘴研究所、上海交通大學(xué)等。在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，必將在國(guó)內(nèi)廣泛采用。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)成為各行各業(yè)必不可缺的技術(shù)手段，任何一個(gè)系統(tǒng)，都可以先在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行仿真，摸清其特性后再進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)。本研究選擇安裝在4缸直列493柴油機(jī)上的BOSH單軌共軌系統(tǒng)建模仿真，再與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，優(yōu)化影響噴射特性的各參數(shù)。 目前應(yīng)用于流動(dòng)仿真的一維仿真軟件比較多，例如Flowmaster International Ltd公司的flowmaster軟件，AVL公司的HYDSim軟件和IMAGINE公司的AMESim軟件。本研究采用IMAG

3、IN公司開(kāi)發(fā)的AMESim軟件。AMESim仿真軟件具有友好的人機(jī)交互界面以及豐富的元件庫(kù)，使用方便，大大減小了系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析中的人工工作量，可以使用戶(hù)迅速達(dá)到建模仿真目的。因此被奔馳、福特、通用等很多整車(chē)制造廠(chǎng)家，BOSCH、DELPHI等零配件廠(chǎng)商應(yīng)用。 1建立高壓共軌系統(tǒng)模型11高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 BOSCH公司開(kāi)發(fā)的高壓共軌系統(tǒng)，主要由低壓系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、電控單元（ECU）、電控噴油器總成等子系統(tǒng)組成，低壓油從油箱進(jìn)入三柱塞高壓泵產(chǎn)生高壓油經(jīng)由高壓油管進(jìn)入共軌管，再經(jīng)由高壓油管分配到噴油器入口端，通過(guò)控制噴油器電磁閥控制噴油，限壓閥是當(dāng)共軌壓力超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，開(kāi)啟進(jìn)行卸壓。 12高壓

4、共軌系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 一般來(lái)說(shuō)，高壓共軌噴油系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型由電磁類(lèi)模型、容器類(lèi)模型（柱塞腔、共軌腔、控制腔、噴嘴腔、壓力室）、運(yùn)動(dòng)件模型（針閥、控制閥等）、管類(lèi)模型（共軌管、高壓油管）和流體特性子模型組成。 運(yùn)動(dòng)件一般有液壓驅(qū)動(dòng)或電磁驅(qū)動(dòng)，電磁驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)件模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性非常重要，特別是對(duì)于持續(xù)時(shí)間比較短的噴油，會(huì)直接影響到對(duì)噴射速率的控制，電磁類(lèi)運(yùn)動(dòng)件模型是利用電磁力激勵(lì)的，因此同電磁動(dòng)態(tài)特性相關(guān)。 管路模型除了研究燃油的流速和流量之外，還必須研究高壓油管中由于壓力波動(dòng)產(chǎn)生的傳播現(xiàn)象。采用拉普拉斯管道模型，有以下方程。 質(zhì)量守恒方程： Pt（x，t）a2Vx（x，t）0 （1） 動(dòng)量守恒方程： &

5、#160;    考慮管路摩擦有以下方程。 質(zhì)量守恒方程：       式中，P管路壓力，燃油密度，a音速，V燃油速度，Af管截面積。對(duì)上述兩個(gè)方程用特征線(xiàn)法求解，即可得到管內(nèi)各位置在不同時(shí)刻的流速和壓力。 若將共軌管視為集體容積，則有狀態(tài)方程：      質(zhì)量守恒方程：      根據(jù)式（7）（10）有如下的壓力波動(dòng)方程：      式

6、中，燃油密度；a燃油音速；EWall高壓容積彈性模量；Efluid燃油彈性模量；Dh高壓容積內(nèi)徑；V共軌管容積；Q流入（）、流出（）的高壓容積的流量。 模型中的流體采用標(biāo)準(zhǔn)ISO4113柴油，這種液體特性如圖1所示，是基于溫度1020的試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果得到的，包括氣穴和氣泡，超出這個(gè)溫度范圍的流體特性采用外插方法。   由于實(shí)際高壓共軌噴油系統(tǒng)的影響因素十分復(fù)雜，模擬計(jì)算時(shí)如果考慮所有的影響因素是不現(xiàn)實(shí)也是不必要的。計(jì)算模型的建立取決于計(jì)算目的和精度要求，在滿(mǎn)足兩者的基礎(chǔ)上，計(jì)算模型力求簡(jiǎn)單實(shí)用。根據(jù)高壓共軌系統(tǒng)的特點(diǎn)和計(jì)算要求，簡(jiǎn)化如下： 1）在計(jì)算過(guò)程中

7、，不考慮油溫隨時(shí)間和壓力的變化；燃油的物理性質(zhì)，即粘度、表面張力、密度、彈性模量?jī)H和壓力有關(guān)； 2）除了共軌管和高壓油管，假定其余各腔均為集中容積，燃油向各腔流動(dòng)，不考慮壓力傳播時(shí)間； 3）燃油在各容積中的狀態(tài)變化瞬時(shí)達(dá)到平衡，同一集體容積內(nèi)同一瞬時(shí)的壓力、密度處處相等； 4）不考慮密封面因加工問(wèn)題造成的泄漏。只考慮圓柱運(yùn)動(dòng)副的泄漏及其對(duì)各腔壓力的影響； 5）對(duì)高壓共軌系統(tǒng)控制進(jìn)行簡(jiǎn)化，用限壓閥對(duì)最高壓力進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制。 13高壓共軌系統(tǒng)模型 利用AMESim建立高壓共軌系統(tǒng)各部分模型，以調(diào)壓閥的建模過(guò)程為例，首先分析其結(jié)構(gòu)特征，調(diào)壓閥

8、主要由電磁部分和機(jī)械部分組成，機(jī)械部分包括一個(gè)可調(diào)節(jié)開(kāi)度的閥和彈簧，根據(jù)分析建立其模型，質(zhì)量塊代表運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量總和。三柱塞高壓油泵的每個(gè)柱塞由進(jìn)油閥、柱塞腔、出油閥組成，類(lèi)似于調(diào)壓閥的建模思路，模型考慮柱塞腔因壓油產(chǎn)生的泄漏。其他各部件的建模方法和調(diào)壓閥一致。完成各部件子模型的建立之后，按照高壓共軌系統(tǒng)的工作原理連接各部件如圖2。 柴油凈化  2模型驗(yàn)證 模型建立完成之后，設(shè)定共軌系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)行模型驗(yàn)證，主要從啟動(dòng)過(guò)程的共軌壓力建立和壓力穩(wěn)定之后的共軌管中的壓力波動(dòng)兩個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)證。 2.1 啟動(dòng)過(guò)程共軌壓力建立 在搭建的高壓共軌實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上完成啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)（目標(biāo)轉(zhuǎn)速：高壓油泵，1000rpm，目標(biāo)軌壓：1300bar，噴油器未噴油）。利用AMESim仿真啟動(dòng)過(guò)程，根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)架參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行設(shè)定，在噴油器不噴油條件下，設(shè)定高壓油泵的轉(zhuǎn)速變化，仿真得到啟動(dòng)過(guò)程的共軌管壓力建立。 仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，如圖3所示，從圖中可以看出，壓力建立過(guò)程的試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果具有一致的趨勢(shì)，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)于仿真結(jié)果有一個(gè)滯后，這在仿真結(jié)果中并未出現(xiàn)，所以導(dǎo)致試驗(yàn)過(guò)程中建立壓力時(shí)間比較長(zhǎng)。仿真