新型電控柴油噴射系統(tǒng)的開發(fā)與性能研究.pdf

1、柴油機(jī)電控化是現(xiàn)代柴油機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而電控噴射系統(tǒng)作為現(xiàn)代柴油機(jī)的中樞調(diào)節(jié)裝置，已成為行業(yè)內(nèi)竟相開發(fā)的核心課題。因此，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且符合國情的電控高壓噴射系統(tǒng)對(duì)提高我國柴油機(jī)的自主開發(fā)能力和市場(chǎng)競爭能力，保證柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展，具有重要的意義。 本文結(jié)合成都威特電噴有限公司的“威泵”產(chǎn)品開發(fā)過程進(jìn)行了新型電控柴油噴射系統(tǒng)的性能研究。采用實(shí)驗(yàn)分析和AMESim軟件數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，針對(duì)噴射壓力、循環(huán)噴油

2、量、噴油規(guī)律等高壓噴射特性和高低壓系統(tǒng)的壓力、溫度、循環(huán)噴油量耦合特性進(jìn)行了深入研究，進(jìn)而進(jìn)行燃油噴射系統(tǒng)的改進(jìn)方案優(yōu)化，并且成功匹配發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到國Ⅲ排放法規(guī)要求。論文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作。 首先，進(jìn)行了決定燃油噴射系統(tǒng)能否成功匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓噴射特性研究。在通過實(shí)驗(yàn)研究得到了噴射壓力map、噴射溫度map和循環(huán)噴油量map的基礎(chǔ)上，對(duì)顯著影響噴射特性的噴射壓力、循環(huán)噴油量、噴油持續(xù)期和供油系數(shù)的5大燃油系統(tǒng)參數(shù)的響應(yīng)

3、、以及與各種噴射特性的相關(guān)性進(jìn)行了分析。研究表明燃油噴射系統(tǒng)是一個(gè)多參數(shù)相互作用的高度復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。系統(tǒng)的高度復(fù)雜性導(dǎo)致了產(chǎn)品開發(fā)初期循環(huán)噴油量波動(dòng)的發(fā)生。將導(dǎo)致循環(huán)噴油量波動(dòng)的原因劃分為三種形式：1)使用壽命周期內(nèi)系統(tǒng)性能參數(shù)變化引起的循環(huán)噴油量變化；2)大批量生產(chǎn)中由于制造精度產(chǎn)生的個(gè)體之間的循環(huán)噴油量不一致；3)由于復(fù)雜的液力系統(tǒng)作用引起的燃油噴射系統(tǒng)的單缸循環(huán)噴油量波動(dòng)和不同缸循環(huán)噴油量波動(dòng)。利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中相關(guān)性分析方法和蒙

4、特卡羅方法對(duì)前兩種原因中影響循環(huán)噴油量波動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù)的量化指標(biāo)進(jìn)行了分析，為該系統(tǒng)性能的穩(wěn)定和標(biāo)定map的一致性提供了保障。 其次，考慮到燃油噴射系統(tǒng)是高低壓耦合的整體系統(tǒng)，分析了低壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)噴射特性的影響，并進(jìn)行了高低壓耦合動(dòng)態(tài)噴射特性的研究。為設(shè)計(jì)出高壓噴射特性對(duì)低壓系統(tǒng)敏感性低的系統(tǒng)，進(jìn)而解決第三種循環(huán)噴油量波動(dòng)提供了指導(dǎo)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)揭示了高低壓系統(tǒng)壓力、溫度和循環(huán)噴油量各種特性耦合現(xiàn)象以及強(qiáng)耦合引起的不正常噴射現(xiàn)象。為了

5、消除這種不正常現(xiàn)象，提出采用加阻尼出油閥和改進(jìn)低壓供油壓力的解耦方法，并且通過AMESim仿真模型優(yōu)化了阻尼出油閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和低壓系統(tǒng)參數(shù)，降低了高壓噴射系統(tǒng)對(duì)低壓系統(tǒng)的敏感性，解決了第三種循環(huán)噴油量波動(dòng)問題。對(duì)低壓系統(tǒng)進(jìn)行變參數(shù)的研究表明：回油閥工作壓力對(duì)吸油充分程度影響比輸油泵流量敏感，并且不同低壓油路對(duì)壓力波動(dòng)衰減、相鄰缸噴射特性影響也不同。 另外，為了深入分析系統(tǒng)特性，利用現(xiàn)代控制理論進(jìn)行了燃油噴射系統(tǒng)的線性分析。系統(tǒng)矩陣

6、特征值的分析表明：燃油噴射系統(tǒng)是一個(gè)多輸入、多輸出、非線性，時(shí)變、不穩(wěn)定的系統(tǒng)；系統(tǒng)高壓部分模態(tài)分析表明：高壓噴射過程中大幅值模態(tài)出現(xiàn)在燃油系統(tǒng)泵體腔內(nèi)和高壓油管內(nèi)，噴油器部分的模態(tài)小，滿足理想噴射規(guī)律的要求。系統(tǒng)低壓部分模態(tài)分析顯示：模態(tài)的特征頻率都在1000Hz以上，對(duì)低壓系統(tǒng)各缸吸油位置的壓力波動(dòng)影響小，通過高低壓系統(tǒng)解耦后的燃油噴射系統(tǒng)低壓部分的共振頻率模態(tài)對(duì)高壓噴射特性沒有影響。 最后，為了驗(yàn)證所開發(fā)的燃油噴射系統(tǒng)的可

7、行性，將解耦優(yōu)化后的系統(tǒng)進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定。國III十三點(diǎn)工況排放測(cè)試結(jié)果為：NOx為4.8g/kw·h，PM為0.08g/kW·h，滿足了國III排放法規(guī)要求。 為了進(jìn)一步降低高低壓系統(tǒng)強(qiáng)耦合特性，針對(duì)低壓系統(tǒng)的吸油油路特點(diǎn)，提出了新型低壓吸油油路結(jié)構(gòu)，并在AMESim環(huán)境中建立模型，證明了其方案的可行性。為了實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律，提出了實(shí)現(xiàn)靴形噴油規(guī)律的新型控制電流和雙柱塞系統(tǒng)兩種方案，通過數(shù)值模擬證明了其實(shí)現(xiàn)靴形噴油規(guī)律的