高压喷油系统

高压喷油系统（精选七篇）

高压喷油系统 篇1

1 高压共轨燃油试验台开发

1.共轨管 2.喷油器 3.消雾器 4.高压油泵 5.滤清器 6.油箱 7.低压油泵 8.回油管 9.高压油管 10.电控单元

高压共轨燃油喷射试验台的总体布置见图1。柴油从油箱中被低压油泵吸出,经滤清器过滤后供给高压油泵,经高压油管、共轨管后由喷油器喷出,喷出的油雾被消雾器收集,并与高压油泵和喷油器的回油一起经低压油管返回油箱。油温控制在(40±2)℃,由温度传感器测定,高于此值就启动强制制冷对柴油进行循环冷却,低于此值则启动电加热棒。

高压油泵的驱动部分采用变频调速电机Y160M-4(主轴转速0～4 000 r/min,功率7.5 kW),经万向节和过渡接头与高压油泵连接。高压油泵采用博世CP1H泵,用支架固定在工作台上,保持与电机同心。共轨管通过支架固定,并在管上安装250 MPa的超高压压力表,用来控制共轨压力的范围。喷油器采用博世CR12.2电控喷油器,试验台见图2。

共轨试验台采用的电控单元为自主开发的多功能控制单元,其硬件部分主要由微控制器、升压电路、输入处理电路等组成;软件部分则由嵌入式软件和监控控制软件组成。在本试验台中完成共轨压力控制、喷油器控制等功能,图3为开发的控制单元的实物图。

监控软件运行于上位机中,通过串口数据线对发动机各种控制参数进行调整并监视各种关键变量如发动机转速、喷油脉宽、共轨压力等的变化情况,见图4。

2 喷油特性实验

设备安装:在实验台面向高压共轨管,以共轨轨压传感器端为始端,第1孔对应电接点压力表。其第2孔对应1号高压油管并与1号喷油器相连。第3孔对应共轨进油管。第4孔对应2号高压油管并与2号喷油器相连。第5孔对应手动共轨压力调节阀。

实验时,由1号喷油器和2号喷油器模拟四缸发动机的主喷喷油过程,即两支喷油器每转各喷射一次。在一定轨压和喷油脉宽下,用量筒计量一定喷射次数下两支喷油器的喷油量和回油量,并做平均处理。实验步骤如下:

a. 根据振动对实验系统的影响和喷射频率对轨压稳定性的影响等因素来选定转速。

b. 设定PWM占空比、频率和喷油脉宽,保持喷油器处于正常工作状态,通过共轨压力调节阀手动调节压力,使轨压稳定在预定值。

c. 根据量筒和喷油量的大小选择合适的喷射次数。

d. 控制实验台进行油量计量。

e. 读取量筒内的油量并记录。

f. 通过数据连续性和数据拟合等方式分析实验数据,对合理性较差的数据采用现场重做或后期统一补做的方式处理。

2.1 共轨压力、喷油脉宽与喷油量之间的特性实验

共轨压力、喷油脉宽与喷油量之间的特性实验结果见图5。从图5中可以看出在同一轨压下,喷油量随喷油脉宽的增加而增加,并呈现出明显的特性规律。在两个特定轨压之间,喷油增量(即每增加一个单位的压力,随之增加的喷油量)随着脉宽的增加而增加。在同一喷油脉宽下,喷油量随着压力的增加而增加。在同一喷油脉宽下,喷油增量随着轨压的增加而减小。随着轨压的增加,喷油量与喷油脉宽的关系趋向线性发展。

2.2 共轨压力、喷油脉宽与回油量之间的特性实验

共轨压力、喷油脉宽与回油量之间的特性实验结果见图6。从图6中可以看出在同一轨压下,回油量随喷油脉宽的增加而增加。在同一喷油脉宽下,回油量随着压力的增加而增加。

2.3 共轨压力传感器特性实验

实验方法时,控制1号喷油器和2号喷油器在特定脉宽下,模拟四缸发动机的主喷喷油过程;手动控制压力调节阀,使轨压稳定在预定值,并记录电接点压力表读数和ECU所采集的轨压传感器的电压值。采用固定转速为1 000 r/min,喷油脉宽为0.5 ms,分别设定共轨压力为0,20,30,40,50,60,70,80,90, 100,110,120和130 MPa开展实验。

实验步骤如下:

a. 根据振动对实验系统的影响和喷射频率对轨压稳定性的影响等因素来选定转速。

b. 设定PWM占空比、频率和喷油脉宽,保持喷油器处于正常工作状态,通过共轨压力调节阀手动调节压力,使轨压稳定在预定值。

c.读取并记录电接点压力表的示值和ECU采集到的轨压传感器的电压值。

d. 对合理性较差的数据采用现场重做或后期统一补做的方式处理。

共轨压力传感器特性实验结果见图7。从图7中可以看出轨压传感器的特性非常接近于线性。

3 结论

a.我们设计开发了高压共轨燃油喷射试验台,采用博世的共轨系统和自主开发的控制单元,完全能够满足高压共轨燃油喷射特性实验需求。经过大量相关试验表明,实验台具有工作稳定,可拓展空间大,操作性强的优点。

b.开展了共轨压力、喷油脉宽和喷油量特性实验,得到了在同一轨压下,喷油量随喷油脉宽的增加而增加。在两个特定轨压之间,喷油增量随着脉宽的增加而增加;在同一喷油脉宽下,喷油量随着压力的增加而增加,并随着轨压的增加而减小。随着轨压的增加,喷油量与喷油脉宽的关系趋向线性发展的结论。

c.开展了共轨压力、喷油脉宽和回油量特性实验,得到了在同一轨压下,回油量随喷油脉宽的增加而增加。在同一喷油脉宽下,回油量随着压力的增加而增加的结论。

d.开展了共轨压力传感器特性实验,得到了轨压传感器的特性非常接近于线性的结论。

参考文献

[1]王均效,陆家祥.柴油机高压共轨喷油系统的发展动态[J].柴油机,2001,(5):1-11.

[2]周海涛,王俊席,祝轲卿,等.柴油机GD-1系统油压控制策略仿真[J].农业机械学报,2007,38(1):56-59.

[3]肖文雍,杨林,梁峰,等.GD-1高压共轨式电控柴油机燃油喷射压力控制策略的研究[J].内燃机学报,2004,22(3):235-240.

[4]杨林,冒晓建,卓斌.车用柴油机高压共轨燃油喷射压力控制技术[J].车用发动机,2001,(5):1-5.

[5]Aditya Mulemane,Joong-Sub Han,Pai-Hsiu Lu,etal.Modeling dynamic behavior of diesel fuel injection sys-tems[C].SAE 2004-01-0536.

[6]Philipp Beierer,Kalevi Huhtala,Erkki Lehto,etal.Studyof the impact of system characteristics on pressure oscilla-tions in a common rail diesel fuel injection system[C].SAE 2005-01-0910.

[7]Philipp Beierer,Kalevi Huhtala and Matti Vilenius,etal.Experimental study of the hydraulic circuit of a commer-cial common rail diesel fuel injection system[C].SAE2007-01-0487.

[8]N.Guerrassi and P.Dupraz.A common rail injectionsystem for high speed direct injection diesel engines[C].SAE 980803.

[9]http://www.colfuel.co.uk/Testbenches/Bosch.htm.

高压喷油系统 篇2

目前,柴油机高压共轨喷油系统已经能够实现灵活的喷油定时和多段喷射的高质量控制,这能显著降低发动机噪声和排放。由于预喷射缩短了主喷射燃油的着火延迟期,减少了预混合燃油量,延缓了主喷射燃油的燃烧过程,缸内温度和压力升高率都将大幅度降低,因此采用预喷射可有效地降低柴油机燃烧噪声、振动及NOx排放[1]。

随着每循环喷油次数的增加和发动机转速的不断提高,要求各段喷射之间的时间间隔变得越来越小,为了提高多段喷射时喷油量的精确控制,就需要了解在多段喷射时喷油量及其波动的影响因素。国内外学者研究了预喷射和主喷射之间的时间间隔对主喷射喷油量及发动机排放的影响[2,3,4]。本文利用法国EFS8246单次喷射仪研究了预喷射和主喷射之间的时间间隔以及预喷射引起的共轨管内压力波动对主喷射喷油量的影响。

1 实验设备

本文采用EFS8246单次喷射仪(如图1所示)及WaveBook/512对喷油量、喷油规律和共轨管内压力波动进行了采集与测量,喷油器为Bosch电控喷油器。EFS8246单次喷射仪是基于喷射燃油在盛油腔内引起的测量活塞位移来对油量进行测量的。在喷射过程中,排油控制电磁阀保持关闭,燃油喷射入可变容积的盛油腔内,燃油冲击测量活塞使之克服弹簧力和背压向下运动,活塞的位移反映了瞬时喷油量的大小。测量结束后,排油控制电磁阀打开,在复位弹簧力的作用下,将盛油腔内被测量过的燃油经排油阀排出,系统还可以根据活塞的位移信号微分出活塞速率,它能间接反映喷油速率。EFS8246单次喷射仪测量精度在满量程0～600mm3时,测量精度能达到0.6mm3(1%)。

2 实验结果及分析

实验分别在不同共轨压力(60,80和100MPa)下选取8组预主喷射间隔和预喷持续期参数,使用单次喷射仪测量了对应的主喷油量,同时用数据采集盒采集了喷油规律和共轨管内压力波,如图2所示。

从图2可以看出:在3种不同共轨压力条件下,主喷油量随预主喷射间隔和预喷持续期的变化趋势是基本一致的,图形整体呈现波动形状;在共轨压力为80MPa时,区域2和区域4呈现波谷,区域3呈现波峰,并且随着预喷持续期的增大波动更加明显;在区域1中,当预主喷射间隔在8°CA以内、预喷持续期超过600μs时,预喷主喷合二为一,单次喷射仪把油量都记为预喷射,主喷油量为0;在区域2(喷油间隔在12～20°CA)中,主喷油量随预主喷射间隔的增大先减小后增大形成波谷,并且预喷持续期越大,主喷油量变化越剧烈;区域3(喷油间隔在20～28°CA)中,主喷油量随预主喷射间隔的增大而增加,达到峰值之后开始减小,而且同样随着预喷持续期的增大,变化越剧烈;而在区域4(大于28°CA)中,主喷油量变化趋近平稳[5]。

2.1 预喷持续期对主喷油量的影响

实验设定共轨管内压力为80MPa,预主喷间隔为16°CA,采集不同预喷持续期下的喷油规律和共轨管内压力波动,如图3所示(图中上面的曲线为共轨管内压力波动,下面为同时刻的喷油规律)。

从图3可看:出共轨管内压力波动的幅值会随着预喷持续期的增加而增大,而压力波动的相位基本不变。实验测得在预喷持续期为300～1 000μs时,共轨管内压力波动最大值大于100MPa,最小值为60MPa;主喷油量最大值为37.37mm3,最小为19.11mm3,标准差为7.3mm3。由此可见,预喷射的存在使得共轨管内压力产生波动,当主喷射开始在压力波动的波峰时,共轨压力较高,针阀开启的速度较快,喷油压力与背压压差大,主喷射的喷油量则随之增大;当主喷射开始在压力波动的波谷时,共轨压力低于正常设定的共轨压力,针阀开启的速度变慢,主喷射的喷油量则随之减小。

2.2 预主喷射间隔对主喷油量的影响

在共轨压力为80MPa、预喷持续期为600μs时,不同预主喷射间隔下的喷油规律波形如图4所示。从图4可以明显看出:不同的喷油间隔时,预喷射喷油规律变化不大,而主喷射喷油持续期实际长度却有不同。20°CA和24°CA时,主喷射喷油规律持续期较长,说明主喷射喷油量较大;12°CA和28°CA时,主喷射喷油规律持续期较短,则主喷射喷油量少。

图5为共轨管内压力波动和同时刻的喷油规律。

从图5可知:不同的预主喷间隔,主喷射相对于压力波动的相位不同。8,24,20°CA间隔时,主喷开始时刻靠近压力波波峰,所以喷油持续期延长,甚至超过了1 500μs,喷油压力和背压的压差也较大,造成了主喷油量较大;而在12,16,28°CA间隔时,主喷开始时刻靠近压力波波谷,压差减小,主喷持续期缩短为1 200μs左右,导致主喷油量减小。实验测得在4～32°CA预主喷间隔条件下,主喷油量的最大值为43.51mm3,最小为26.76mm3,标准差为6.23mm3。

3 结论

本文使用EFS8246单次喷射仪和数据采集盒在喷油泵试验台上,在对不同预主喷射间隔和预喷持续期条件下,测量了主喷油量并对共轨管内的油压波动和喷油规律进行了采集。实验结果表明:

1)预喷射的存在使得共轨管内的油压产生波动,主喷油量在压力波动的波峰时喷油量增加;在压力波动的波谷时,喷油量减少,预喷射时间越长,共轨管压力波动越大。

2)预主喷射间隔对共轨管内油压波动没有影响,对主喷油量的影响在于改变了主喷开始时刻和共轨管压力波动相位的对应关系。

3)从采集的主喷持续期来看,都超过了设定值,这是由喷油系统存在电液力延迟所致,但是这种延迟是固定的,为系统硬件所决定。因此,可以通过修正主喷持续期以及优化燃油喷射系统来提高多段喷射的控制精度[6,7]。

参考文献

[1]Badami M,Mallamo F.Influence of multiple injection strategies on emissions,combustion noise and BSFC of a DI commonrail diesel engine[C].SAE,2002-01-0503.

[2]Manfred Dürnholz,Helmut Endres,Peter Frisse.Preinjec-tion a measure to optimize the emission behavior of DI-Diesel Engine[C].SAE940674.

[3]刘雄,纪丽伟.预喷射对柴油机NO x排放生成的影响[J].现代车用动力,2005,120(4):18-21.

[4]Zhiyu Han.Mechanism of soot and NO x emission reduction using multi-injection in a diesel engine[C].SAE,960633.

[5]丁晓亮,张幽彤,熊庆辉.压电式高压共轨喷油系统喷油量波动特性试验[J].农业机械学报,2010,41(7):11-14.

[6]祝轲卿,王俊席,卢成委,等.GD-1电控柴油机主预喷时间间隔的影响[J].农业机械学报,2007,38(1):52-58.

高压共轨电控柴油机喷油压力控制 篇3

高压共轨电控柴油机燃油喷射系统与电控汽油机一样, 也是由空气供给系统、燃油供给系统和电控系统三部分组成。其中电控系统主要有电控油压系统和电控喷油系统两个系统, 本文主要介绍电控油压系统。

喷油压力控制的目的

控制柴油机喷油压力的目的:使柴油雾化良好, 进而提高燃烧热效率、降低燃油消耗和减少排放污染。

现代汽车要求必须满足良好动力性、经济性和排放性。对于柴油机追求高喷油压力的主要目的是提高燃油的雾化质量, 减少碳烟和颗粒物的排放量。碳烟和颗粒物的排放值与燃油压力之间的关系如图1所示。由图1可知, 柴油机排放的碳烟和颗粒排放值随着喷油压力的升高均可降低。

对与柴油机要保证动力性、经济性和良好排放性, 最关键的技术就是使燃油均匀地雾化, 在气缸内形成均匀的喷雾, 即做到喷入气缸中的燃油一边不停地雾化, 一边使之燃烧。这就要求燃油喷射装置始终具备足够高的喷油压力。现代汽车的排放要求越来越高, 因此对于柴油机需要改善缸内混合气的燃烧条件, 提高混合气的燃烧质量, 除了需要改进空气运动方式和燃烧室几何形状之外, 提高燃油喷射压力是改善柴油机排放的有效途径之一。

喷油压力控制的原理

在高压共轨电控柴油机燃油喷射系统中, 配有共轨油压传感器、压力控制阀PCV、限压阀和限流阀等组成的独立控制喷油压力的电控油压系统。其功能就是自由控制共轨中的燃油压力, 如图2所示。

柴油机工作时, 电控单元ECU根据加速踏板位置传感器信号AC和发动机转速信号ne, 利用计算机的查询功能, 从ROM存储器三维图形 (MAP图) 中查询到相应工况的目标喷油压力值Pf, 并根据共轨压力传感器提供的燃油轨道内燃油的实际喷油压力值Ps;再将目标喷油压力值Pf与实际喷油压力值Ps进行比较运算并求出压力差值, 然后向压力控制阀 (PCV) 的输出回路发出控制指令, 将实际喷油压力值Ps控制在目标喷油压力值Pf。

当实际喷油压力值Ps小于目标喷油压力值Pf时, ECU将向压力控制阀PCV发出占空比减小的控制信号, 使PCV线圈的平均电流减小, 球阀开度减小, 燃油的溢流量减小, 共轨燃油压力升高。当实际喷油压力值Ps升高到目标喷油压力值Pf时, ECU再向压力控制阀PCV发出占空比保持不变的控制信号, 使PCV球阀开度不变, 燃油的溢流量不变, 共轨燃油压力就保持在目标喷油压力值Pf范围内。

当实际喷油压力值Ps大于目标喷油压力值Pf时, ECU将向压力控制阀PCV发出占空比增大的控制信号, 使PCV线圈的平均电流增大, 球阀开度增大, 燃油的溢流量增大, 共轨燃油压力降低。当实际喷油压力值Ps降低到目标喷油压力值Pf时, ECU再向压力控制阀PCV发出占空比保持不变的控制信号, 使共轨燃油压力就保持在目标喷油压力值Pf之内。

综上所述, 当柴油机的转速及负荷发生变化时, ECU通过调节控制信号的占空比, 改变压力控制阀PCV的开度来控制喷油压力。

喷油压力控制方式

高压共轨电控柴油机燃油喷射系统与电控喷油泵系统不同, 燃油高压的产生与喷油控制是由ECU分别单独进行的。它是根据发动机转速与负荷等不同的工况, 在一定油压 (20~200MPa) 范围内, 改变燃油压力, 实现多段喷射 (引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射, 见图3) , 这样可以控制柴油机的燃烧速率, 减少有害物质 (颗粒物 (PM) 和氮氧化物 (NOx) ) 的排放量和降低燃烧噪声。

在多段燃油喷射过程中, 引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射等五个阶段既各自独立, 又是相互联系的, 它们的作用和目的各不相同。

(1) 引导喷射。引导喷射是在主喷射开始之前, 进行一次喷油提前角较大、喷油量较小的喷射。通过引导喷射使柴油预混合燃烧, 能够明显减少颗粒物的排放量和降低燃烧噪声。引导喷射越提前, 烟度和噪声越低。

(2) 预喷射。预喷射是在靠近主喷射之前进行一次喷油量较小的喷射。通过预喷射来缩短主喷射的着火延迟期, 当预喷射预主喷射的时间间隔约1ms时, 能够明显减少NOx的排放量和降低燃烧噪声, 但颗粒物的排放量会有所增加。因此, 应尽可能缩短预喷射与主喷射的时间间隔 (≤0.4ms) , 以便控制颗粒物的排放量。

(3) 主喷射。主喷射是在预喷射之后的一次喷油量很大的喷射。气缸一个工作循环所需的燃油主要是该阶段喷入气缸的, 主喷射的时间长短 (喷油量多少) 是ECU根据各工况来确定。

(4) 后喷射。后喷射是在靠近主喷射之后进行的一次喷油量稍大的喷射。后喷射的作用是加快扩散燃烧, 降低颗粒物的排放量。在发动机中等负荷及中等转速时, 当后喷射靠近主喷射的时间间隔 (≤0.7m s) 时, 能够减少颗粒物的排放量, 但NOx的排放量会有所增加。

(5) 次后喷射。次后喷射是在后喷射之后进行的一次喷油量较小的喷射。次后喷射可以使排气温度升高, 通过供给还原剂, 则可以增加催化剂的活性, 有利于排气进化。次后喷射不能过迟, 以免燃油附着在气缸壁上。次后喷射与后喷射之间的时间间隔一般控制在2ms左右。

结语

高压共轨电控柴油机燃油喷射系统具有以下优点:

(1) 喷油压力高。

(2) 喷油压力能自由调节。

(3) 喷油量可以自由调节。

(4) 喷油特性满足排放要求。

(5) 适用旧柴油机省级改造。

高压喷油系统 篇4

1 计算模型的建立与校核

1.1 共轨喷油器结构及工作原理

共轨喷油器结构见图1,它主要由喷油器体、电磁铁组件、控制阀偶件、针阀偶件等组成。工作原理如下:轨道中的高压燃油经喷油器体上的进油道进入喷油器的控制阀和中间体部位后分为两部分,一部分经过进油量孔流入控制腔,另一部分进入喷油嘴针阀腔。当电磁铁不通电,控制阀处于关闭状态时,喷油器中的高压燃油没有流动,各处压力相等。控制腔的压力直接作用在针阀上端,由于针阀上部的面积大于针阀密封座面处的面积,再加上针阀弹簧的作用力,使得喷油嘴针阀不能抬起而处于关闭状态;当电磁铁通电,控制阀开启,只要出油量孔的泄油速率大于进油量孔的充油速率,控制腔压力就会降低,一旦作用在针阀下端的总作用力大于上端作用力,针阀就会上行打开,喷油开始;当电磁铁断电后,控制针阀在弹簧的作用下复位,回油量孔关闭,控制腔压力上升,针阀下行关闭,喷油结束。

1.2 仿真模型的建立

Hydsim是用于液压系统和液力-机械系统动力学仿真分析的软件。它专门用于燃油喷射系统的仿真。共轨喷油器的Hydsim模型见图2。

1.2.1 假设条件

a.喷油器内腔室为集中容积,腔室内压力分布均匀。

b.不考虑平面密封和锥面密封的泄漏,只考虑控制阀偶件的泄漏。

c.不考虑燃油温度对喷油过程的影响。

d.不考虑各构件的弹性变形。

e.不考虑共轨压力波动。

1.2.2 基本方程

控制腔连续方程为:

式中,pc为控制腔压力;Din为进油量孔直径;pr为轨道压力;Dout为回油量孔直径;po为回油压力;μ1为进油量孔流量系数;Vc为控制腔容积;μ2为回油量孔流量系数;E为燃油体积弹性模量;AN为控制腔针阀受力面积;Qin为控制腔进油量孔流量;xN为针阀升程;Qout为控制腔回油量孔流量;ρ为燃油密度。

针阀运动方程为:

式中,mN为针阀质量;xN为针阀位移;DG为针阀导向直径;AG为针阀导向直径面积;DS为密封座面直径;AS为密封座面竖直方向投影面积;h为针阀升程;F0为针阀弹簧预紧力;pInj为喷孔前喷射压力;Q为通过密封座面的流量;μ3为密封座面处的流量系数;AK为针阀升起时,密封座面处的流通面积;FS为针阀弹簧力;k为弹簧刚度;α为针阀密封锥角。

式中,μ4为喷孔流量系数;AInj为喷孔总面积;p0为气缸背压。

2 仿真结果与模型校核

2.1 原机仿真计算结果

轨压130MPa,控制脉宽1 000μs时的仿真结果见图3、图4、图5。

2.2 仿真结果与试验结果对比

从表1和图6的比较结果可以看出,仿真结果能够较好地与实验结果相匹配,仿真模型在一定范围内能够较为真实地反映电控喷油的工作过程。

表中,T为控制脉宽,μs;V为单次喷油量,mm 3。

3 影响喷射过程的参数分析

3.1 进回油量孔孔径的影响

3.1.1 进油量孔孔径Din=0.28mm不变,改变回油量孔孔径(原机Dout=0.3mm)

不同回油量孔孔径对针阀升程和喷油规律的影响见图7、图8。

进油量孔孔径Din=0.28mm不变,以原机Dout=0.3mm为参考改变回油量孔孔径,由图7、图8可以看出,回油量孔孔径增大时:

a.针阀上升时刻略有提前。

b.针阀上升速度加快。

c.由于a和b,针阀上升到最大升程的时间提前较多。

d.针阀关闭时刻及速度不随回油孔变化。

e.喷油率曲线随针阀运动曲线的改变发生相应的变化。

机理分析如下:由控制腔连续方程定性分析,回油量孔增大,回油流量增加,在其它参数不变时,控制腔压力下降速率增大;再由针阀运动方程看出,在其它参数不变时针阀向下的受力快速减小,即针阀上升加速度增大,从而针阀开启速度加快。而在电磁阀关闭以后,回油量孔随着关闭,由控制腔连续方程可以看出,此时只有进油量孔对控制腔的压力起作用,从针阀的运动方程可知,针阀关闭时受力不变,因此回油量孔孔径增大时对针阀的关闭过程影响不大。

回油量孔孔径减小时:

a.Dout=0.28mm时,现象与机理同上。

b.Dout=0.26mm时,现象出现质变,针阀没有完全开启,喷射过程异常。

机理分析如下:由控制腔连续方程定性分析针阀没有完全开启的原因,由于回油量孔孔径小于进油量孔,导致回、进油孔流量差为负,控制腔压降小即针阀腔与控制腔的压差小;由针阀运动方程可知,针阀还没有完全开启就在进油量孔的作用下关闭了。

3.1.2 回油量孔孔径Dout=0.3mm不变,改变进油量孔孔径

回油量孔孔径Dout=0.3mm不变,以原机Din=0.28mm为参考改变进油量孔孔径,由图9、图10(不同进油量孔孔径对针阀升程和喷油规律的影响)可以看出,进油量孔孔径减小时:

a.针阀开启到上升到最大升程时的现象跟机理同“回油量孔孔径增大时”的情形。

b.针阀开始关闭时刻推迟,喷油持续期增加,关闭时刻延后。

针阀关闭过程机理分析如下:电磁阀关闭以后,回油量孔随着关闭,此时只有进油量孔对控制腔的压力起作用,由于进油量孔孔径的减小,进油量孔流量减小,由控制腔连续方程和针阀的运动方程可以看出,在其它参数不变时控制腔压力增大到针阀关闭压力所需时间增加,从而,针阀开始关闭时刻推迟,喷油持续期增加,关闭时刻延后。

进油量孔孔径增大时:

a.Din=0.3mm时,现象与机理同上。

b.Din=0.32mm时,现象与机理同“Dout=0.26mm,Din=0.28mm”。

3.2 针阀升程的影响

通过不同针阀升程曲线(图11)和不同升程时的喷油规律曲线(图12)可以看出:

a.针阀开启时刻相同。

b.针阀上升到最大升程的时间增加。

c.针阀开始关闭时刻相同。

d.针阀关闭时刻随着针阀升程的增加推后。

机理分析如下:由控制腔连续方程和针阀运动方程可以看出,当泄油量孔孔径和进油量孔孔径不变时,控制腔的压力变化率不变即针阀开启时的受力不变,因此开启时刻不变,随着升程的增大针阀上升到最大升程的时间增加;同理,针阀开始关闭时刻相同,针阀关闭时刻随着针阀升程的增加推后。

4 结论

a.进回油量孔孔径及由其大小和制造工艺决定的流量大小对喷油率影响很大,在设计时要在仿真计算的指导下,通过实验合理进行匹配。

b.在满足流通面积的情况下,尽可能减小针阀升程,避免针阀升程过大带了的不良影响。

摘要：在高压共轨系统中,喷油器作为整个燃油系统的核心部件,其结构参数对燃油系统的喷射性能有着重要的影响。通过对高压共轨喷油器结构参数的仿真研究,可以了解喷油器结构参数对燃油喷射过程的影响,为共轨喷油器的结构设计和优化提供参考依据。主要研究高压共轨喷油器控制腔的进、回油量孔和针阀升程各参数对喷射性能的影响。

关键词：高压共轨,共轨喷油器,结构参数,仿真

参考文献

[1]李少鹤.高压共轨柴油机电控液压喷油器设计研究[D].武汉:华中科技大学,2004.

高压喷油系统 篇5

1高压喷油器的发展状况

随着社会的不断发展,在最近几年,一些已经匹配直喷柴油发动机的小型轿车在欧洲的发展非常的显著,不但可以提高燃油的经济性,还可以减少发动机对环境造成的噪音的污染。 我国的某一个车型就已经运用了此系统,最高的喷射压力可达到1800帕。但是,随着排放的更加苛刻的控制,我们就需要更高的以及恒定的喷射的压力以及更加完善的电子的控制,于是。在众多的制造商们就把优点相对而言比较多的共轨系统作为发动机的发展的方向。高压共轨系统有着很高的燃油的压力,并且可以合理地分配燃油的控制,通过计算机灵活的对燃油分配、燃油的喷射的时间、喷射的压力以及喷射速率的控制,可以达到显著的燃油的经济性和低排放的特性。

在发动机所有的转速的范围内既可以很好地保证比较高的燃油的压力,并且高的喷射的压力可以在比较低的转速的工作的情况下还是可以获得良好的燃烧的特性。

由于燃油系统的压力与发动机的转速是呈现出线性关系的状态,在这样的转速状况下,发动机会出现燃油压力不足的情况,共轨系统能够在所有不同的转速的情况下依旧可以产生非常高的燃油的压力。由于计算机和电子控制的灵活度会对发动机的喷射压力产生一定的影响,使得发动机的排放量降低的同时还可以提高效率。不过,由于压力的产生过程是与喷射过程分离的,方便使得发动机在燃烧和喷油的过程中可以得到最大方位的自由,可以灵活的调节喷油器的喷射压力。

2高压共轨系统的主要特点

高压共轨系统主要是利用比较大的容积的共轨腔来将要输出的燃油在高压的状态下进行储存,在此工程中消除掉燃油中的压力的波动,才可以进行下一步的环节,即将燃油分配到每一个可能需要喷油的喷油器中,最后是通过喷油器上的电磁阀来控制喷油器的开始以及结束。其主要的特点包括:

1)在高压共轨中,喷油器的喷射是通过共轨腔中的高压来进行的,共轨腔的设计与原来的设计相比,主要是去掉了喷油器中用来增压的增压构造,而且,高压共轨还可以使喷油器持续的保持着高压的状态。再者就是力矩,高压共轨的油泵所需要的力矩与传统的油泵中的力矩相比要小很多。

2)在高压油泵中有一个压力调节的电磁阀,可以根据发动机自身的负荷的状态、燃油的经济性以及排放量来灵活的对高压油泵进行调节,最显著的特点就是可以优化此发动机的在低速方面的性能。

3)在喷油器上的电磁阀还可以来控制燃油的喷射的定时、 喷射的优良以及喷射的速率,甚至还可以来灵活的在不同的工作的状况下的预备喷射以及后喷射的喷射的油量和在主喷射之间的时间的间隔。

4)高压共轨系统中的供油泵将燃油泵入到高压油泵上的进油口,然后,再由该发动机的驱动上的具有高压的油泵将燃油在增加压力后传送到共轨的腔内,最后再由电磁阀控制的喷油器在相对应的时间内进行喷油的动作。

5)喷油器的预备喷射是在喷油器的主喷射之前,通过将小部分燃油喷入到气缸中,

在气缸中将燃油发生混合或者燃烧部分燃油,以此来缩短主喷射的点火的延迟期。这样气缸中的压力的升高率以及峰值的压力都对相应的有所下降,可以使得发动机的工作可以在缓和的状态下进行工作。

3系统的设计

为了满足系统的排放、节能以及提高系统性能的要求,电子控制已经成为目前共轨技术发展的重要的方向。在电子控制系统中,电控的喷油器的控制的执行元件是非常重要的一个组件--电磁阀对喷射系统的各种的基本的喷射性能有着重要的作用和影响。但是,喷射系统对该组件有着特殊的要求,要求它的开启的时间不能大于300us,以此来保证整个系统的正常的控制的精度和系统的响应的速度。对于快速的相应而言, 驱动电路的形成对整个系统有着非常大的影响。

3.1硬件设计

硬件主要是利用80C51片内的资源来实现对喷油器驱动的智能的控制,再通过串行的通信方式实现PC机和80C51之间的通话,以此来满足不同的需求。计算机通过会通过串行口来对80C51传递不同的三个的电压的数值,以及一个相应的转速值和一个喷油的脉宽。在这其中三个电压值分别代表的是开启的电压值、维持中的电压的值以及驱动的电压的基准。但是,这三个值需要满足一定的要求:开启的电压的基本值需要大于维持电压的基本的值,而维持电压的基本的值需要大于驱动的电压的值。在80C51中关于十二位的转换的模块只有两个,但是,在设计中需要的是三个,这样的话就会缺少一个,所以这个时候就需要80C5中的一个串行通道的来转化成需要的一个模块。这样的话,如果计算机输入三个数值,在通过模块的转换后就会成为驱动电路所需要输出的模拟的数值。而转速和喷油的脉宽值是通过80C51的pca来产生的一个可以控制的方波。这样就产生了三个模拟的电压的值和方波,以此就可以对驱动电路进行相应的控制。硬件的总体设计原理如图1:

3.2 80C51的编程实现方法

在80C51中,由于pca具有强定时的功能,与标准的相比较,它对CPU的干涉的需求比较少,在pca0中有着可以进行编程的定时器以及可被编程的捕捉模块。其中的定时器是可以用来编制关于时基信号的驱动程序,在时基信号中有六个输入口,分别是三个不同的系统时钟、外部振荡器、定时器以及外部时钟的输入口线上的外部时钟信号。相较于定时器可编程而言,捕捉模块是被编程为不同且独立的六种工作方式。

捕捉模块在高速输出的工作的方式中产生的方波的原理主要是:pca的定时器的高八位和低八位在和捕捉模块的高八位和低八位在发生匹配的时候,模块中的CEXn上的引脚由于电平的跳转会产生一个请求中断的现象,当中断寄存器中的中断被允许的时候,CPU得工作将会转向中断的服务程序中。如果将相对应的模块中的输入/输出线连接到端口处的输入/输出的接口上,80C51中相应的端口输出的电平就会随之发生改变,这样就可以实现脉冲的高低电平的输出。

3.3控制喷油时间的算法的实现

系统所需要的转速的范围是在600到4000r/min之间,为了满足这个要求,80C51的系统中采用时钟外部不分频,在pca定时器中采用了t0溢出来作为时钟的时钟源。为了实现在进入中断中的时间的减少的目的,则需要让t0定时器工作在能够进行自动重载工作的八位的定时器的模式下,那么t0时钟就作为系统的时钟,在t0的工作中,TL0起到保存计数器当前数值的作用,TH0中保存了重载值,这时t0计时器的定时周期为(28-TH0)/felk,felk就是该系统的时钟周期。为了到达pca脉冲能够拥有尽量高精度的目的,并且还要在要求的转速范围之内,那么就需要计算重载的值,公式为:TH0=0xdf,pca的时钟周期为: 216XXTpca。由于喷油时间的方波的精度是由pca的周期来决定的,所以喷油的精度会到达15us。

3.4系统软件设计以及程序

在由计算机软件控制的系统设计中,在系统复位以后,主程序会对微处理器上的端口进行初始化的操作,通用的是异步串行的输入输出口,D/A的转化,t0定时器一件pca定时器。在整个的软件的设计的工程中,计算机通过的串行通讯与80C51通讯是设计整个系统的关键。计算机将输入的数据发送到数据接收的缓存区中,然后将会通过分割的方法,将存储在缓存区中的数据进行分割,当每个模块的功能都达到初始化的状态后,再将已经分割的数据再分配到各个以及初始化的模块中去,再进行一次处理。程序流程图如下图2:

3.5驱动模块的设计

由于驱动电路是整个驱动模块设计的核心设计。驱动电路包括两个方面:第一是在开启喷油器的时候,需要通过电路的升高的电压,在激励脉冲的帮助下,在比较快速的情况下来使得驱动中的电流达到最大化,加速喷油器的开启的动作。第二就是在开启喷油器后,驱动电路需要通过调节电路中的电流来得到相应的脉宽,使得维持喷油器疏通状态的电流比较小,还可以起到防止过热的作用。

4总结

整个驱动的设计主要以电磁阀为中心,通过计算机控制驱动的电路,以及结合了单片机中可编程的定时器,使得整个设计到达了高压共轨的整体的要求,在计算机控制下的喷油器的动态与其他传统的喷油器相比具有较快的响应速度,并且具有优异的性能以及可靠的运行程序,在实际中的使用,能够最大限度地满足使用的需求,同时还可以降低发动机的噪音产生的污染,在一定的程度上起到环保的作用。

摘要：在高压共轨系统中,产生燃油的压力和燃油喷射是分开的,而高压共轨喷油器的喷油的时刻以及它的喷油量的调整都是通过触发来实现外,还和它的驱动控制的设计技术相关,在计算机盛行的电子时代,驱动的设计打破了传统的设计思想,驱动的最主要设计采用了高电压以及大电流通过计算机的控制和开启,然后再通过低电压来对驱动进行相关的保持和疏通,以此来满足高压共轨喷油器中驱动的一些需求,本文将通过详细的描写来对此控制技术进行研究。

关键词：计算机控制,高压共轨,技术

参考文献

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[5]于正同,张楠.一种高压共轨喷油器的驱动电路设计[J].电子技术,2012(4).

高压喷油系统 篇6

高压共轨电控燃油喷射技术, 是提高现代柴油机经济性、改善柴油机排放的重要手段之一。电控喷油器是燃油喷射系统的重要组成部件, 其结构参数对柴油机的燃烧和排放性能有着决定性的影响, 对于一定的燃烧室, 要提高柴油机的各项性能就必须对喷油器结构参数进行最优设计。但是喷油器结构参数对柴油机燃烧排放性能的影响存在着复杂的交互作用和制约关系, 即喷油器结构参数对其影响并不是孤立的, 而是跟轨压、转速和喷油量等其它参数共同影响。要得出不同工况下喷油器的最优结构参数, 需要进行大量的方案试制和配试工作, 费时费力且代价很高。

本文首先利用AVL-FIRE软件进行样本点的柴油机燃烧过程仿真计算, 利用BP神经网络对样本数据进行训练, 建立不同工况下柴油机喷油器结构参数与柴油机的燃油消耗率、NOx排放、SOOT排放之间的非线性映射关系, 得到了柴油机性能预测模型。然后结合遗传算法进行寻优计算, 获得了柴油机喷油器结构参数的最优组合。

1 基于BP神经网络的柴油机性能预测模型

1.1 输入层、隐含层和输出层结构的确定

在MATLAB环境下, 以喷孔直径d、喷孔个数n、喷油提前角φ、喷射夹角δ作为网络的输入向量, 以柴油机燃油消耗率ISCF、NOx排放水平和SOOT排放水平为网络的输出向量, 实现BP网络的建模。其中, 输入层的神经元个数为4个, 采用S型正切激活函数tansig;输出层神经元的个数为3个, 选用S型对数传递函数logsig。最后确定了该BP网络模型 (网络结构如图1所示) 。

本文采用的神经网络, 隐含层单元节点数参照以下公式进行设计:

式中, n为隐层节点数, ni为输入节点数, n0为输出节点数;α为1~10之间的常数。确定大致范围后, 先设置较少的隐含层节点数, 若网络输出误差不符合设定的要求, 则逐渐增加节点数, 直到网络的误差不再优明显的减小为止。

1.2 训练样本的选取

BP神经网络样本的选取原则为: (1) 样本尽可能全面地反映研究对象的工作范围和参数特性; (2) 由样本训练好的网络应具有良好的内插和外推性能; (3) 样本数目尽可能少, 以减少仿真计算的次数。

本文中喷射系统参数的样本取点方法如表1所示, 学习样本点为625个, 在该范围内, 采用L16 (54) 正交试验来安排16组仿真试验, 正交试验样本见表2。

1.3 样本的归一化处理

从表2和表3的神经网络训练样本可以看出, 样本中输入数据的数值差距较大, 输入样本就构成了奇异矩阵, 这影响网络的收敛性能及网络精度。将样本经下式进行归一化处理:

式中:xi, ximax, ximin分别表示第个特征参数及其在学习样本中的最大和最小值。yi表示归一化后的第i个的特征参数, 其范围为[0, 1]。样本数据归一化处理后, 输入到BP神经网络。

1.4 隐层神经元数和训练参数

利用MATLAB语言提供的BP神经网络工具箱, 将归一化的数据输入到BP网络中, 过程函数分别为tansig和logsig, 设定训练目标误差为0.001, 最大训练步数为3000, 隐层数根据公式 (2) 进行选取, 从4开始训练, 综合考虑收敛速度和网络性能, 最后将隐含层的节点数目确定为12, 即n=12。当神经网络的SSE (网络权值修订后的误差平方和) 达到err-goa时, 神经网络训练结束, 如图2所示。从图中可以看出, 网络经过197次训练后即可达到误差要求, 说明网络具有较好的学习性能, 网络输出与目标输出的误差已经达到了预先的要求。

1.5 BP网络性能预测

将所有的16个样本数据作为预测样本, 同样在80%工况下对上述BP网络训练过程的性能预测进行考察。图3中 (a) 、 (b) 、 (c) 分别为燃油消耗率、NOx排放和SOOT排放经过神经网络训练后预测值和试验值的趋势比较。根据分析可知, 神经网络预测值和试验值吻合较好, 针对NOx排放水平, 试验样本和预测样本的最大误差为5.3%, 平均误差为2.6%;针对SOOT排放水平, 试验样本和预测样本的最大误差为6.9%, 平均误差为3.2%;针对燃油消耗率, 试验样本和预测样本的最大误差为5.1%, 平均误差为2.2%。由此可知, 本文所建立的BP神经网络基本上建立了输入参数与输出参数良好的映射模型, 预测值与试验值很接近, 可以在很大程度上减少试验的工作量。

2 基于遗传算法的喷油器结构参数优化

2.1 目标函数

本文对高压共轨柴油机喷油器结构参数优化的主要目标是降低燃油消耗率, 同时保持较低的NOx排放水平和SOOT排放水平, 这是一个多目标优化问题。由于各个优化目标之间存在着复杂的耦合作用和高度非线性影响, 所以在优化过程中, 使每一个优化点都实现油耗和排放最低是不可能的, 所寻求的优化策略将是在燃油消耗率、NOx和碳烟排放之间的折中。在已建立的神经网络模型上进行多目标优化求解, 本文中设计的目标函数为:

在目标函数 (3) 中, 燃油消耗率是优化目标, NOx和SOOT是约束条件, (NOx) 0、 (SOOT) 0和 (BSFC) 0分别为NOx、SOOT和燃油消耗率的目标值。可以看出, 本文利用遗传算法进行的寻优计算为求解目标函数的最大值。

2.2 优化结果

利用遗传算法对喷油器结构参数优化问题进行求解, 取交叉概率为0.6, 变异率为0.01, 初始种群规模数为50。在100次迭代之后, 得到了最优解为喷孔直径d=0.15mm, 喷孔个数n=6, 喷油提前角φ=15deg BTDC, 喷射夹角δ=140°。

3 仿真试验验证

本文利用BP神经网络结合遗传算法进行寻优计算, 获得了高压共轨柴油机喷油器结构参数的最优组合。为验证本文中遗传算法寻优的真伪, 同样利用AVL-FIRE软件对喷油器结构参数的优化组合进行缸内工作过程的数值模拟, 将数值计算结果与遗传算法得到的最优解进行对比, 如表3所示。由表3可以看出, GA寻优结果和FIRE计算结果很接近, 最大相对误差仅为2.31%, 说明本文利用遗传算法对高压共轨柴油机喷油器结构参数的寻优计算是真实可信的。

本文以提高柴油机经济性为主, 同时保持较低的排放, 利用BP神经网络结合遗传算法寻优得到了不同工况下喷油器结构参数的最优组合。为验证优化效果和整个优化过程的正确性, 对优化得到的喷油器结构参数组合进行燃烧过程仿真计算, 优化后的喷油器NOx质量分数、SOOT质量分数和燃油消耗率仿真计算结果和原喷油器仿真计算结果对比如表4所示。从表4可以看出, 优化后柴油机经济性有了明显提高, 和原喷油器相比燃油消耗率降低了8.7%, 同时NOx和SOOT排放也有了明显改善。

由此可以看出, 本文利用BP神经网络结合遗传算法对高压共轨柴油机喷油器结构参数进行优化研究取得了很好的效果。

4 结论

(1) 利用BP神经网络进行样本训练和测试, 结果表明3层BP神经网络可以很好地预测喷射系统参数对柴油机燃烧和排放性能的影响, 除少数样本以外, 试验值和性能预测值非常接近。

(2) BP神经网络结合遗传算法寻优计算是一种高效、可靠的高压共轨柴油机喷油器结构参数优化方法。

(3) 本文的优化结果可以为全工况下高压共轨柴油机喷油器结构参数的优化研究提供可靠依据。

参考文献

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窑头燃烧器喷油系统节能改造 篇7

1 出现的问题及原因分析

2014年2月中修更换小面积窑内耐火砖和预热器浇注料后点火, 柴油使用量为15.8m3, 同年7月大修更换大面积窑内耐火砖和预热器浇注料后点火, 柴油使用量达到了16.68m3, 柴油用量较大。分析后认为, 点火中柴油使用量大的主要原因是柴油自身燃烧问题。我公司窑头喷油系统配不可变频电动机 (三相异步电动机, 功率7.5k W) 加齿轮泵 (型号:BCF-F432-ALP, 出口压力可达20MPa) , 柴油油量大小用出口阀调节, 但其调节精度和控制程度达不到要求, 另外缺少压缩空气雾化装置导致柴油着火延迟期变长, 柴油不能较快进入速燃期, 燃烧速度偏低, 以致火焰刚度偏小, 柴油的燃尽率不高, 不能很快达到煤粉的着火温度, 导致点火升温过程中迟迟不能“撤油”。

2 改造思路

目前国内0号柴油的热值约为40 185.6k J/kg, 价格在6.68元/L, 按热值折算后价格为195.52元/GJ, 而我公司2014年7~12月煤的平均热值价格约为28.68元/GJ, 煤炭的单价比柴油便宜166.84元/GJ。在同等热值的情况下以煤粉代替柴油具有较大的经济效益, 提早“撤油”能够较大程度地节约点火成本。为此, 我们将以下两方面作为窑头喷油系统改造的重点:增加变频器以快速精确调节油泵油量;增加压缩空气加强柴油雾化。

3 具体方案

1) 齿轮泵增加一个变频器 (西门子MM440) , 改造过程难度不大, 成本几千元, 公司有库存;

2) 增加压缩空气加强柴油雾化, 气源可以从窑头压缩空气管接入, 压缩空气压力0.5~0.6MPa, 远低于齿轮泵出口柴油压力20MPa, 由于油枪出口喷头阻力较大, 从离油泵出口近端 (喷头远端) 接入压缩空气存在柴油反压入压缩空气管道的风险。

对此, 我们通过以下方式解决:柴油系统回油管在整个点火过程中闲置, 压缩空气接入回油管以增强雾化, 同时可以减小柴油反压入压缩空气的可能性, 另外增加单向阀也可防止反压现象。在后端加手动球阀可以人为调节压缩空气量, 具体改造如图1所示。

4 效果