榮睿璠　王國(guó)丞　趙靖瑜　王秀芬

摘 要 通過對(duì)柱塞腔凸輪的角速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了高壓油管內(nèi)部壓力保持不變，進(jìn)而解決了高壓燃油機(jī)工作效率不高的問題。該方法對(duì)解決類似問題有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 高壓油管 壓力波動(dòng) 凸輪 角速度

中圖分類號(hào)：U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

隨當(dāng)今柴油系統(tǒng)越來越廣泛的應(yīng)用，其內(nèi)部核心的高壓燃油系統(tǒng)（HPCR）的技術(shù)更新也越來越重要?，F(xiàn)今的柴油機(jī)高壓油管系統(tǒng)最基本的工作原理是燃油進(jìn)入高壓油泵后通過高壓油泵的升降將燃油壓入高壓油管內(nèi)再由噴油嘴噴出（如圖1）：

針對(duì)高壓油管工作中存在的效率問題，李丕茂在研究中表示高壓油管內(nèi)燃油壓力波動(dòng)幅度隨噴油脈寬的增大呈現(xiàn)出周期性的變化規(guī)律，其對(duì)高壓共軛油管內(nèi)的壓力波動(dòng)差進(jìn)行了研究。而顧禮昌翻譯的《內(nèi)燃機(jī)供油系統(tǒng)中壓力波的衰減裝置》就對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了分析并提出通過衰減壓力波以解決。本篇文章則以控制高壓油泵系統(tǒng)的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為著手點(diǎn)，研究通過恒定壓力來提高高壓燃油系統(tǒng)工作效率的可行性。

1原理介紹

1.1高壓油管工作原理

燃油在高壓油管段的進(jìn)入和噴出是高壓燃油系統(tǒng)的工作的基礎(chǔ)。燃油的進(jìn)入和噴出具有間接性，在這種特點(diǎn)的影響下，高壓油管內(nèi)部的壓力時(shí)刻變化，噴出的燃油量存在偏差。這是影響燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率的重要因素之一。

1.2凸輪工作原理

凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞上下運(yùn)動(dòng)，凸輪邊緣曲線與角度的關(guān)系見圖2。

1.3噴油器工作原理

噴油器噴嘴結(jié)構(gòu)、工作原理如圖3所示。

一個(gè)噴油周期內(nèi)的針閥升程與時(shí)間的關(guān)系由圖4所示。

2研究過程

2.1研究方法

2.1.1假設(shè)

為方便計(jì)算，本文進(jìn)行了合理假設(shè)。

（1）高壓油管內(nèi)的溫度不變;

（2）燃油在出A口之后，其密度立即變?yōu)楦邏河凸軆?nèi)當(dāng)前燃油的密度;

（3）針閥在運(yùn)動(dòng)時(shí)沒有受到摩擦力;

（4）在高壓油管內(nèi)各處壓力均相等。

2.1.2方法確定

高壓油管內(nèi)部的溫度不變，影響高壓油管內(nèi)壓力的因素只有其內(nèi)部某一時(shí)刻的燃油量。燃油始終沒有發(fā)生流失，其質(zhì)量一定不會(huì)改變，即流入高壓油管內(nèi)的燃油質(zhì)量始終與流出的相等。

由于噴油嘴的工作周期已經(jīng)給定，其在每個(gè)工作周期的噴油量一定。而對(duì)于流入高壓油管的燃油質(zhì)量，通過控制凸輪的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)。

結(jié)合已知數(shù)據(jù)，本文選擇對(duì)凸輪的角速度進(jìn)行控制。

2.2研究過程

2.2.1進(jìn)入高壓油管的燃油質(zhì)量

其中，由于大氣壓強(qiáng)為，高壓油管內(nèi)的壓力為，所以忽略大氣壓強(qiáng)的影響，噴油嘴噴出后的壓力忽略不計(jì)，即。為流量系數(shù)，為噴出的燃油在噴油嘴內(nèi)通過的面積。

通過對(duì)噴油口的工作原理進(jìn)行分析，噴出的燃油在噴油嘴內(nèi)通過的面積應(yīng)該有如下特點(diǎn)：

①針閥上升過程中，面積實(shí)際為密封座與針閥的切面面積減去針閥的下表面面積，記為。

②面積最大只能為噴孔的面積。因此，針閥上升過程中，當(dāng)面積的大小超過了噴孔的面積時(shí)，噴出的燃油在噴油嘴內(nèi)通過的面積為噴孔面積，即。

3求解

3.1已知數(shù)據(jù)

對(duì)于某型號(hào)高壓油管，其內(nèi)腔長(zhǎng)度為500mm，內(nèi)直徑為10mm，初始?jí)毫?00MPa。噴油器每秒工作10次，每次工作時(shí)噴油時(shí)間為24ms，由噴油嘴的針閥控制。

柱塞腔內(nèi)直徑為5mm，柱塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)位置時(shí)，柱塞腔殘余容積為20mm3。柱塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，低壓燃油會(huì)充滿柱塞腔（包括殘余容積），低壓燃油的壓力為0.5MPa。凸輪的工作周期為6.28rad/圈。

針閥直徑為25mm、密封座是半角為9暗腦滄叮釹露伺緲椎鬧本段？4mm。

3.2數(shù)據(jù)應(yīng)用

最終得到凸輪的角速度，即。

4結(jié)論

經(jīng)分析研究，高壓燃油機(jī)工作效率不高的現(xiàn)象主要是由間歇性工作的特點(diǎn)而導(dǎo)致噴油量出現(xiàn)偏差造成。為使流入高壓油管的燃油質(zhì)量始終與流出相等，本文選擇的方案是對(duì)柱塞腔凸輪的角速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高壓油管內(nèi)部壓力保持不變，以獲得最優(yōu)的工作效率。這一解決思路具有普適性，在其他情況下也可以采用與本文相同或相似的研究方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 李丕茂.噴射參數(shù)對(duì)共軌系統(tǒng)高壓油管壓力波動(dòng)幅度的影響[D].北京：北京理工大學(xué)，2013.

[2] 顧禮昌.內(nèi)燃機(jī)供油系統(tǒng)中壓力波的衰減裝置[J].國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車，1983（06）.

[3] 呂曉辰.高壓共軌系統(tǒng)高壓管路壓力波動(dòng)特性仿真研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].北京：北京交通大學(xué)，2016.

[4] 蔡梨萍.基于MATLAB的柴油機(jī)高壓噴油過程的模擬計(jì)算[D].武漢：華中科技大學(xué)，2005.