电控单体泵供油系统仿真研究

作者：北京理工大学 仇滔 刘兴华

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 摘要：电控单体泵(EuP)燃油喷射系统是一种电磁阀溢流控制式供油系统。采用AMESim4．0通用液压分析软件对电控单体泵供油系统进行了建模仿真，将单体泵喷油试验台架的试验结果与仿真结果进行了对比验证，结果表明，建立的模型具有较高的可信度。 关键词：柴油机；电控单体泵；仿真 排放法规的日益严格以及对发动机油耗的进一步要求，使得发动机供油系统的研究不断深入。单体泵供油系统最高喷射油压可以超过200 MPa，这是发动机满足当今和未来更为严格排放法规要求的重要前提之一。采用电控单体泵(EUP)喷油系统可以使发动机轻松达到欧Ⅲ的要求，并且具有满足欧Ⅳ 和USo2法规标准的潜力。 本文采用AMESim4．0对Deutzl013 EUP供油系统进行了仿真，并将仿真结果与试验结果进行了对比验证。采用本文建立的模型，不仅可以分析单体泵供油系统各个基本参数对喷油特性的影响，同时还可以研究控制参数对喷油特性的影响。 1 供油系统的结构和原理 单体泵供油系统特别适合凸轮轴低位侧置于缸体的发动机。每缸一泵，由侧置凸轮轴驱动，泵与喷油器之间的高压油管较短且相同，喷油器由EUP体内的执行器控制供油。图1示出单体泵结构简图，典型的EUP喷射系统简图见图2。 EUP高压产生的机理与柱塞式喷油泵基本相同，其工作过程为： 1)充油过程 当柴油机工作时，曲轴通过齿轮驱动凸轮轴运转，凸轮推动挺柱体总成克服柱塞弹簧力向上运动。当柱塞下移时，喷射系统内部压力低于低压油路的泵油压力，此时低压系统燃油将通过柱塞套上的进油口进入高压喷射系统； 2)旁通过程 当柱塞上升时，柱塞腔内的燃油被压缩，柱塞腔压力上升，这个过程中电磁阀处于断电状态，此时柱塞腔中压力与进油压力基本相同；受压燃油经控制阀旁通口高速泄流，回到低压系统； 3)喷射过程 在柱塞供油行程中，当电控系统根据所采集到的各传感器信号，在某一个特定的时刻发出喷油控制脉冲，通过驱动电路使电磁铁上电，回油通道被关闭，柱塞腔形成一封闭容积；来自单体泵的高压柴油通过高压油管送到喷油器，经进油管接头、喷油器滤芯、喷油器体及阀体内的油道进入喷油嘴内的压力室；随着柱塞上升，封闭容积中的燃油被压缩，压力迅速上升，嘴端压力也急剧升高；当此压力高于高压油管内的残压和喷油嘴开启压力之和时，针阀开启；柱塞继续上升，油压继续升高，燃油喷人气缸内。由于柱塞顶面积大，喷油器的喷孔面积小，故喷射过程中压力继续升高； 4)卸荷过程 当单体泵停止供油时，喷油嘴压力室内的油压迅速下降，针阀在调压弹簧的作用下瞬即落座，将喷孔关闭，终止喷油。 2 电控喷油系统的仿真模型 该模型主要包括EUP、高压油管、电磁阀控制的旁通卸油阀及喷油器模型(见图3)。其中，单体泵模块主要由弹簧活塞模块、考虑泄漏的黏滞摩擦模块以及压力容积模块组成。泄漏主要是在柱塞及柱塞套之间发生，泄漏量正比于压力差、直径及间隙的立方；反比于柱塞的绝对速度和接触面积。单体泵的高压油管对于单体泵供油系统具有十分重要的意义，本文采用的计算模型是波动模型，该模型考虑了燃油的压缩性和管壁的变形，通过雷诺数以及相对粗糙度确定管壁的摩擦系数。由于单体泵是采用电磁阀控制的泄油阀来实现供油控制的，所以采用的电磁阀控制的旁通卸油阀是圆锥形提升阀模型。喷油器模型主要由弹簧活塞模块、质量模块、压力容积模块、活塞模块、带有锥形提升阀模块以及表示喷孔的液力孔模块组成。 3 仿真结果与试验结果对比分析 为了对模型进行验证，在单体泵喷油试验台架上进行了试验。试验采用等速率凸轮，凸轮轴转速为1 000 r／min，凸轮轴转角为7。。采用Kistler压力传感器和升程传感器采集高压油管中的油压和针阀升程变化。图4示出油管压力的试验和仿真结果的对比，图5为针阀升程的对比。从对比试验结果和仿真结果可以看出，两者的变化基本一致，由此可以认为本文采用AMESim4．0建立的EUP供油系统的仿真具有较高的可信度。 4 结束语 本文用AMESim4．0对EUP喷油系统进行了仿真研究，并对比了同一转速下高压油管压力以及针阀升程的试验结果和仿真结果，两者的一致性验证了仿真模型的正确性。通过本文的工作，证明了采用AMESim软件对单体泵供油系统进行仿真的有效性，同时本文建立的仿真模型对下一步喷油系统参数的研究以及控制规律的研究具有十分重要的意义。 参考文献： [1]王尚勇，张晓力，徐春龙．高压共轨电控喷油器的仿真模拟计算[J]．车用发动机，2002(4)：16—19． [2]Simon K Chen．一种先进的电控液压燃油喷射系统模型I-J-i．张健，董尧清，译．内燃机燃油喷射和控制，1996(2)：27—32(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/12/2011)