高压共轨燃油喷射系统

高压共轨燃油喷射系统（共7篇）

高压共轨燃油喷射系统 篇1

[本刊讯]中国内燃机工业的面前有一道叫做“高压共轨”的“窄门”,终于被辽宁新风企业集团有限公司冲破,40万套高压共轨燃油喷射系统于今年8月正式具备打产能力。

为抢占汽车工业技术竞争的国际最前沿和制高点,2006年新风集团公司从德国利勃海尔旗下CRT共轨技术公司(该技术的发源地)引进柴油机高压共轨系统,期待在这个新领域有所建树。新风集团在此基础上开发出适合于中国车用柴油机、并拥有自主知识产权的高压共轨系统,经历了立足于国内、面向世界的高压共轨系统研发中心和生产制造基地,获得了拥有自主知识产权的能够使国产柴油机达到欧3、欧4排放标准要求的共轨技术,从而填补了国内该项技术的空白。

据介绍,在40万套的年产能建成后,新风集团开始了小批量配套工作,并与朝阳柴油机厂、长城汽车、姜堰一拖等柴油机及汽车厂建立合作关系。现阶段新风集团开发出的高压共轨燃油系统主要应用于商用车,同时也可用于中小型乘用车,并能提高发动机的燃油经济性,而未来的发展目标是商用车和乘用车兼用。

新风集团拥有国际先进的高精加工设备和核心专业研究人员从事产品研发,具备了为市场提供品种齐全、性能可靠、优质系列产品的能力。到目前为止,该公司已先后完成一、二期工程,投入资金13.4亿元。今年下半年,投资33亿元的三期工程又将开工建设,预计2013年7月完成。整个项目全部建成后,每年可生产200万套高压共轨系统,由此成为我国最大的高压共轨产品生产基地。

高压共轨燃油喷射系统 篇2

关键词：柴油机,燃油喷射系统,高压共轨,研究进展

0 引言

面对世界各国日益严格的排放法规和环保节能要求, 柴油机除了应降低机油消耗、优化涡轮增压系统和发展先进的废气后处理系统外, 更重要的是需要进一步改善其燃烧过程[1,2,3]。柴油机燃烧过程中效率的高低取决于燃油喷射系统性能的优劣, 为了显著地提升柴油机燃油经济性, 改善柴油机的动力性能, 燃油喷射系统必须具备较高的喷油压力和燃油喷射控制[4,5]。高压共轨燃油喷射技术应运而生, 高压共轨燃油喷射柴油机凭借其低油耗、低噪声和较低的NOx、PM颗粒排放等特点得到了国际普遍认可, 实现了柴油机发展史上的一大飞跃[1]。本文阐述了高压共轨燃油喷射系统的工作原理, 并综述了相应领域的研究现状, 以期为进一步改善高压共轨燃油喷射系统的性能提供参考。

1 高压共轨燃油喷射系统的组成

高压共轨燃油喷射系统的结构如图1所示。它是一种全新概念的燃油喷射系统, 以直喷技术、预喷射技术和电控技术为建立基础。该系统主要由ECU、高压油泵、电控喷油器、喷油管、公共蓄压油管 (共轨) 、传感器、电控单元及执行器等部分组成[6]。

2 高压共轨燃油喷射系统的工作原理和特点

2.1 高压共轨燃油喷射系统的工作原理

高压共轨燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理, 而是采用公共控制油道-共轨管。高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统对共轨管的油压进行调控。高压共轨喷射系统通过设置在喷油泵和喷油器之间的一个具有较大容积的公共供油管把高压油泵输出的燃油蓄积起来并有效的平抑压力波动, 而后通过对公共供油管内的油压实现精确控制, 把燃油输送到每一个喷油器上。在整个过程中, 高压油泵只是向公共控制油道供油以保持燃油喷射所需的共轨压力, 通过调压阀连续调节共轨压力来控制喷射压力[7,8]。

2.2 高压共轨燃油喷射系统的特点

与传统燃油喷射系统相比, 高压共轨燃油喷射系统具有以下特点:

1) 高压共轨燃油喷射系统中共轨腔内的持续高压直接用于喷射, 省去了传统喷油器内的增压机构, 高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。同时, 高压共轨燃油喷射系统中喷油压力的建立与喷油过程无关, 可以利用共轨压力传感器和压力调节器, 根据不同工况确定所需要的最佳喷射压力, 调整供油泵的供油量和共轨压力, 实现对喷油压力的精确控制, 大大优化了柴油机的综合性能[9]。

2) 高压共轨燃油喷射系统可独立地柔性控制喷油定时, 具有良好的喷油特性, ECU根据接受的发动机转速、进气压力等参数, 计算并确定最佳喷油时间, 然后控制电控喷油器适时开启和关闭, 从而精确控制喷油时间, 将共轨管内的高压燃油以最佳的喷油定时、喷油量、喷油速率和喷雾状态喷入发动机燃烧室, 配合高的喷射压力 (120~200 MPa) , 优化燃烧过程, 使发动机燃油耗、噪声和NOx、PM颗粒的排放等综合性能指标得到明显改善[10,11]。

3) 高压共轨燃油喷射系统喷油定时与燃油计量完全分开, 精确计量的喷油量可以提高发动机的功率密度和燃油经济性, 系统以发动机的转速和油门开度信号为基础, 通过ECU计算出最佳喷油量, 并控制喷油器电磁阀的通、断电时间, 从而精确控制预喷射、主喷射和后喷射的喷油量与时间间隔, 容易实现预喷射、靴型喷射、快速停喷、后喷射、多段喷射和多次喷射, 即可降低柴油机NOx, 又能保证优良的动力性和经济性[1,4,9]。

4) 高压共轨燃油喷射系统由电磁阀控制喷油, 通过油泵上的压力调节电磁阀, 可以根据发动机负荷状况、经济性和排放性的要求对共轨油腔内的油压进行灵活地调节, 控制精度较高, 调节过程中在高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象, 使得柴油机在运转范围内, 循环喷油量变动较小, 改善各缸供油不均匀的现象, 从而减轻柴油机的振动、优化发动机的低速性能[10,12]。

5) 高压共轨燃油喷射系统结构简单、可靠性好、实用性强。

3 高压共轨燃油喷射系统的国内外研究现状

高压共轨燃油喷射技术一经问世, 就备受世界各国柴油机生产厂家的青睐。目前, 国外在柴油机高压共轨燃油喷射系统方面的研究进展很快, 国际上有多种高压共轨燃油喷射系统设计并投产, 并已经形成了很多技术成熟的产品[4,10]。比如意大利菲亚特 (Fiat) 集团的Unijet系统、美国德尔福公司的Multec DCR系统和德国博世 (Bosch) 公司的CR系统、日本电装 (Nippondenso) 公司开发的ECD-UZ系统、英国Lueas Varity公司的LDCR系统等。其中, Bosch公司以压电石英作为执行器代替高速电磁阀, 并采用最新研制的同轴可变喷嘴及压力扩大器技术, 喷射压力高达200 MPa, 针阀运动速度达到1.3 m/s, 预喷射油量可控制在1 mm3之内。在控制策略上, 以经典控制理论和现代控制理论为基础的开环控制和闭环控制在电控高压共轨系统中得到了广泛应用[13]。日本电装公司的ECD-UZ系统喷油泵采用三“桃尖”凸轮, 起动时, 共轨管中油压迅速上升。按油泵启动供油量600 mm3/s (3倍于标定油) , 油泵工作3个行程 (启动时间为0.55 s) 后, 共轨压力就超过喷嘴开启压力 (20 MPa) 了, 发动机在0.6 s内达到怠速。当发动机转速降至500 r/min时, 共轨管内压力仍可达100 MPa, 即ECD-UZ在任何转速和任何工况下均可实现高压喷射[1,14,15]。

国内在柴油机高压共轨燃油喷射技术方面的研究起步较晚, 自21世纪90年代初期开始进行有关柴油机电控技术的初步研究, 经过20多年的发展, 在相关控制理论、系统、关键零部件等方面取得了进展, 并着手进行自主研发。其中, 清华大学欧阳明高等研制出了适合我国直列泵应用广泛的国情, 并且具有结构兼容性好、硬件简单等特点的PPVI系统 (泵-管-阀-嘴系统) 。天津大学与山东龙口油泵油嘴股份有限公司合作开发出高压共轨燃油喷射系统, 该系统能实现预喷射功能, 并且喷射压力可高达110 Mpa;但是, 系统喷油量不是采用改变电磁阀的通电时间来调节, 而是通过改变公共蓄压管的压力来调节的, 因此难于实现喷油量的精确调节。北京理工大学发动机实验室研制成功的柴油机电控蓄压共轨喷油系统, 最高喷射压力可达129 MPa。无锡威孚集团与博世公司已经联合组建了无锡博世汽车柴油机系统股份有限公司, 开始了高压共轨系统的生产。在控制策略上, 目前国内主要采用经典PID控制方法, 这种方法原理简单, 易于实现, 稳定性好, 但存在需要在不同工况下反复调节和不能在线调节等缺点[5,16]。

4 高压共轨燃油喷射系统的研究目标

随着电控技术、材料技术、加工制造技术以及控制理论等的不断发展, 高压共轨燃油喷射技术必将呈现出更好的发展前景。综合分析国内外对柴油机高压共轨燃油喷射系统的研究历史和现状, 柴油机喷射系统应将以下几点作为后续的重点研究目标:

1) 进一步提升共轨燃油喷射系统内的喷油压力。为达到未来更加苛刻的环保排放标准, 最根本还是要提高共轨压力。高压共轨燃油喷射系统的发展趋势是喷射压力达180~200 MPa, 甚至出现了“超高压喷射”的概念。当然, 在喷射压力也不是越高越好, 业已研究表明:在保证油束喷射距离足够大以及压力提高值对燃烧改善效果较明显的前提下, 最高喷射压力取180~200 MPa效果最为理想。

2) 更小的喷孔直径、更短的响应时间和更低的功率消耗, 提高关键部件的可靠性和寿命。由于喷射压力的提高, 对电磁阀、喷油器适应能力的要求更加苛刻, 不仅要求其响应速度高, 而且高压稳定性好, 同时要兼具可靠性好, 寿命长等优点, 这将依赖于零部件制造技术的发展。

3) 解决高压共轨系统的多MAP优化问题。高压共轨燃油喷射系统中, ECU根据其内部存储的MAP控制喷射过程。高压共轨燃油系统中电控泵ECU控制数据较多, 如喷油压力MAP、预喷射MAP、喷油量MAP和喷油定时MAP等。系统内的电控泵ECU要根据排放和燃油耗进行优化, 工作量很大。因此需要研究统计学方法、神经网络模型映射MAP数据、自学习优化方法等很多关键技术, 以解决多MAP优化问题。

5 结语

高压共轨燃油喷射系统 篇3

辽宁新风企业集团有限公司此次40万套高压共轨燃油喷射系统的投产,标志着我国汽车发动机高压共轨燃油喷射系统有了自己的制造体系,填补了产业化空白,为全行业在“十二五”期间开展自主创新,自主研发具有高技术含量,符合更高等级排放法规要求的新一代柴油机增添了新的支撑。同时推动了我国内燃机工业向全新柴油机时代的迈进。

一个产品的设计、生产和投放市场,应以市场接受度为最终评判标准。今天,新风在高压共轨燃油喷射系统领域迈出了第一步,以后还有更长的路要走。希望新风坚持走可持续发展的道路,真正为我国汽车工业和内燃机工业提供可信赖的产品,在国内、国外两个市场站稳脚跟。

我在这里还要再说一些题外话。当前国家鼓励新能源汽车发展,尤其是电动车发展一时间在媒体上得到大量宣传。科学地说,电力是最好的能源载体,太阳、风、水、潮汐、核、化石、生物、植物等任何能源形式均可以转换为电力,清洁方便。从这个意义上说,电力是能源使用的终极方式是毫无疑问的,但电力也有局限性。我国幅员辽阔,地形复杂,要完成人类生活所需的运输服务,全部依靠电力来实现是不可想象的。大家知道,前年我国南方发生冰雪灾害,由于电力输送线路瘫痪,铁路电线受影响,最后解决问题的还是内燃机车。因此,内燃机作为主流动力的地位在未来经济发展中是不可动摇的。

汽车是装在轮子上的一种自走移动式交通运输工具。有人作过统计分析,在我国,乘用车的活动半径在500公里左右,轻型商用车的活动半径在1000公里左右,中、重型商用车的活动半径在1500公里左右。大家想象一下,在这样一个广泛区域内,建立电动汽车的电力蓄能供应和加注体系,工程的确很大,需要相当长的时间。

还有,现在媒体大力宣传电动汽车的突出优点是零排放,清洁无污染,这只是事物的一面。从另一面看,在我国目前电力能源结构仍以化石能源(约占75%以上)为主导的一次能源现状下,化石能源转化为电力过程的CO2和粉尘等有害气体的排放应该记在谁的账上?我们是不是可以这样理解,只要借用它力(不论此力的优劣)找到一种自身不生污不排污的产品或技术,就可以说此种技术或产品是清洁和零污染呢?答案当然是否定的。

我们从事工业的同志都知道产业链,产业链中的每一个环节,都不可能凌驾于其他环节之上,它们应该是环环相扣,丝丝相连,由此形成一个整体。每一个环节都进步,平衡发展,整体就进步和发展,反之则不然。我理解,中央大力倡导创建和谐社会和可持续发展的要点就在于此。

高压共轨燃油喷射系统 篇4

传统的泵-管-喷嘴型喷射系统是通过供油规律来间接地控制喷油规律,其中柱塞等高压油泵的特征参数、凸轮型线及高压管等结构参数将直接影响喷射规律。基于该机械式喷射系统不能直接控制喷油规律,不能满足现代车用发动机日趋严格的节能与排放法规要求,而被淘汰[1]。与此相比,高压共轨喷射系统在结构上虽然仍采用泵-管(共轨)-喷嘴型形式,但其对喷油量和喷射正时的控制方式已发生了根本的变化。其中,高压泵和喷油器相互独立控制,高压泵只控制共轨管中的油压,以保证各缸喷油器在不同工况下的最佳喷射压力;喷油量和喷射规律直接通过喷油器的通电脉宽和通电时刻来控制。根据车用发动机不同工况的要求,可实现对喷油规律的最佳控制,以满足不断强化的节能与排放法规要求[2]。高压共轨喷射系统已成为车用柴油机的发展趋势,其中对于确定控制策略的高压共轨喷射系统,喷射系统参数直接影响喷油规律;而对于缸内直喷柴油机,喷射规律是制约燃烧放热规律,从而直接影响热效率和排放特性的重要因素[3]。

本文中利用GT-Fuel、GT-Power专用软件对车用柴油机高压共轨喷射系统进行建模,并在台架试验验证模型的基础上,仿真计算分析了高压共轨电磁阀式喷油器的结构参数对喷油规律及发动机性能的影响。

1 高压共轨喷射系统的仿真模型

1.1 高压共轨喷射系统参数

电磁阀式高压共轨喷射系统采用时间-压力式控制方式,根据其控制原理和结构特点将喷油器分为电磁阀、液压控制系统和喷嘴3个部分。其中,利用电磁阀控制液压控制系统,再通过液压柱塞直接控制喷油器针阀的开启和关闭过程。影响喷射过程及喷油规律的主要因素见表1。具体分为电磁阀参数、液压控制系统参数及喷嘴结构参数等3个部分。在实际控制过程中,根据发动机不同工况下的目标轨压,通过高压输油泵溢出阀的反馈控制来保证共轨压力(喷射压力)一定。因此,本文中将共轨作为喷油器参数影响发动机性能的边界条件,并以目标轨压值来设定。图1为控制容积的详细示意图。

1.2 数值仿真计算模型

利用美国Gamma Technologies公司开发的GT-Suite软件中的GT-Fuel液力系统仿真软件,建立高压共轨喷射系统的仿真模型。由该模型仿真计算分析了上述高压共轨喷射系统参数对喷油规律的影响,并利用GT-Power软件建立柴油机的仿真模型,分析喷油规律对发动机性能的影响。

作为高压共轨喷射系统的燃油流动模型,将燃油在高压油管内的流动过程,简化成高压油泵边界、共轨管边界和喷油器边界来处理。对于高压油泵边界,将高压油泵柱塞腔处理成一个容积,并作为一个稳定的高压燃油的流动源,而在建立模型时将高压油泵简化成一个可调节供油压力的供油源。对于共轨管边界,根据喷油器的个数、共轨管的长度和直径,将共轨管内的流动处理成几个管道容积模型。对于喷油器边界,根据喷油器的工作原理,将喷油器分为信号模块、电磁阀模块、控制量孔和控制容积模块、针阀模块、喷嘴模块、油路模块等结构。各缸燃油的喷射是通过ECU按柴油机发火顺序分别控制各缸喷油器电磁阀的ON/OFF来实现[4]。本文中研究了喷射系统参数对发动机的影响。基于转速较高且在高压管路中燃油以声速传播,可以认为是绝热过程,所以忽略燃油系统的传热损失。高压喷射系统产品已解决高压密封问题,可忽略系统泄漏问题。燃油的物性根据实际柴油特性通过软件内部的profile文件输入。喷孔流量系数采用喷油器出厂时的检测值。

图2为GT仿真模型。其中,图2(a)为喷油器的GT仿真模型,主要包括电磁阀模块、液力控制系统模块和针阀模块等。为了分析和验证仿真计算分析的准确性和可行性,并由此分析喷射系统参数对喷射规律及发动机性能的影响,将用GT-Power软件所建的发动机模型和GT-Fuel软件所建的高压共轨模型,在GT-Flow软件平台上合成为发动机的整机模型,如图2(b)所示。

1.3 模型验证

为了验证上述模型和仿真计算分析的正确性,对2.5TC型4缸四冲程高压共轨直喷柴油机的示功图进行仿真计算,并与该样机试验所测得的实际示功图进行对比。试验用机的缸径为93mm,行程为92mm、压缩比为17.5,排量为2.5L。采用BOSCH第2代共轨系统,其最高喷射压力为145MPa,喷油器为6孔电磁阀控制式,孔径为0.137mm。试验用测试设备见表2。

仿真计算从进气95°CA BTDC开始,所用喷油规律通过试验测得,并以喷射压力曲线表示;主喷时刻(喷射提前角)取值与试验时相同。试验和仿真计算条件见表3。在发动机台架试验过程中将冷却水温控制在(80±5)℃,转速波动量控制在±2r/min。

图3为在初始条件下(表3)对发动机示功图进行仿真计算结果与试验结果的对比情况。仿真计算结果与试验测得的缸压最大误差小于4.5%,曲线吻合得很好,表明该建模与仿真计算分析具有实际参考意义。

2 喷射系统参数对喷油规律的影响

在总结前期工作的基础上,选取喷射系统参数主要影响因素进行仿真计算,并结合试验的数据对仿真数据进行相似性修正处理。其中,在扭矩、燃油消耗率和排放图中,为了有效区别试验结果和仿真结果,对试验结果采用空心圆圈标记,而仿真数据均为黑色实心标记。

2.1 电磁系统

2.1.1 磁场力对喷油规律的影响

图4为喷油器电磁阀的磁场力对喷油规律的影响。对于确定的电磁阀,其磁场力的大小取决于流通电磁线圈电流的变化速率和有效值。在喷油器通电脉宽相同的条件下,随着磁场力增大,对针阀的驱动力增加,因此针阀开启时刻提前,初期喷油速率增加,循环喷射量也增多,但是磁场力对喷油器针阀落座速率和关闭时刻没有影响。由此,随着电磁力的增加,气缸最高压力峰值和压力升高率增大,气缸的做功能力提高,燃烧重心提前(图5),所以燃油消耗率明显降低、发动机输出转矩增加(图6)。由于电磁力增大相当于喷射时刻提前,初期放热速率提高,NOx排放随之增加;由于初期的喷油量增加,导致了预混燃烧部分增大,在预混燃烧时由于缸内浓度场的不均匀性导致了碳烟排放的增加(图7)。

2.1.2 弹簧预紧力对喷油规律的影响

图8为衔铁芯回位弹簧预紧力从50N增加到110N时对喷油规律的影响。与弹簧刚度不同,随着预紧力增大,针阀开启时刻明显延后,因此喷油始点推迟,但对针阀落座时刻影响不大。整个喷油持续时间随预紧力增加而变短,初期喷油速率降低,在喷油器通电脉宽一定的条件下,总喷油量明显减少。但在预紧力超过一定值时(如110N),喷油规律出现异常,在针阀开启延迟的情况下针阀过早关闭。因此,在保证最高燃油压力波动不会造成针阀异常开启的前提下,应尽可能减小弹簧预紧力,以提高针阀开启灵敏度和喷油器的喷射能力。

图9为弹簧预紧力对放热规律的影响。随着弹簧预紧力增大,喷油速率降低,喷雾质量变差,循环喷油量减少,所以气缸压力降低,气缸做功能力下降,输出转矩逐渐减小,燃油消耗率增加(图10)。当弹簧预紧力超过100N时,喷射能力明显减弱,气缸做功能力很小,输出转矩迅速降低,燃油消耗率也迅速增加。此外,铁芯弹簧预紧力增大时,前期喷油速度缓慢,喷油规律曲线重心后移,燃烧重心后移,从而燃烧热效率降低,造成NOx排放降低,但是对碳烟排放的影响不大(图11)。

2.1.3 铁芯质量对喷油规律的影响

图12为铁芯质量对喷油规律的影响。将铁芯质量从1.0g增加到15.0g时,对电磁阀驱动针阀开启的响应特性的影响很小。但由于弹簧恢复力一定,所以针阀落座时加速度明显减小,针阀关闭时喷油结束点明显延迟。在一定喷射脉宽下,喷油持续时间延长,后喷增多。气缸内最高压力无明显变化,燃烧重心少量后移(图13)。

图14为燃油消耗率和输出转矩随铁芯质量的变化特性。铁芯质量增加时,在一定喷射脉宽下,由于后喷增加,循环喷油量增多,所以输出转矩增加。NOx排放基本不变,但由于循环喷油量的增加碳烟排放也有少量的增加(图15)。

2.2 液力控制系统

2.2.1 控制容积的影响

控制室的容积变化(图1)对喷油规律的影响如图16所示。控制室容积由10mm3增加到50mm3,对针阀开启速率及针阀最大开启时刻和关闭时刻影响比较明显,即控制室容积增加时针阀完全开启时刻和关闭时刻相对迟后。针阀的开启和关闭主要受控制室内的油压和针阀的承压锥面上油压之差的影响,一旦控制室回油节流孔被打开,控制室与总回油孔连通,油压减小,针阀在承压锥面上油压的作用下开启。当控制室容积大时泄压相对缓慢,故针阀的开启速率降低。控制室内油压的建立直接影响针阀的关闭,与开启过程刚好相反,一旦回油节流阀关闭,立即建立控制室内的油压,使针阀开始关闭。当控制室容积较小时压力建立更迅速,针阀完全关闭的时刻提前。因此,随着控制室容积的增大导致初期和后期喷油速率变缓慢,使得总喷射量增加而输出转矩有所增加(图17),但因喷油规律曲线重心后移(图16),造成放热滞后(图18),最高燃烧压力降低,燃烧效率变差,使燃油消耗率增加(图17),NOx排放也随着燃烧温度的降低有所下降,同时造成碳烟排放的增加(图19)。

2.2.2 进、回油孔孔径对喷油规律的影响

当控制室容积一定时进油孔和回油孔直径决定控制室容积内的压力变化率,而这种压力变化率直接影响喷油器的喷油特性。为了分析控制室进、回油孔直径大小对喷油规律的影响,设定了几种由不同进、回油孔直径组合的喷油器(表4),回油孔直径普遍大于进油孔直径。

图20为不同进/回油孔直径对喷油规律的影响。当回油孔直径为0.25mm时,随着进油孔直径的增大,由于针阀开启速度变缓而关闭速度迅速,造成初期喷油速率缓慢,喷油停止时刻提前,使得在一定喷油脉宽前提下的总循环喷油量明显减小,直接影响喷油器的喷油能力。但对于确定的回油孔直径,进油孔直径过小,则虽然喷射能力增加,但是初期喷油速率过高,促进预混合燃烧(图21),造成NOx排放增加(图22)。

这是因为当回油孔球阀打开后,回油孔开始泄压。控制室内油压的泄压速率取决于回油孔直径和进油孔直径之差,即两者流通面积之差。流通面积差值越大,泄压越快,针阀开启速度越快,因此进油孔直径小的1号喷油器(表4)的针阀开启速度最快,而3号喷油器最慢。当回油孔关闭后,来自共轨的高压燃油经进油孔直接充入控制室内,进油孔直径越大充得越快,因此3号喷油器的针阀关闭速度最快,而1号喷油器最慢。这使得1号喷油器的燃油消耗率增加,输出功增大,相应的输出扭矩也增大(图23)。当进油孔直径不变而只改变回油孔直径时,针阀的关闭过程几乎重合。开启过程也取决于回油孔与进油孔的流通面积之差。综上所述,在保证针阀关闭速度的前提下,可以适当增大回油孔的直径。但是回油孔的直径过大会造成球阀直径增大,将增加球阀的质量,从而影响电磁控制系统的响应特性。因此,必须进行综合考虑,合理优化设计进、回油孔的直径,以有效控制喷油规律,同时针阀的响应特性直接影响喷油速率。

2.3 喷嘴系统

在喷嘴前后端背压一定时,喷嘴的喷孔数和喷孔直径确定了喷嘴的流通特性。其中,喷孔总流通面积过大,会导致喷油压力与喷油速率降低,喷油持续期缩短,喷油雾化质量变差;喷孔总流通面积过小,会使喷油压力过高容易产生不正常喷射。总流通面积在针阀升程规律一定时直接由喷孔数和孔径决定。由此可见,孔数与孔径的合理匹配影响发动机的喷油规律,从而影响发动机的燃烧特性和排放。

为了分析喷孔数及喷孔直径对喷油规律的影响,以有效优化喷油嘴结构参数,本文中设计6组不同喷孔数和孔径的配置方案(表5),并进行仿真计算分析。

图24为喷油规律随喷孔数和孔径变化的特性曲线。在总流通面积大致相等的情况下(方案1、2、3或者方案4、5、6的喷油器),孔数和孔径的变化对喷油速率影响不很明显,而影响喷油速率的主要因素是总的流通面积。当喷嘴的总流通面积一定时,喷孔直径越小,喷射阻尼越大,总边界层越厚。但是当提高喷射压力后,边界层变薄,喷射速率变化不大。由此可见,总的流通面积越大,喷射速率也大。因此,喷射脉宽一定时,喷油量增加,则喷雾质量有所下降。

在流通面积一定的情况下,随着孔数变大和孔径变小,总喷油量减少(图24)。但由于雾化状况良好使得燃烧充分,放热提前(图25),燃油消耗率降低,扭矩变化不大(图26)。由于燃烧更充分导致了缸内温度升高,NOx排放增加,碳烟排放相应减小(图27),但在总流通面积变大时孔数的增大不能降低碳烟排放。

对于喷孔数量和喷孔直径的选择,在考虑其雾化特性的基础上,还应该考虑其流量特性是否能与发动机的循环喷油量相匹配,是否与喷油器控制系统精度相匹配。

3 结论

(1)控制室容积的大小对喷油规律影响较大。控制室容积过大时,针阀开启速度缓慢,从而造成初期喷油速率降低,直接影响燃油的雾化效果;而在关闭过程中由于油压建立时间相对延长而使后期喷油速率降低,针阀关闭不迅速,造成发动机经济性较差,碳烟排放增加。

(2)柱塞控制室的进油节流孔直径越大,控制容积室内油压建立越快,可以加速针阀落座;而回油节流孔直径越大则控制室泄压越快,针阀开启速度越快。回油孔与进油孔的流通面积之差是影响喷油规律的关键。通过合理设计控制室容积和进、回油孔直径,可有效改善喷油规律。

(3)铁芯质量从1.0g增加到15.0g时,对针阀开启响应特性及喷射速率基本没有影响。但当铁芯质量超过10.0g时,由于针阀的惯性增加,使针阀落座时间明显延长,造成后喷增多,直接影响燃油经济性。因此,针对铁芯选材时,在一定的刚度范围内可以考虑采用轻质材料。

(4)铁芯弹簧预紧力过大直接影响针阀升程速度和初期喷油速率的降低。当弹簧预紧力由50N增加到100N时,喷油器的初期喷射速率降低了35%左右,喷射时刻也滞后约2~3°CA,而针阀落座时刻基本保持不变,因此喷射能力降低。

(5)适当提高电磁阀磁场力可提高喷油器初期放热速率和喷射能力,而且喷射时刻也得到提前。当磁场力由70N增加到130N时,初期放热速率增加2倍左右,喷射时刻提前约2°CA。

(6)喷嘴喷孔的孔数和孔径针对不同的发动机存在最佳的匹配关系,这直接影响到燃油的流量系数,从而影响到喷油量的精确控制。

参考文献

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[3]Kiyoshi S.Hino J-series diesel engines developed for the U.S.2004regulations with superior fuel economy[C]//SAE 2004-01-1314,2004.

高压共轨燃油喷射系统 篇5

1.1 柱塞和套筒的故障

高压油泵使用一段时间后, 柱塞和套筒的工作表面就会产生较大磨损, 特别是回油孔式高压油泵在柱塞的螺旋槽附近的工作表面磨损较为突显。在油泵柱塞的螺旋面上, 有时还产生穴蚀, 这是由于油泵供油结束而回油时, 高压油倒流, 压力波反射到柱塞螺旋面, 而引起的空泡腐蚀。在柱塞和套筒的配合面上, 有的还出现纵向拉痕、或柱塞卡滞、或咬死故障。导致上述现象的原因多是由于燃油不洁所致, 偶件之间的配合间隙过小等原因造成。柱塞和套筒偶件的过度磨损使会使其配合间隙增大, 密封性降低, 雾化变差, 燃烧恶化, 若各缸油泵的柱塞、套筒磨损不均, 致使各缸喷油不等, 柴油机在低速时难以稳定运行。

1.2 出油阀和阀座的故障

出油阀具有卸载止回作用, 出油阀上设有减压凸缘, 它与阀座内孔滑配, 当油泵供油停止时, 出油阀在弹簧作用下, 凸缘进入阀座, 切断高压油管内燃油与套筒的通路, 凸缘下落使高压油管内油压快度下降, 喷油器针阀关闭, 喷油停止。

出油阀和阀座磨损后, 会使其密封性能下降, 留存在高压油管内的高压油, 将会有一部分回流, 致使高压油管内燃油压力降低, 喷射质量变差, 引起不完全燃烧, 柴油机在低转速运转时问题更为突显。若出油阀阀杆卡紧和咬死, 或阀被杂质垫起造成“常开”或出油阀破损等, 都将出现此种不良后果。

1.3 喷油器针阀偶件故障

针阀偶件的磨损主要发生在针阀和针阀套圆柱面、针阀锥面和阀座面, 针阀套端面因腐蚀而产生麻点, 喷孔因高压燃油的冲刷而使孔径扩大和失园。

为了保证针阀和阀座的密封性, 针阀锥面和阀座面被制成线接触, 目的增加压强。但当有杂质卡在阀线上, 则会造成燃油渗漏, 恶化燃烧。当针阀与阀座配合面磨损后, 针阀升程增加, 导致撞击加剧, 磨损加速, 而针阀与阀套圆柱面磨损后, 还会使喷油压力下降。高压燃油的冲刷与腐蚀, 使喷油器喷孔变大, 雾化质量变差, 影响喷射燃油的穿透性, 使油雾与燃烧室的形状不相适应, 影响了柴油机的燃烧质量, 降低了柴油机的经济性。

2 精密偶件的检查

上述偶件对燃油的雾化、燃烧和柴油机的经济性都影响较大, 在日常维护管理中, 我们应对其进行定期的检修。

高压油泵和喷油器修理时, 首先把上述三对精密偶件拆卸清洗, 检查这些零件的精密度、有无损伤, 拆卸工作要特别谨慎, 避免损伤偶件, 零件放在清洁的容器内, 用轻柴油或煤油清洗。喷嘴上的积碳用钢丝刷去除, 要防止喷孔受损, 喷孔处用木制工具刮除积炭。喷孔堵塞时, 要用专用孔针清通, 钢丝通针的直径要和喷孔的直径相适应。在解体喷油器时, 切不可加长扳手力臂长度用蛮力, 若旋松喷嘴阻力较大, 应将喷嘴放在煤油中浸泡后再小心旋动。

成对偶件在拆卸和清洗过程中, 不可乱放, 更不能互换。清洗后的偶件不可用抹布或棉纱来擦, 以免新的尘埃或棉纱头粘在工作面上。

高压油泵或喷油器解体后, 应对其进行如下检查:

2.1 检查表面状况

借助放大镜仔细观察工作面有无严重磨损、擦伤, 针阀锥面有无沟槽, 柱塞直径和斜槽边缘有无剥落和腐蚀, 柱塞、套筒有无拉痕或裂纹。出油阀主要检验减压凸缘、锥面有无严重磨损或剥落, 阀体和阀座有无裂纹或锈蚀。对存在上述缺陷部件, 可根据实际情况决定修复与取舍。

2.2 检查滑动性能

针阀、柱塞和出油阀偶件的配合精度, 可采用滑动的办法来鉴别。方法如下:首先将每对偶件清洗干净;垂直放置针阀套, 针阀应能靠自重缓慢地落入阀座;将柱塞由套筒中拔出1/3长度, 在套筒倾斜45°下, 柱塞能够靠自重缓慢而匀速地滑下。若下滑的速度太快, 说明偶件的配合间隙过大, 密封不良。对于柱塞, 可再次拔出1/3长度, 并旋转90°, 让其自由下落, 若下滑的速度缓慢而均匀, 说明偶件偏磨, 此时应测量圆度, 若超过了圆度误差只好报废。

2.3 喷射试验

首先确认试验设备良好, 才能进行喷射试验, 喷射试验的目的是:检查启阀压力、密封性和雾化性能。

2.3.1 检查启阀压力:

首先放净试验系统中的空气, 并将喷油孔清洗干净, 然后缓慢泵油, 直到喷油器开始喷油, 此时的压力即为启阀压力, 该压力应符合说明书的要求, 若不符合应检查调整。对于一些长时间使用后的喷油器, 多数可能是调节螺钉松动, 弹簧损坏等原因, 此时应重新调整或修理。

2.3.2 检查密封性:

将油压控制在启阀压力之下2MPa左右, 观察油压表指示压力的下降速度, 如果下降速度过快, 说明间隙过大, 密封不良。在进行密封性检查时, 要求在低于2MPa时, 维持10秒左右, 此时, 在喷孔附近, 允许有稍微潮润, 但不准有液滴结聚。

2.3.3 检查雾化质量:

在喷油器雾化检查时, 应根据喷雾的形状、分布、粒度来判断雾化质量的好坏, 当雾化分布均匀, 没有局部密集成油滴, 且喷油迅速利落, 连续喷油后, 在喷孔处没有油滴出现, 则雾化检验合格。若快速泵油, 情况良好, 而慢速泵油时, 未到喷油压力就出现油滴, 说明针阀锥面配合不良, 应加以研磨修复或视情况换新。

3 精密偶件的修理

3.1 柱塞与套筒的修理

该偶件一般采用镀铬工艺, 恢复零件原有尺寸和配合性质。通过镀铬工艺可使90%以上的旧零件重新获得使用。在采用镀铬工艺时, 只能选择偶件中的一个零件进行镀铬, 通常选择柱塞镀铬。套筒端面密封不良时, 应对套筒端面进行研磨, 研磨时, 将端面涂上研磨剂, 用手握住套筒并施加一定压力, 让套筒在研磨板上以“8”字轨迹运动, 直到端面呈均匀的暗灰色时, 将端面清洗干净后, 再与高压油泵上的配合面对研。

3.2 喷油器针阀与针阀套的修理

针阀偶件圆柱配合面的修理方法有:更换部分零件法、恢复原有尺寸法两种。若磨损严重, 或圆柱配合面上有较深的拉痕, 就报废换新;对于针阀与阀套锥面, 因针阀和锥面具有0.5°~1°的角差, 当磨损均匀时, 锥面仍能保持环形密封, 如果磨损不均匀, 环形线中断或模糊不清时, 可用极细的研磨膏进行对研, 直至阀线重新出现, 然后停止加研磨膏, 继续对研至阀线更为清晰, 并清洗干将后, 做喷射试验确定取舍。

3.3 出油阀偶件的修理

当出油阀座下平面有轻微锈蚀, 或出油阀在阀座内有阻滞现象时, 也可以用研磨的方法修理。研磨时, 以不损伤减压凸缘为原则, 先用研磨棒或旧的出油阀体对阀座进行研磨, 然后再用待修的出油阀与阀座对研, 旋转若干次后, 换一个角度再研磨。研磨后的零件应仔细清洗, 使其洁净。

下述情况出油阀偶件应报废换新: (1) 锥面上出现金属剥落现象。 (2) 锥面发生严重磨损。 (3) 减压凸缘有明显的磨损痕迹。 (4) 出油阀体上有裂痕出现。 (5) 阀体及阀座的锥面产生锈蚀。

摘要：在高压燃油喷射系统中, 柱塞和套筒、出油阀和出油阀座、针阀和针阀套是三对极为精密的偶件, 由于它们承受高压、高温燃油的作用, 极易产生磨损和腐蚀, 导致燃油喷射系统的喷射性能和柴油机的工作性能变差。因此, 我们必须定期检查。本文分析了高压燃油喷射系统中主要机件的常见故障, 总结了三对精密偶件的检查方法和修理措施, 提升了燃油雾化质量和柴油机的经济性。

关键词：精密偶件,故障,检查,修理

参考文献

高压共轨燃油喷射系统 篇6

随着美国和欧洲各国排放法规日益严格, 柴油机的燃油喷射系统正向电控高压喷射方向发展。电控高压柴油喷射系统提高了燃油喷射压力, 实现了喷油量和喷油正时的精确控制, 实现了柴油喷射过程中的预喷、主喷和后喷, 改善了燃烧效率, 提高了燃油经济性和降低了排放污染。现采用的电控柴油喷射系统主要有电控泵喷嘴、电控单体泵和电控高压共轨燃油喷射系统。其中电控高压共轨燃油喷射系统是一种燃油压力与发动机转速无关的供油方式, 即喷射压力的产生和喷射过程相互分开, 喷油正时、喷油压力和喷油持续时间可以在较宽的范围内选择。

2 康明斯IS B e电控高压共轨柴油喷射系统的组成与工作原理

电控高压共轨柴油喷射系统由电子控制和燃油供给两大部分组成。

2.1 电子控制部分

电子控制部分由ECU (电子控制模块) 、各种传感器 (曲轴转速传感器、凸轮轴位置传感器、油门踏板位置传感器、各种温度的压力传感器等) 和执行器 (喷油器、电磁阀等) 组成。其工作原理是:ECU根据各种传感器输入的发动机实际运行状态信号, 经过比较、运算、处理后, 得出最佳喷油时间、喷油量和喷油速率模型参数等, 向喷油器电磁阀发出喷油指令, 从而精确控制发动机的工作过程 (图1) 。

2.1.1 喷油器控制

为了改善喷油器的敏感度, 将驱动电压变为高电压, 从而加速电磁线圈磁化和TWV响应。ECU中的EDU或充电电路将各自蓄电池电压提高到大约100 V, 维持电压12.8 V, 它通过ECU发出的驱动喷油器的信号而施加到喷油器上 (图2) 。

2.1.2 泵控制阀 (PCV)

泵控制阀的作用是调节输油泵的燃油排放量, 以便调节油轨压力。输油泵排放到油轨的燃油量取决于向PCV施加电流的正时。其执行电路如图3所示, 当点火开关接通或关断PCV继电器, 以向PCV施加电流。ECU对PCV的打开/关闭进行控制。它根据每个传感器发出的信号, 确定提供最佳油轨压力所需的目标供油量, 并控制PCV的打开/关闭正时, 从而达到目标供油量。

2.2 燃油供给部分

燃油由发动机凸轮轴驱动的齿轮泵经滤清器从油箱中抽出, 通过一个电磁紧急关闭阀流人供油泵。此时的压力约为0.5 MPa, 然后, 油流分为两路, 一路经安全阀上的小孔作为冷却油通过供油泵的凸轮轴室流入压力控制阀, 然后流回油箱。另一路流入3缸供油泵。在供油泵内, 燃油压力上升到135 MPa或更高, 供入共轨。共轨上有一个压力传感器和一个通过切断油路来控制流量的压力控制阀。用这种方法来调节控制单元设定的共轨压力。高压燃油从共轨流人喷油器后又分为两路:一路直接喷入燃烧室, 另一路在喷油期间, 与针阀导向部分和控制柱塞处泄漏出的燃油一起流回油箱 (图4) 。

3 康明斯IS B e电控高压共轨柴油喷射系统故障诊断

高压共轨柴油机的电子控制系统具有故障自诊断功能。在发动机运行过程中, 自诊断系统检查传感器输入的信号、软件的操作是否正确和电子控制模块 (ECM) 中的电源驱动电路是否发生了故障等。当检测到故障时, 就会将故障以故障码的形式存储在存储器中, 同时还将根据现行故障的类型和严重程度, 将不同的故障指示灯 (故障指示灯包括报警指示灯“WARNING”停车指示灯“STOP”、等待启动指示灯“WAIT-TO-START”和保养指示灯“MAINTENANCE”) 点亮 (见图5) 。如果报警指示灯“WARNING”灯亮, 表明系统有故障代码存在, 但车辆能行驶且需要进行尽快维修;如果停车指示灯“STOP”点亮, 则说明应尽快安全地使车辆停驶并进行维修, 以保护发动机;如保养指示灯“MAINTENANCE”灯亮, 则提醒驾驶员需要进行发动机系统保养等。当柴油机电控系统出现故障, 应进行故障诊断, 查出故障原因并维修。故障诊断的方法如下:

3.1 故障指示灯自检操作方法

把点火钥匙开关处于“ON”接通位置, 诊断开关“OFF”处于断开位置, 如各种指示灯 (报警指示灯、停车指示灯、等待启动指示灯和保养指示灯) 依次点亮约2 s, 然后熄灭, 表明电子控制系统正常, 无故障。如果报警指示灯“WARNING”不熄灭, 表明系统存在故障, 如果指示灯“STOP”点亮, 则应尽快安全停车进行维修, 以保护发动机。

3.2 故障代码的读取

故障代码的读取有两种方法:一种是通过故障指示灯的闪烁次数读取;另一种是使用专用故障诊断仪器读取。

3.2.1 通过故障指示灯的闪烁读取故障代码方法步骤

3.2.1. 1 将点火钥匙开关转到“OFF”位置, 将诊断开关转到“ON”位置, 再将点火钥匙开关转到“ON”位置, 发动机不转。如果电子控制系统未记录有现行故障代码, 红色指示灯“STOP”和黄色报警指示灯“WARNING”将依次点亮, 然后熄灭并保持熄灭状态;如果记录有现行故障代码, 两个指示灯都将瞬间点亮, 然后开始闪烁出已记录的现行故障代码 (图6) 。

3.2.1. 2 故障代码闪烁的顺序如图7所示。首先, 黄色报警指示灯“WARNING”闪烁, 然后停留1 s或2s, 接着红色停车指示灯“STOP”闪烁故障代码, 各号码间会有1 s或2 s的停顿, 在红色指示灯闪烁完号码后, 黄色指示灯再次闪亮。三位数或四位数的代码将以相同的顺序重复闪烁。如故障代码244的闪烁顺序为:首先黄色灯闪烁约2 s后, 红色灯连续闪烁2次, 每次间隔约0.5 s, 表示为“2”, 过1.5 s后红色灯又连续闪烁4次, 每次间隔约0.5 s, 表示为“4”, 再过1.5 s后红色灯又连续闪烁4次, 每次间隔约0.5 s, 又表示为“4”, 再过2 s后黄色亮, 表示该故障代码显示完毕。为进行下一个故障代码的检查, 应将巡航控制“SET/RESUME”开关扳到“+” (增加位置) , 这时将闪烁下一个故障代码。若将“SET/RESUME”开关扳到“-” (减小位置) , 就可以回到上一个故障代码。如果只记录了一个现行故障代码, 则无论将此开关扳到“+”还是“-”位置, 总是显示同一个故障代码。

3.2.2 使用专用故障诊断仪器读取故障代码

将专用故障诊断仪器与发动机电控系统的诊断座进行对接, 打开点火开关, 按专用故障诊断仪器的使用方法, 照步骤即可读取发动机电控系统的故障代码。将读出的故障代码, 通过查询维修资料手册, 可知故障代码含义, 再按故障代码指示的故障部位进行维修, 可排除故障。

3.3 故障代码的清除

故障排除后, 应清除ECU中的故障代码, 故障代码可用专用诊断仪清除, 也可将熔断器合的ECU熔断丝拔下或拆下蓄电池负极搭铁线10 s以上后清除。在拆除蓄电池负极搭铁线时, 时钟、音响等电器设备所存储的信息会丢失, 应特别注意。

4 电控高压共轨柴油喷射系统的使用与维护

4.1 车辆起动

(1) 起动发动机前请检查油箱是否缺少燃油, 否则会损坏燃油输送泵。

(2) 起动发动机时, 请不要踩加速踏板或反复踩加速踏板来, 否则会使发动机无法起动。

(3) 起动时, 将钥匙转到第二档接通ECU源, E-CU将自动对所有传感器、喷射通道等进行检测, 时间约为6 s, 此时故障指示灯会点亮, 在此期间不要起动发动机, 若检测没有发现故障则故障指示灯熄灭, 可以正常起动。

(4) 行车过程注意各种仪表、指示灯是否正常, 故障指示灯常点亮时, 说明发动机处于故障运行状态, 请及时就近修理, 否则会造成更大故障。

(5) 起动后冷却液温度低于60℃时, ECU会限制发动机的最大负荷, 此时动力不足属正常现象, 车辆起步前建议先进行怠速预热。

4.2 电控系统保养与维护

(1) 电控系统的一般检修禁止擅自拆卸与ECU连接的电器、连接插座、与ECU冷却器连接的油管及ECU冷却器连接的传感器。当ECU出现故障时, 应及时与当地福田公司服务站联系, 禁止私自拆卸、维修、更换。

(2) 禁止开启ECU盖板, 否则易造成ECU被损坏, ECU内没有可修复零件。

(3) ECU应通风情况良好、远离热源、严禁有覆盖物, 避免出现长时间积灰现象;否则会影响ECU的散热。

(4) ECU应避免行车中的泥水飞溅、砂石撞击;避免腐蚀性液体接触ECU以及控制线束。

(5) 使用无线电发射设备时请远离ECU, 车辆在电磁波密集区域可能会运行不正常 (如电视信号发射塔附近) , 此种情况极少发生, 远离该区域即可解决。

(6) 拆卸导线连接器时, 要松开锁卡或按下锁卡, 装复导线连接器时, 应插到底并锁止。

(7) 在进行车辆检查时, 应防止对传感器、喷油器电磁阀等电子元器件的撞击、拉扯、磨损、划伤以及浸水、浸油等, 不要敲打、磕碰共轨系统各部件。

(8) 禁止打开线束的保护波纹管, 应防止对线束拉扯、划伤以及过度弯曲等, 禁止对电器线路进行一切非法改装。

(9) 电控发动机在使用中常出现的故障往往是由线路接触不良、脱落引起的, 所以要保持各接线头、接线柱的清洁和接触可靠。

(10) 对燃油系统进行维护前, 应拆去蓄电池搭铁线, 以免损坏机件。

(11) 由于电器线路复杂, 检查、排除故障切勿粗心大意, 没把握不要轻易拆卸, 否则可能造成新的故障。

(12) 保养发动机时, 若拆卸电喷系统各电线接头、检查电子控制系统, 拆卸ECU及各类传感器和拔插各类插头前应该先将点火开关关闭, 不允许在点火开关接通或发动机运转的情况下, 随意断开蓄电池和控制电路中的任何一根连线, 否则会出现人为的故障码而影响使用且极易造成ECU烧毁。

(13) 不允许在不装蓄电池的情况下, 用外接起动设备起动发动机, 以免使电控系统损坏。

(14) 给车辆蓄电池充电时, 需拆下蓄电池, 安装更换蓄电池时请注意正、负极并确保点火开关或其他用电设备处于关闭状态, 否则会损坏电控系统。

(15) 在车身上实施电弧焊作业时, 应该先断开蓄电池的正负两个电极线接头, 防止感应脉冲电压损坏电子元器件。

(16) 用本车蓄电池帮助其他车辆起动时, 一定确保点火开关处于关闭状态或拆开蓄电池两个电极线接头, 否则会因瞬时电压过高造成本车ECU损坏。

(17) 严禁用水冲洗发动机和电控元件。

(18) 电控系统的任何一根线束不得加装其他用电设备。

(19) 在蓄电池亏电或电源断路的情况下, 禁止使用反拖的方法起动车辆。

4.3 其它方面

(1) 请到正规的中石化、中石油的加油站加注符合标准的清洁燃油, 否则燃油中的杂质会造成发动机燃油供给系统精密部件 (价格昂贵) 堵塞或损坏, 给您造成不必要的损失。

(2) 当发动机运行时共轨系统中的柴油压力达1 600～2 000 bar, 随意拆卸可能造成人体的伤亡。

(3) 应该定期检查油水分离器并清除积水, 防止其进入共轨系统中。

(4) 喷油器回油管接头为塑料件, 易断裂, 车辆使用维修过程中不要碰撞或拉扯回油管。

(5) 为防止空气进入燃油管路, 燃油箱内燃油不能用空后再补充, 若燃油管路有空气应通过油水分离器处放气螺栓进行油路放气, 不得采用拆开共轨系统的方法放气。

(6) 非专业人员不得拆卸高压泵与喷油器之间的高压油路部件, 拆卸不当会造成连接件螺纹密封不严, 使零件报废。

(7) 康明斯ISBe带涡轮增压系统的发动机, 以下五项操作在车辆使用过程中必须禁止, 否则会损坏增压系统:

(1) 车辆起动后应怠速运行1～3 min, 严禁起动后立即加速或轰车。

(2) 车辆起动后, 应通过仪表板查看机油压力, 发现异常立即熄火检查。

(3) 车辆熄火前, 必须怠速空转1～3 min, 同时怠速空转时间不宜过长, 非紧急情况严禁高转速熄火。

(4) 增压器系统属于精密产品, 严禁私自拆卸, 出现故障应到福田公司指定维修站维修。

(5) 严禁采用“加速-熄火-空挡滑行”的操作方法。

注:ECU即电子控制单元;1 bar=1标准大气压=100 000 Pa。

摘要：介绍电控高压共轨柴油喷射系统的结构与工作原理, 重点阐述高压共轨柴油机电控系统故障诊断技术, 并叙述了电控高压共轨柴油机的使用维护方法。

高压共轨燃油喷射系统 篇7

当今社会与经济发展面临着能源危机与环境污染两大严峻的考验, 作为传统的能源消耗大户, 我国车用发动机对石油的消耗已占总消耗量的1/3以上, 如何更为有效地提高燃油经济性, 降低排放成为发动机发展的重要课题。

缸内燃烧质量直接关系到发动机的动力性、经济性及排放特性[1], 研究表明:采用高压喷射可以减小液滴直径, 改善燃油的雾化特性, 使油气混合更加合理, 从而提高发动机性能。因而, 燃料的雾化特性对于发动机的燃烧具有决定性的意义。近些年, 国内外众多专家和学者从各个方面对发动机燃油雾化特性进行了深入的研究, 取得了诸多研究成果[2,3,4,5,6,7]。

鉴于高压喷射对于改善燃油雾化特性的重要意义, 我们利用FLUENT软件建立了柴油在高压喷射条件下喷雾特性仿真模型, 研究了在不同喷射压力、背压条件及不同喷油器孔径条件下喷雾场粒径分布规律, 为深入研究高压喷射条件下燃油雾化特性对于燃烧效率的影响提供一定的参考。

1 模型建立

1.1 几何模型及计算结果

我们采用单孔喷油器, 研究其在密闭的定容室的喷雾规律, 具体参数见表1。

由于模拟对象为圆柱形, 因而二维及四边形计算模型较为适合。采用一阶隐式非稳态模型, 连续相边界条件为壁面条件, 设置恒壁温320 K, 离散项边界条件为reflect条件, Number of Particle Streams取20。

1.2 数学模型

FLUENT中的DPM模型将缸内气体作为连续相, 将燃油颗粒作为离散项, 通过交替求解两相的控制方程和相互之间的耦合作用来模拟燃油的喷雾问题, 相间耦合计算中, 连续相和离散项之间相互影响, 交替计算两相耦合至收敛可以预测喷雾的各种特性, 如贯穿距离、喷雾锥角、喷雾速度场以及粒径分布等。

我们选用耦合求解器及标准κ-ε湍流模型, 利用DPM中平口雾化模型进行喷雾模拟计算。其中, 颗粒尺寸分布采用liner, 破碎模型采用WAVE模型[8]。

当两个液滴发生碰撞时, 将会出现反弹或合并两种结果。如果是正碰则液滴会合并, 侧碰则会导致反弹。碰撞发生将导致出现哪种结果, 则需要比较碰撞参数b和临界值bcrit的大小:

式 (2) 中f为r1/r 2的函数, 定义为:

式中, r 1, r 2分别为碰撞体积内大液滴和小液滴的直径, Y为碰撞的平均偏差。

若b>bcrit, 碰撞的结果倾向于反弹;若b

式中, m1, m 2分别为大液滴和小液滴的质量, v1, v 2分别为大液滴和小液滴碰撞前的速度, b为碰撞系数。

We>100时, WAVE破碎模型的适应性更好, 因而在高速燃油射流雾化中得到了广泛的应用。对于高速射流, 通过数值方法的拟合, Reitz计算出了最不稳定波最大增长率Ω和相应的波长λ:

式中, Oh为昂赛格数, Ta为泰勒数, 表达式如下:

上述各式中, a为射流油束中大液滴的半径, We1, We 2分别为液体与气体的韦伯数, Re 1为燃料液体的雷诺数。

破碎后小液滴的半径r可通过式 (9) 计算:

式中, 模型常数B 0=0.61。

而大液滴在破碎后的半径变化率表示为:

式中, τ为破碎时间, 由式 (11) 计算:

式中, B 1为破碎时间常数, 取1.73。

1.3 计算结果

通过设置DPM相关参数, 得到了燃油喷雾场, 见图1。

1.4 模型验证

为验证计算模型的准确性, 通过试验获得了喷射压力为100 MPa, 背压2 MPa条件下的喷雾场, 图2所示为该条件下喷射0.9 ms时的喷雾场。

该条件下计算结果和试验结果的喷雾贯穿距对比见图3。

从结果来看, 计算结果比试验结果略大, 最大误差为10.6%, 最小误差为2.94%, 平均误差为6.79%。因而所建立的计算模型是准确的。

2 喷雾微观特性模拟结果

喷雾场中液滴粒径的大小与分布状态与发动机缸内燃烧效率密切相关, 对于发动机的经济性和排放具有重要意义。在不考虑温度影响的前提下, 我们在所建模型基础上, 分别研究了不同喷射压力、喷射背压对喷雾场微观特性的影响。

2.1 不同喷射压力下的喷雾场微观特性

喷射背压2 MPa, 喷射压力分别为100 MPa及180 MPa时的喷雾场空间粒径分布见图4。

通过对不同喷射压力条件下相同喷雾时刻的喷雾场数据分析比较可知:0.3 ms时, 100 MPa和180 MPa条件下喷雾场中粒子粒径在0~5µm范围内占总粒子数的比例分别为46.11%和61.94%, 5~10µm范围内的比例分别为24.74%和22.37%, 10~20µm范围内的比例分别为20.08%和9.72%。1.5 ms时, 100 MPa和180 MPa条件下喷雾场中粒子粒径在0~5µm范围内占总粒子数的比例分别为21.05%和25.58%, 5~10µm范围内的比例分别为24.26%和23.11%, 10~20µm范围内的比例分别为24.66%和23.52%。

因此, 对固定的喷射压力而言, 随着喷射时间的增加, 喷雾场中粒径较大的粒子数占总粒子数的比例逐渐增大。此外, 对相同的喷雾时刻, 喷射压力越大, 喷雾场中的粒径较小的粒子数占总粒子数的比例越大, 因而喷雾场的总体平均粒径越小。所以, 随着喷射压力的提高, 喷雾场粒径会减小。

2.2 不同背压下喷雾场微观特性

喷射压力100 MPa, 喷射背压分别为1 MPa及8 MPa时的喷雾场空间粒径分布见图5。

通过对气体背压条件下相同喷雾时刻的比较可知:0.3 ms时, 1 MPa和8 MPa背压条件下喷雾场中粒子粒径在0~5µm范围内占总粒子数的比例分别为46.60%和46.11%, 5~10µm范围内的比例分别为31.2%和24.74%, 10~20µm范围内的比例分别为15.11%和20.08%。1.5 ms时, 1 MPa和8 MPa条件下喷雾场中粒子粒径在0~5µm范围内占总粒子数的比例分别为23.98%和21.05%, 5~10µm范围内的比例分别为24.31%和24.26%, 10~20µm范围内的比例分别为27.70%和24.66%。因此, 对固定的气体背压而言, 随着喷射时间的增加, 喷雾场中粒径较大的粒子数占总粒子数的比例逐渐增大。因而, 随喷射时间的增加粒径变大。此外, 对相同的喷雾时刻, 气体背压越大, 喷雾场中的粒径较小的粒子数占总粒子数的比例越小, 通过比较分析可以得到随着气体背压的提高燃油粒径增大这一结论。文献[9]通过试验研究也得出了同样的结论, 认为环境密度对喷雾初期破碎有利, 而对喷雾后期粒子的破碎不利, 并会导致液滴之间的聚合作用。

3 结论

a.通过与试验结果的对比表明, 利用DPM模型, 通过合理准确的参数设置, 可以满足喷雾场数值模拟的精度要求。

b.喷射背压一定时, 喷射压力越大喷雾场平均粒径越小。

c.喷射压力一定时, 背压越大喷雾场平均粒径越大。

参考文献

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