1、柴 油 机 设 计 与 制 造刊 年 第 期 , 第 期基 于 的 高 压 共 轨 柴 油 机 喷 油 系 统 仿 真 计 算刘 少 彦 张 宗 杰 胡 昆 鹏 孙 春 鹏华 中 科 技 大 学 能 源 与 动 力 工 程 系 , 武 汉 万 一刘 , 五 工 万 ,瓜 , 皿 五 加昭 , 】 曲矛摘 要 根 据 高 压 共 轨 柴 油 机 喷 油 系 统 的 工 作 原 理 和 部 件 结 构 特 点 , 建 立 了 主 要 部 件 的 数 学 模型 , 并 采 用 编 写 了 相 应 的 仿 真 程 序 , 对 系 统 压 力 特 性 、 电 磁 特 性 进 行 模 拟 , 取 得 了
2、较 好 的效 果 。关 键 词 共 轨 喷 油 系 统 仿 真 柴 油 机, , , ,柴 油 机 共 轨 燃 油 喷 射 系 统 能 够 精 确 、 柔 性 地 控制 柴 油 机 的 喷 油 量 、 喷 油 定 时 和 喷 射 压 力 , 且 性 能优 越 。 在 满 足 柴 油 机 经 济 性 、 动 力 性 和 日 益 苛 刻 的排 放 法 规 的 要 求 上 有 着 广 阔 的 应 用 前 景 。燃 油 喷 射 系 统 是 柴 油 机 中 的 一 个 极 其 重 要 的 部分 。 在 柴 油 机 设 计 、 试 制 过 程 中 , 为 了 取 得 良 好 的整 机 技 术 指 标 ,往
3、 往 需 要 对 燃 油 系 统 进 行 大 量 的 分析 计 算 和 繁 重 的 调 试 工 作 。 由 于 现 代 电 子 计 算 机 的应 用 , 借 助 电 子 计 算 机 确 定 喷 油 系 统 的 最 佳 参 数 ,可 大 大 缩 短 柴 油 机 的 设 计 和 调 试 周 期 。 本 文 采 用编 写 仿 真 程 序 , 得 到 燃 油 喷 射 系 统 的 基 本特 性 , 对 以 后 的 设 计 和 改 进 具 有 重 要 意 义 。共 轨 系 统 工 作 原 理如 图 所 示 , 输 油 泵 把 燃 油 从 油 箱 中 泵 出 , 燃油 经 燃 油 滤 清 器 进 到 高 压
4、 供 油 泵 , 经 加 压 后 进 人 高压 共 轨 管 中 。 燃 油 再 分 流 , 一 部 分 经 限 流 器 进 人 控制 腔 , 一 部 分 经 油 管 进 人 喷 嘴 腔 。 电 磁 阀 关 闭 时 ,针 阀 受 力 平 衡 , 不 打 开 。 当 电 控 单 元 驱 动 电 磁 阀 打开 时 , 控 制 腔 压 力 下 降 , 针 阀 升 起 , 燃 油 从 喷 嘴 腔喷 人 燃 烧 室 电 磁 阀 关 闭 , 针 阀 落 座 , 喷 油 结 束 。系 统 数 学 模 型 及 计 算 简 化 假 设应 用 各 部 分 的 运 动 方 程 和 连 续 方 程 , 把 它 们 分成
5、 微 小 的 时 间 间 隔 来 计 算 。 由 于 实 际 高 压 共 轨 系 统的 影 响 因 素 十 分 复 杂 , 往 往 需 要 进 行 简 化 。 计 算 模型 的 建 立 取 决 于 计 算 目 的 和 精 度 要 求 , 在 满 足 这 两者 的 基 础 上 , 计 算 模 型 越 简 单 实 用 性 越 好 。 根 据 高压 共 轨 系 统 的 特 点 和 计 算 要 求 , 做 出 以 下 假 定电 磁 同同同, 目 ,控 制制制制制活 塞塞喷 油 器燃 油 箱图 高 压 共 轨 喷 油 系 统 简 图在 一 次 喷 射 中 , 燃 油 的 温 度 不 变 。燃 油 的 物
6、 理 性 质 , 即 粘 度 、 表 面 张 力 、 密度 、 弹 性 模 量 保 持 不 变 。喷 油 系 统 零 件 的 弹 性 变 形 可 以 忽 略 不 计 。假 定 各 腔 为 集 中 容 积 , 燃 油 向 各 腔 流 动 ,不 考 虑 压 力 传 播 时 间 。不 考 虑 密 封 面 因 加 工 问 题 造 成 的 泄 漏 。 只考 虑 圆 柱 运 动 副 的 泄 漏 及 其 对 各 腔 压 力 的 影 响 。柱 塞 腔 内 的 燃 油 连 续 方 程供 油 泵 结 构 如 下 柱 塞 套 保 留 进 、 回 油 孔 , 柱塞 腔 通 过 单 向 阀 与 共 轨 管 连 接 ,
7、其 燃 油 连 续 方 程 如下一 扭 鱼 给 凡 一 伽 刃 匀 路 川式 中 、 共 轨 管 的 容 积凡 喷 嘴 腔 的 压 力恤 尸 共 轨 管 喷 嘴 腔 的 流 通 面 积恤 尸 砂 共 轨 管 控 制 腔 的 流 通 面 积几 曰 控 制 腔 内 的 压 力、 阶 跃 函 数喷 嘴 腔 内 燃 油 连 续 方 程糯 异 峨 、 可 知 ,豁 “ 河 谭 祝 不一,呱 谭 雨 了 一 、 户 嵘 丽 丁、 、 、 修 而 不 一 , 河 ,佣 石 丁一 凡 祭 一 鄂 一 伽 一 么式 中 弓 柱 塞 腔 压 力 柱 塞 集 中 容 积一 一 燃 油 弹 性 模 量 柱 塞 截 面
8、 积。 柱 塞 速 度少 飞 共 轨 管 压 力枷 尸 柱 塞 腔 到 共 轨 管 流 通 面 积 , 和 单向 阀 的 升 程 有 关中 一 一 燃 油 密 度恤 尸 从 柱 塞 腔 到 进 回 油 管 流 通 面 积 , 和柱 塞 升 程 有 关 输 油 管 压 力恤 尸 场 柱 塞 腔 到 低 压 油 道 的 流 通 面 积几 一 一 低 压 油 道 的 压 力亿 柱 塞 腔 泄 漏 油 量若 、 下 、 刀 均 为 阶 跃 函 数单 向 阀 运 动 方 程 式粤 攀 酬 凡 一 聪 一 以山 一 一 “ 一 夕 一 , 一 、 一 , , 一 ,式 中 单 向 阀 质 量 单 向 阀
9、升 程为 单 向 阀 预 紧 量砚 弹 簧 刚 度尺 单 向 阀 作 用 面 积共 轨 管 内 燃 油 连 续 方 程、 只 司 、 , , 。 、 、 , 。兰 豁 岁 丝 甲 可 恤 八 竺 凡 一 糯山 。 丫 一 一 尹 一 一一 一式 中 , 针 阀 的 集 中 容 积凡 一 一 压 力 室 压 力恤 月 , 喷 油 嘴 至 压 力 室 的 流 通 面 积 阶 跃 函 数凡 针 阀 截 面 积、 一 一 阀 锥 部 的 容 积伽 针 阀 偶 件 泄 漏 量喷 油 器 压 力 室 燃 油 连 续 方 程炸凡号 黔 、 、 、 丫 普 ,斤 、一 、 刁 知 纵 ,一 令式 中 吹 压
10、力 室 的 容 积恤 尸 喷 油 嘴 有 效 流 通 面 积凡 一 一 气 缸 中 平 均 压 力控 制 腔 燃 油 连 续 方 程恕 黔 二 人 、 , 丫 知 ,一 、 ,评 一 伽式 中 。 一 一 控 制 腔 集 中 容 积伽 尸 控 制 腔 至 回 油 道 的 有 效 流 通 面 积、 声 普 厂 电 磁 阀 升 程, 电 磁 阀 座 面 直 径石丙 电 磁 阀 座 面 夹 角针 阀 运 动 方 程票 二 斤 凡 纷 弘 一 叭一 、 。 、 一 哈式 中 脚 针 阀 组 件 运 动 质 量。 针 阀 升 程瓜 针 阀 密 封 带 以 下 投 影 面 积 控 制 活 塞 截 面 积价
11、 针 阀 弹 簧 刚 度 针 阀 弹 簧 预 紧 量, 针 阀 阻 尼 系 数电 磁 阀 运 动 方 程蚤蚤蚤蚤 二 令 二 凡 一 “ 图 模 型 示 例式 中 叭 电 磁 阀 总 运 动 质 量, 电 磁 阀 升 程一 动 态 电 磁 吸 力只 电 磁 阀 所 受 液 动 力凡 弹 簧 力 和 粘 性 等 阻 力 的 合 力加 记 劝 改 仿 真 工 具 箱 简 介吐 虫 是 一 种 直 接 来 实 现 计 算 机 仿 真 的 软件 工 具 , 它 是 的 一 个 附 加 组 件 , 用 来 提 供一 个 系 统 级 的 建 模 和 动 态 仿 真 工 作 平 台 。 它 用 模 块组 合
12、 的 方 法 来 使 用 户 能 够 快 速 准 确 地 创 建 动 态 系 统的 计 算 机 模 型 , 特 别 是 对 复 杂 的 非 线 性 模 型 , 效 果尤 为 明 显 。 它 是 一 种 开 放 性 的 , 用 来 模 拟 线 性 或 非线 性 的 以 及 连 续 或 离 散 的 或 两 者 混 合 的 动 态 系 统 的强 有 力 系 统 仿 真 工 具 。奴 肚 水 是 由 连 续 模 块 库 、 离 散 模 块 库 、 函数 模 块 库 、 数 学 模 块 库 、 非 线 性 模 块 库 、 信 号 模 块库 、 输 出 显 示 模 块 库 、 原 模 块 库 组 成 。
13、通 过 对 模 块库 中 的 模 块 进 行 选 择 、 连 接 、 设 置 参 数 即 可 实 现 系统 仿 真 。 图 即 是 一 个 简 单 的 例 子 , 此 模 型 用 来 求解 方 程 。玄 ,共 轨 系 统 燃 油 喷 射 系 统 仿 真 软 件仿 真 软 件 由 四 个 子 系 统 组 成 , 分 别 是 喷 油 泵 子系 统 、 共 轨 管 子 系 统 、 电 磁 阀 争 系 统 和 喷 油 器 子 系统 。 其 中 喷 油 器 子 系 统 又 由 控 制 腔 子 系 统 、 压 力 室子 系 统 、 针 阀 子 系 统 组 成 。 各 个 系 统 均 建 立 在 相 应部
14、件 的 连 续 方 程 或 运 动 方 程 之 上 。 仿 真 软 件 的 主 界面 如 图 所 示 。进 人 冶 加 后 , 双 击 软 件 主 界 面 中的 “ 双 击 设 置 参 数 ” 模 块 , 进 存 不 同 的 参 数 设 置 ,根 据 不 同 的 结 构 输 人 相 应 的 参 数 。 参 数 输 人 后 , 在双 击 “ 双 击 进 行 仅 关 控 制 ” 运 行 仿 真 软 件 。卜卜 , 咙 , 印印印印印印印印印印印即即川 众 滋 丫丫丫 翻翻例例卜 尬尬尬尬尬 腼腼节 趁趁双双双双双双双双双双 击 进 行 开 庆 控 制制双双 击 设 参 数数数数图 共 轨 系 统
15、仿 真 模 型仿 真 结 果 输 出 如 下 共 轨 压 力 几 转 速 二 到, 礴 砂 二二二, 子 , 一一沪沪沪 , , 一 一 一 一一, 厂 一 一 一一 ,口口口口口口 月月月月口口口, 丫 “ 、誉侧侧翎娜。 占乙 , 侣 ,一 一 压压 一 一 一一一 一一一一一一一一 万昌撇嗽姗坦, 】厂厂 二二 卜肠肠肠肠肠肠肠肠一 一 , 一月月二二二卜, , 砂砂砂砂、一飞飞飞飞二二二二二二, 门 月口口口口口口目白居只田训只田印 。白乏只田翅澳橄扭工 下门 月十八 ,幽凡 ,人勺, 田目芝 ,只川侧铆坦“ 占乙 声 吕价 巨毅城裸娜, 一 ,二二 飞 一 一 , 一 一 , 一 叫
16、 , 一 一 一 , 叫 一 一 一、 一 气气 二二口口口昌 一二二二 飞飞,二二二二 二二一 , 电电二二二二二二二二二二二二二二二一 一 一一 一 一 二 狱 飞飞飞飞口口户户 诊诊月月月月月月月月月月二二二二二二, ,禅嗽壁奉色乏只田枷解拭, 巧图 仿 真 结 果 输 出 曲 线仿 真 计 算 算 法 采 用 定 步 长 的 龙 格 一 库塔 算 法 , 计 算 步 长 为 ” 凸 轮 转 角 。 仿 真 时 间由 针 阀 开 启 时 间 、 喷 油 持 续 时 间 、 针 阀 关 闭 时 间即 一 次 完 整 的 喷 射 周 期 来 确 定 。 运 行 结 束 后 ,在 下 运 行
17、班 , 对 计 算 结 果 进 行 绘 图 。本 软 件 可 以 模 拟 柱 塞 升 程 、 柱 塞 速 度 、 柱 塞 腔压 力 、 电 磁 阀 升 程 、 共 轨 管 压 力 、 控 制 腔 压 力 、 针阀 升 程 、 喷 射 压 力 等 结 果 。 模 拟 结 果 如 图 所 示 。结 论经 验 证 , 喷 油 规 律 、 共 轨 压 力 、 柱 塞 腔 压 力 、电 磁 阀 升 程 、 针 阀 升 程 等 仿 真 计 算 结 果 与 实 际 情 况基 本 符 合 , 因 此 仿 真 软 件 可 以 用 用 来 进 行 共 轨 喷 油系 统 的 参 数 研 究 。共 轨 燃 油 系 统
18、 是 一 个 复 杂 的 非 线 性 动 态 系 统 。具 有 很 强 的 动 态 仿 真 的 能 力 , 目 前 已 成为 控 制 界 最 流 行 的 软 件 。 采 用 编 写 共 轨系 统 喷 油 系 统 软 件 进 行 仿 真 , 编 写 程 序 快 速 准 确 ,仿 真 精 度 高 , 可 以 达 到 计 算 的 目 的 。 可 对 系 统 的 研制 提 供 重 要 的 参 考 和 依 据 。参 考 文 献广 安 博 之 等 柴 油 机 燃 油 喷 射 系 统 译 文 集 , 国 防 工业 出 版 社 , ,李 正 帅 等 高 压 电 控 共 轨 燃 油 喷 射 系 统 的 计 算 机仿 真 长 安 大 学 学 报 , ,胡 昆 鹏 用 于 柴 油 机 共 轨 喷 油 系 统 的 高 速 电 磁 阀的 研 究 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文黄 民 备 共 轨 式 电 控 喷 油 系 统 供 油 泵 凸 轮 型 线 的设 计 和 研 究 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文孔 珑 等 工 程 流 体 力 学 山 东 工 业 大 学来 稿 日 期 年 月 日
