盧紅軍 LU Hong-jun

摘要：在內(nèi)燃機(jī)中高壓油管的供噴平衡對于內(nèi)燃機(jī)性能和效益的影響是相對較大的，本篇文章也將目光集中于內(nèi)燃機(jī)高壓油管的供噴平衡的動力展開了分析和探究。

Abstract： In the internal combustion engine， the high-pressure fuel pipe supply and injection balance has a relatively large impact on the performance and benefit of the internal combustion engine. This article also focuses on the analysis and exploration of the power of the high-pressure fuel pipe supply and injection balance of the internal combustion engine.

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī);高壓油管;供噴平衡;動力分析

Key words： internal combustion engine;high-pressure fuel pipe;balance of supply and injection;dynamic analysis

中圖分類號：TK421+.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0052-02

0? 引言

在熱機(jī)工業(yè)飛速發(fā)展的今天，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用頻率不斷提高，在這樣的背景下，內(nèi)燃機(jī)的供噴系統(tǒng)控制技術(shù)也引起了相關(guān)工作人員的關(guān)注和重視，在近幾年來針對于內(nèi)燃機(jī)供噴系統(tǒng)控制技術(shù)的研究也在不斷的深化和發(fā)展，而在內(nèi)燃機(jī)中高壓油管的工作狀態(tài)將會從很大程度上影響內(nèi)燃機(jī)工作效能。一旦高壓油管的工作狀態(tài)無法得到保障，那么高壓油泵的轉(zhuǎn)速控制也會受到影響，引擎的熱力效率和熱力穩(wěn)定性將會從很大程度上受到制約，在此主要分析移動式內(nèi)燃機(jī)在連續(xù)運(yùn)行中的高壓油管供噴平衡的動力分析，高壓油管工作狀態(tài)：機(jī)械凸輪的轉(zhuǎn)速變化帶動高壓油泵中活塞的升程在一定范圍內(nèi)做周期性變化，高壓油泵從低壓區(qū)吸入油到閾值壓力，然后燃油通過供油管進(jìn)入高壓油管，再由噴油嘴噴出，此時(shí)完成一個(gè)周期的燃油供噴過程。工質(zhì)燃油在復(fù)雜的運(yùn)行工況中會致使高壓油管內(nèi)的壓力產(chǎn)生周期性或非周期性變化，從而會影響供噴平衡，所以高壓油泵的轉(zhuǎn)速控制變得至關(guān)重要，即將凸輪轉(zhuǎn)速控制在合理范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)高壓油管燃油的供噴平衡，從而在一定程度上保障引擎的熱力效率與穩(wěn)定。

1? 高壓油管壓力控制系統(tǒng)分析

一般情況下高壓油管的工作組件包括凸輪、高壓油泵、高壓油管、噴油嘴、針閥、密封座、噴口。燃油經(jīng)過高壓油泵，通過管道傳輸?shù)竭_(dá)高壓油管，然后由噴嘴噴出。在高壓油管工作的過程當(dāng)中，燃油從高壓油泵流向高壓油管的壓力與燃油從噴油嘴噴出時(shí)壓力做對比，當(dāng)燃油從高壓油泵流出到高壓油管時(shí)的壓力與燃油在噴油嘴壓力相比明顯較大時(shí)，單向閥會開啟，這時(shí)燃油才可以進(jìn)入高壓油管，完成一次工作循環(huán)，但是隨著工作系統(tǒng)的反復(fù)運(yùn)行，燃油在油管當(dāng)中的壓力會逐漸的發(fā)生變化，這時(shí)噴油嘴噴出的燃油量也會出現(xiàn)改變，因?yàn)閲娪妥熘饕舍橀y，密封座和噴孔三個(gè)結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)然有的壓力滿足要求時(shí)針閥升起則完成噴油工作，當(dāng)燃油的壓力并不滿足于工作需求時(shí)針閥下降，噴油嘴不噴油，這時(shí)則需要考慮凸輪對于整個(gè)工作系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，凸輪的轉(zhuǎn)動將會直接影響高壓油管的體積和壓力，起到了控制燃油密度的作用，想要實(shí)現(xiàn)高壓油管的有效運(yùn)作，保障高壓油管內(nèi)部的壓力平衡，從凸輪入手，強(qiáng)化凸輪的控制力度也十分關(guān)鍵。

2? 高壓油泵的結(jié)構(gòu)分析

一般而言對于高壓油泵進(jìn)行研究之前首先需要了解高壓油泵的結(jié)構(gòu)和不同結(jié)構(gòu)對于高壓油泵的性能影響，在對高壓油泵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是我們著重需要先分析高壓油泵內(nèi)部的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對于結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析常常采用Simulink、GT-fuel、AVL-hydsim、 LMS-amesim等技術(shù)，通過仿真模擬來了解各個(gè)結(jié)構(gòu)對于高壓油泵性能產(chǎn)生的影響，并做出相對應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過對于結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析來選擇相對應(yīng)的優(yōu)化控制方案，但是時(shí)常會忽略連續(xù)變工的控制和研究，缺乏對變量的參考和分析，所研究的控制策略也就缺乏實(shí)踐效用，為了進(jìn)一步加強(qiáng)對于高壓油泵的控制分析，不斷的優(yōu)化控制手段，國內(nèi)外也展開了大量的研究，如德國的PID 控制算法、INCA 在線監(jiān)測等方式，其中PID 控制算法應(yīng)用最為廣泛，應(yīng)用范圍相對較廣，經(jīng)過大量的推廣和完善也逐漸的成熟，但是仍舊存在著一些缺陷，為此本篇文章在研究和測算的過程當(dāng)中還應(yīng)用到了Simulink 和 AMESim模擬模型，以此來推動控制策略的完善和升級。通過設(shè)計(jì)控制策略（MATLAB/simulink）和一維流體仿真（AMESim）聯(lián)合仿真（Freescale CodeWarrior）聯(lián)合仿真生成代碼（GW2.8TC HT）的方式分析在不同情況下應(yīng)當(dāng)如何采取對應(yīng)的控制手段。

3? 油泵壓力計(jì)算

在對內(nèi)燃機(jī)高壓油管供噴平衡的動力分析過程當(dāng)中，油泵的壓力計(jì)算是首要的內(nèi)容，需要明確燃油壓力和密度之間的變化關(guān)系，這時(shí)相關(guān)工作人員需要了解燃油物態(tài)參數(shù)和壓力之間的底層邏輯，進(jìn)而有效地控制壓力，保證壓力平衡。在確定燃油壓力和彈性模量之間的關(guān)系之后可以從燃油壓力和密度聯(lián)系和影響展開分析和研究，為了保證可以有效地計(jì)算燃油壓力與密度之間的內(nèi)在關(guān)系，可以暫排除油管溫度的影響。結(jié)合1stopt軟件，將壓力變化和密度變化確定為E/p，利用下方公式進(jìn)行計(jì)算。

E=1456.16+P/0.945-0.00228P

dP/dp=F（P）/r

P=e-{0.00228P+4.265ln（P+1456.16）-31.28}

4? 活塞運(yùn)動升程變化

在上文中也有所提及想要實(shí)現(xiàn)供噴動力平衡就需要強(qiáng)化凸輪的控制，凸輪是活塞泵的重要動力工作組件，也是控制整個(gè)高壓油管供噴平衡的一個(gè)重要的基礎(chǔ)。在對柱塞泵的運(yùn)動分析過程當(dāng)中首先應(yīng)當(dāng)確定額值轉(zhuǎn)速，在額值算數(shù)背景下凸輪開始展開復(fù)刻性轉(zhuǎn)動，由凸輪帶動活塞，當(dāng)凸輪在轉(zhuǎn)動的過程當(dāng)中轉(zhuǎn)過最小向徑時(shí)，柱塞缸內(nèi)部會流入燃油，而當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向最大向徑時(shí)，柱塞缸內(nèi)部的壓力上升，當(dāng)柱塞缸內(nèi)部壓力達(dá)到100mp時(shí)展開供油工作，這樣就完成了一次供油操作，以此循環(huán)往復(fù)完成有效控制，在對活塞運(yùn)動的生成變化進(jìn)行分析和研究的過程當(dāng)中，首先需要明確凸輪的邊緣曲線和角度之間的內(nèi)在聯(lián)系，然后在確定凸輪的邊緣曲線和角度之后，引用下方公式。

H=2.41*cos（0.99a+0.01934）+4.826/1000

在此之后我們展開柱塞高度和進(jìn)油時(shí)間的關(guān)系分析，假設(shè)當(dāng)活塞運(yùn)動達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，柱塞高度為H2在這里，我們根據(jù)實(shí)踐調(diào)查將柱塞的最高點(diǎn)也就是H2，確定數(shù)值為7.239mm，當(dāng)H2的數(shù)據(jù)為7.239mm時(shí)，柱塞腔容積為20mm3，假設(shè)柱塞腔總高度為H3，在計(jì)算得出H3數(shù)據(jù)為8.24mm時(shí)，我們分析假設(shè)如果H1的數(shù)據(jù)為2.413mm。柱塞運(yùn)動達(dá)到下至點(diǎn)，也就是最短距離，因?yàn)橹\(yùn)動為周期運(yùn)動，所以柱塞從上至點(diǎn)到下止點(diǎn)經(jīng)過一周期又回到原來位置，我們分析如果柱塞高度達(dá)到x時(shí)開始出油，而從上至點(diǎn)到x點(diǎn)時(shí)油泵不出油，在柱塞運(yùn)動過程當(dāng)中臨界點(diǎn)。得出數(shù)據(jù)HX為2.724984788mm。

5? 噴油量計(jì)算

在對噴油量計(jì)算的過程當(dāng)中，我們需要著重考慮的則是噴嘴針閥的運(yùn)動，噴嘴針閥是主要控制噴油量的重要組件，也是控制壓力的一個(gè)重要模塊。正因?yàn)獒橀y運(yùn)動與活塞泵的控制系統(tǒng)進(jìn)行有效配合，才可以讓高壓油管內(nèi)部的供壓得到有效平衡，基于此我們在對針閥的升程變化進(jìn)行分析的過程當(dāng)中，通過分析針閥頭部和密封座的相對關(guān)系來確定出油量。

6? 噴油質(zhì)量控制分析

經(jīng)過以上的數(shù)據(jù)計(jì)算和分析，再接下來需要考量的則是噴油質(zhì)量的控制條件?？梢岳锚?dú)立系統(tǒng)控制的球形針閥頭部向徑的變化分析噴水燃油的量級，以此來分析噴油質(zhì)量。

7? 分析與討論

在本次文章的分析和研究的過程當(dāng)中我們通過整合了油泵壓力、高壓油管壓力控制系統(tǒng)以及噴油量活塞運(yùn)動的升程變化和噴油質(zhì)量控制分析等相關(guān)的內(nèi)容研究得出了高壓油管燃油壓力的影響因素，當(dāng)燃油壓力接近100mp時(shí)做出的反應(yīng)和調(diào)整進(jìn)行了簡單的分析和探究，得出了凸輪的轉(zhuǎn)速以及凸輪的控制節(jié)奏和控制方案，同時(shí)對噴嘴針閥進(jìn)行了分析和研究，通過對噴嘴針閥和凸輪之間的內(nèi)在聯(lián)系，明確了在內(nèi)燃機(jī)高壓油管供噴平衡動力分析的過程當(dāng)中兩個(gè)重要的組件及凸輪和噴油嘴針閥，相關(guān)工作人員在工作開展的過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)分析凸輪的轉(zhuǎn)速、凸輪的角度和針閥的控制形成有效的控制系統(tǒng)，保證在高壓油管實(shí)際工作的過程當(dāng)中燃油從高壓油泵向高壓油管流經(jīng)的壓力與噴油嘴噴出時(shí)的壓力形成有效平衡保障，內(nèi)燃機(jī)高壓油管供噴平衡。

本篇文章主要分析了在內(nèi)燃機(jī)高壓油管工作開展的過程當(dāng)中供油平衡的動力問題，利用凸輪和柱塞的關(guān)鍵影響因素，分析了在高壓油泵內(nèi)變化的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏河捅脙?nèi)燃油密度變化，利用凸輪轉(zhuǎn)動引發(fā)系統(tǒng)體積變化與燃油密度相聯(lián)系轉(zhuǎn)變?yōu)橛猛馆喗撬俣燃叭加腕w積密度，保證質(zhì)量守恒，以此實(shí)現(xiàn)了高壓油管內(nèi)壓力調(diào)整，經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果擬合檢驗(yàn)該模型計(jì)算所得的供油周期與仿真結(jié)果擬合度相對較高，能夠通過供油周期的控制實(shí)現(xiàn)高壓油管內(nèi)的壓力調(diào)控，因此該模型具備著較高的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，可以為內(nèi)燃機(jī)供油壓力平衡提供更多的幫助和思考，相關(guān)工作人員可以在實(shí)踐工作開展的過程中通過凸輪、柱塞、針閥等關(guān)鍵部位的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)宏觀控制，在數(shù)據(jù)對比的過程當(dāng)中可以了解到當(dāng)高壓油管的壓力值穩(wěn)定在100時(shí)，本次研究的研究方案可以落實(shí)于實(shí)踐當(dāng)中，在確定額定轉(zhuǎn)速的情況下，利用供噴關(guān)系的穩(wěn)定性，提高高壓油管工作的效率和質(zhì)量，保障高壓油管的性能，有效發(fā)揮提高運(yùn)行的效率同時(shí)也提高運(yùn)行的安全性，可以應(yīng)用實(shí)踐。

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