高压共轨燃油系统特性试验研究

建立了柴油机高压共轨系统试验平台,为共轨系统研发提供了一种有效的试验手段。针对高压共轨燃油喷射系统中电控喷油器偶件及高压共轨腔进行了多组对比试验,并对共轨系统的喷油规律进行了测试。

　第26卷第2期　　　　　　　　　内　燃　机　工　程　　　　　　　　　Vol.26No.2　2005年4月　　　　　　　　　ChineseInternalCombustionEngineEngineering　　　　　　　　　Apr.2005文章编号:1000-0925(2005)02-013-04

260025

高压共轨燃油系统特性试验研究

张剑平,欧大生,欧阳光耀

(海军工程大学,武汉430033)

ExperimentforAnalyzingCharacterofHighPressureCommonRailInjectionSystem

ZHANGJian2ping,OUDa2sheng,OUYANGGuang2yao

(NavalUniversityofEngineering,Wuhan430033,China)

Abstract:Atestbenchhasbeenbuildupfordevelopingandtestingthecommonrailinjectionsystemofdiesel

engine.Multi2groupcomparativetestsbetweendifferentcontrolcoupleofelectronicallycontrolledinjectoranddifferentrailcavityvolumesaremaderespectively.TheBoschMeasureisusedforgettinginjectionrateduringtest.Theresultsshowthattherailcavityvolumehasnoeffectonthefuelinjectionratewhentherailpressurefluctuationisslightandthesizeofinletandoutletholesonthecontrolcouplehasagreateffectonthefuelinjection.

摘要:建立了柴油机高压共轨系统试验平台,段。,并采用Bosch:喷油规律在轨腔压力波(出)量孔的大小对喷油规律有很大影响。关键词:;;喷油器;喷油规律

KeyWords:I.C.Engine;CommonRailSystem;Injector;InjectionRate

中图分类号:TK423.8　　　　　　文献标识码:A

1　概述2　共轨系统试验平台建立

[1]

高压共轨式电控燃油喷射系统,因其可独立

控制喷油正时、高的喷射压力(100～150MPa)、以及柔性控制喷油速率等特点,受到了广泛关注。目前国内外柴油机研究机构均投入了很大精力对其进行研发。德国ROBERTBOSCH、日本电装公司、意大利FIAT集团、英国DELPHIDIESELSYSTEMS公司均开发出相应产品。但由于高压共轨燃油系统是一种全新的燃油喷射系统,其系统部件结构参数对系统特性的影响还需深入研究。

本文主要应用高压共轨系统试验平台,对共轨腔容积、喷油器等部件的结构参数对喷油压力、喷油规律等喷射特性的影响进行了试验研究。

收稿日期:2004203201

2.1　基本功能

图1是共轨系统试验平台示意图,其主要功能是

完成高压共轨系统各部件及系统的静、动态性能的试验和测试,如喷油规律试验、电磁阀响应速度试验、共轨腔压力控制试验等;共轨系统仿真软件也可以在试验平台上进行数据验证,为系统研发创造条件。2.2　基本组成

共轨系统试验平台主要由高压共轨系统、信号采集分析系统及相应的控制试验软件以及机械连接和安全保护装置组成。高压共轨系统由高压油泵、共轨腔、电磁阀、喷油器和电控单元等组成;信号采集分析系统由B&K4371加速度传感器、FDH-4

电

作者简介:张剑平(1961-),男,讲师,主要研究方向为高压共轨柴油机,E2mail:zjp1961@。

建立了柴油机高压共轨系统试验平台,为共轨系统研发提供了一种有效的试验手段。针对高压共轨燃油喷射系统中电控喷油器偶件及高压共轨腔进行了多组对比试验,并对共轨系统的喷油规律进行了测试。

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图1　共轨系统试验平台

图2　高压共轨腔

荷放大器、YJDH动态应变仪、BOSCH喷油规律测试

仪(型号EFEP481)、CRAS动态信号采集及分析系统等组成。

共轨系统中的高压泵为3CB-0.8/160型柱塞式高压泵,采用电机驱动,压力可达160MPa;(轨中的压力,,220MPa的压力;,控制方式是PWM,驱动电压(60～150V),响应速度达0.3ms;为确保试验人员和设备的安全,高压系统设有安全阀,跳阀压力为170MPa,所有高压管路及部件均设有保护套管和人机隔离屏障。

相关数据采集和存储(如高压共轨腔压力,BOSCH长管压力,电磁阀线圈电流及响应)均通过CRAS系统进行(见图1),该系统为16通道数据采样分析系统,采样频率最高可达51200Hz。3　共轨系统试验研究3.1　高压共轨腔压力波动试验

统性能的影响,分别加工了四种不同结构尺寸的高压

共轨腔,图2,容积分别为:

V167m,2.33

.m=105.6cm

3

并对其进行了对比试验,试验时高压泵转速为675r/min,流量为45L/h;电子溢流阀控制电流保持1A(轨腔压力为128MPa);电磁阀驱动电压110V,控制脉宽为4ms(相当于喷油量12mL/min)。CRAS系统采集方式为连续采样,采样频率设定为12800Hz。

由CRAS采集的轨腔压力和长管压力数据经MATLAB处理分析后的结果见图3和图4(系统燃油压力128MPa)

。

高压共轨腔将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中,起蓄压器的作用,可减小供油过程和喷射

[2]

过程中产生的压力波动。仿真结果表明:高压共轨腔容积的增大,可减少高压共轨腔的压力波动,随着油轨容积的增大,高压油轨中的压力波动逐渐减小,但压力波动的减小程度与高压油轨容积的增大程度并不成线性关系,高压油轨容积增大到一定程度后,压力波动的减小量很小;高压油轨容积的变化对喷油规律几乎没有影响。

为了研究实际过程中高压共轨腔容积对共轨系

图3　对高压共轨系统压力的影响———V1　---V2　……V3　 - V4

图3显示了高压共轨腔容积变化时对高压共轨

系统压力波动的影响:V1、V2、V3、V4所引起的最大压

建立了柴油机高压共轨系统试验平台,为共轨系统研发提供了一种有效的试验手段。针对高压共轨燃油喷射系统中电控喷油器偶件及高压共轨腔进行了多组对比试验,并对共轨系统的喷油规律进行了测试。

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孔B开启泄油,控制腔压力下降。这时作用于针阀下

面的液压力使针阀顶起,喷油嘴打开,开始喷油。

通过电磁阀喷油器工作原理可知,控制腔进油孔A及出油孔B的尺寸关系到控制腔内燃油进出的流量比,不同的流量比会导致针阀开启和关闭的速率不同从而影响喷油规律。为了获得满意的喷油规律,需对两孔尺寸进行优化组队试验,因此加工了多副不同A、B量孔尺寸组合的控制室偶件(见图6),以期发现满意的组合。结构尺寸如表所示。

表　控制室偶件的尺寸　mm

图4　对喷油规律的影响

———V1　---V2　……V3　 - V4

因素

1

2

3

4

5

6

7

8

9

试验号

孔A直径0.210.21

0.210.230.230.230.250.250.25孔B直径0.230.270.350.270.300.350.270.300.

35

力变化分别为3.22%、1.82%、1.69%、1.59%。当

共轨腔容积较小时,共轨系统压力波动较明显;随着油轨容积的增大,压力波动逐渐减小;当共轨腔容积增大到一定程度后,压力波动的减小程度变缓。图4显示了高压共轨腔容积变化时对喷油规律的影响:喷油器控制。

[2]

相吻合。3.2　喷油器试验研究图5为试验所设计的电磁阀喷油器结构图,其工作原理:当电磁阀未激励时,由于阀内弹簧的作用,使出油孔B关闭,此时,喷油器体中的控制腔、针阀腔的压力等于共轨腔压力。由于控制腔内控制活塞上的作用面积大于针阀腔内针阀下面的作用面积,这样,作用于控制活塞上面的压力使喷油嘴关闭,喷油器处于不喷油状态

。

[3]

图6　试验中的控制室偶件实物

图7显示的是进油孔A直径一定,改变出油孔B的直径时喷油规律的变化趋势。图8显示的是进

油孔A直径改变,出油孔B的直径一定时喷油规律

的变化趋势(系统燃油压力128MPa)。

图5　电磁阀喷油器结构图

图7　不同出油孔直径对喷油规律的影响

当ECU给电磁阀激励时,由于电磁铁的吸力作

用,衔铁向上运动,球阀在液力作用下离开阀座,出油

———0.21～0.23　 - 0.21～0.27　……0.21～0.35

建立了柴油机高压共轨系统试验平台,为共轨系统研发提供了一种有效的试验手段。针对高压共轨燃油喷射系统中电控喷油器偶件及高压共轨腔进行了多组对比试验,并对共轨系统的喷油规律进行了测试。

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进油孔直径为0.25～0.27mm时的喷油规律是先少

后多,比较理想;其它两种直径的出油孔初期喷油速率较大,不利于柴油机的运转平稳性和氮氧化物的排放控制。4　结论

(1)所研制的共轨系统试验平台可以很好地完

成对共轨系统性能的试验测试,为共轨系统的研发提供了有力工具。

(2)喷油规律在轨腔压力波动较小的前提下与其容积无关。高压油轨容积的选取在综合考虑柴油

图8　不同进油孔直径对喷油规律的影响

- 0.21～0.27　———0.23～0.27　……0.25～0.27

在进油孔A直径不变时,出油孔B的直径越大,

控制室泄油越快,针阀打开速度快,初期的喷油率加大;

出油孔B直径不变时,进油孔A的直径越大,控制室泄油越慢,针阀打开速度越慢,初期的喷油率减小;

当A、B,,,长,。

当A、B量孔直径相差较大时,一旦给出喷油控制脉冲,喷油器针阀即迅速抬起,其响应时间较短,初期喷油速率较大。

因此,应综合考虑其响应要求,欲实现所需喷油规律曲线,应在试验中选取适当的控制室偶件。从图7和图8可看出:出油孔直径为0.21～0.23mm、

机的循环喷油量、高压油泵的循环供油量以及满足供油和喷油过程中高压油轨内的压力波动要求的前提下,尽量小些,防止过大的容积造成腔内压力建立迟缓。

(3)控制室偶件的进(出)量孔,决定了控制室中的动态压力,,通过仔,:

[1]　GuerrrassiN,DuprazP.Acommonrailinjectionsystemforhigh

speeddirectinjectiondieselengines[C].SAE980803.

[2]　欧阳光耀.高压共轨燃油喷射系统结构参数影响的仿真研究

[J].海军工程大学学报,2003(8):23～26.

[3]　TetsturoK,monrailfuelinjectionsystemforimprove2

mentofengineperformanceonheavydutydieselengine[C].SAE980806.

(编　辑:姜文玲)　

《内燃机工程》征订启事

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