对柴油机电控单体泵燃油系统的液力特性、动态响应特性及燃油流动特性展开研究

 

     对柴油机电控单体泵燃油系统的液力特性、动态响应特性及燃油流动特性展开研究   顺德租赁路灯车, 顺德出租路灯车, 路灯车出租   建立单体系燃油系统一维仿真模型并进行模型校准，通过改变单体泵特征参数研究柱塞腔压力、泵端压力及循环喷油量等的变化规律，进而分析单体索各部件特征参数对喷油特性的影响；在ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃ三联合仿真平台上建立单体泵燃油系统电磁机液仿真模型，研究单体泵压缩供油过程动态响应特性及流动特性，并分析电磁阀结构参数对供油过程三维流场的影响规律；建立单体泵燃油系统泄压过程的三维流场模型，研究控制阀的过流面积特性，分析控制阀阀口开度对流场分布的影响レッ及流场分布对控制阀阀液压力的影响。最后研究控制阀腔结构对泄压过程燃油流动特性的影响，对提高泄压过程流动特性的腔体结构设计提供参考依据。总结全文得到的主要研究成果如下：

     １．对电控单体栗燃油系统进行合理性简三，对单体泵燃油系统的关键部件数学模型进行了简要说明，并根据单体泵燃油系统结构与工作原理，利用ＡＭＥＳｉｍ软件建立了单体泵燃油系统一维液力仿真模型。将四个工况下的仿真结果与实验结果进行对比分析，结果表明仿真误差在１０％レッ内，在工程允许范围之内，模型可以用于单体泉燃油系统仿真研充。

     ２．选取柱塞腔压力、泵端压力、循环喷油量、控制阀升程、针阀升程作为单体泵燃油系统供油特性的衡量参数，研究泉体高压油道直径、控制阀弹黃预紧力、高压油管长度、高压油管直径和喷孔截面积五个参数对申体泵系统供油特性的影响规律。研究结论如下：（１）泵体中高压油道内径增加，柱塞腔压力遂渐降低，泵端压力降低，喷油压力也越低，喷油量越少。（２）控制阀弹黃预紧力增大，关闭延迟时间越长，泉端压力的峰值逐渐降低；另外预紧力越大，开后速度越快。控制阀早开晚关，最终使得喷油量增加。（３）高压油管长度增加，供油压力峰值逐渐减小，阀芯复位运动中所受阻力越小，控制阀关闭时间越短；针阀的开启时间越滞后；喷油持续期越短，则喷油量越少。（４）当油管内径越小时，供油压力就越大。当管内径在２ｍｍ到４ｍｍ之间时，管径越小，油管出口压力越高；但管径为１ｍｍ时，出现相反趋势。管内径越小，控制阀闭合延迟时间越长，喷油持续期长。油管内径为２．０ｍｍ时，喷油压力高，喷油持续期较长，喷油量最大。（５）油管压力和喷油压力随着喷孔截面积的增大而减小。喷孔截面积的增大，导致流量系数增加较大，因此喷油量增大。

     ３．建立了各子系统的数学模型，在ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃ三平台中建立了单体巧燃油系统电磁机液联合仿真模型。通过Ｍａｘｗｅｌｌ软件建立电磁控制阀仿真模型，用Ｆ山ｅｎｔ软件建立单体泵部分流场模型，用ＵＤＦ程序将电磁阀仿真模型与流场仿真模型进行数据传递，开展单体泵燃油系统压缩供油过程的电磁机液三维联合仿真计算。具体结论如下：（１）在电磁阀的吸合触动时间，阀芯维持原来位置，但电磁力逐渐増加。柱塞向上运动压缩燃油，流场中燃油压力和密度呈上升趋势，此阶段阀口开度最大，低压油道处流出的燃油质量迅速上升；（２）在电磁阀的吸合运动时间，阀芯在弹黃力、电磁力、液压力＾＾及摩擦力的作用下开始运动，此阶段由于阀口开度越来越小，故质量流率的总体趋势逐渐减小。高压油道压力值和流场的密度两者先逐渐减小后持续升高。（３）在电磁阀的闭合状态时间，阀芯停止运动，此时阀总达到最大位移约为三１６ｍｍ。此阶段高低压油路被阻断，高压油路中燃油在柱塞的作用下压力和密度均急剧上升。发生压力突变的区域为与柱塞腔相连的的高压油道与控制阀阀口处。

      ４．电磁控制阀是单体泉燃油系统的核必部件，阀芯的来回运动实现了高压燃油的建立与泄压过程，影响了系统的供油特性。研充了电磁阀模块对单体泵燃油系统供油特性的影响，利用电磁机液三维联合仿真模型分析了电磁模块参数（线圈匯数、弹黃预紧力和运动件质量）在压缩供油过程对三维流场的影响，研究不同参数对动态响应特性、压力分布、质量流率及端流强度的影响。具体结论如下：（１）线圈应数越大，电磁力的增长率和峰值均有所提升。控制阀的吸合运动时间减小，单体系燃油系统供油过程的动态响应特性得到提升。西数越大的单体泵流场截面平均压力曲线也越大。高面数的电磁阀阀口运动过程最迅速，阀口减小最快，质量流率峰值最小，瑞流强度最大。（２）弹黃预紧力在单体泉的压缩供油过程中主要影响电磁阀的闭合延迟时间。弹黃预紧力越大，电磁力越小，动态响应特性越低。相同时刻弹篱预紧力大的流场质量流率较大。预紧力为９０Ｎ的流场中压力分布最低，随着阀口开度的增加压力差别越来越明显，流场瑞流强度最低。（３）控制阀杆质量大小影响控制阀杆运动的惯性，运动件质量增大，电磁力峰值减小，电磁阀关闭过程动态响应变差。运动件质量越小的单体索流场中高压油道中压力越高，蓄压更迅速，运动件质量为１７ｇ的出口压力増加迅速，低压油路质量流率小，阀芯表面的端流强度最大。

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       ５．采用一维软件ＡＭＥＳｉｍ和三维软件Ｆｌｕｅｎｔ结合的方法实现泄压过程的仿真分析，建立了单体泉燃油系统泄压过程的三维流场模型，包括控制阀腔模型、高压油道以及柱塞腔模型。从一维模型提取柱塞速度曲线和高压管道压力曲线，用ＵＤＦ将两组曲线动态链接至流场计算，计算得到单体泵燃油系统控制阀开启过程中流场变化。具体结论如下：（１）由于节流作用，阀口处压降最明显。压力值从阀口处到远离阀口的位置逐渐増加，阀腔内压力分布不均衡，将对控制阀液动为产生影响。阀口处存在明显的负压区，在０．２ｍｓ以前高压油道以及柱塞腔的压力值一直处于島压状态。０．４ｍｓ之前随着阀口开度的增加，从高压油腔流入低压油腔的燃油质量流率随之増加。０．８ｍｓ时阀口完全打开，高低压油腔的压力己经基本达到一致。（２）流速梯度较大的区域为阀口附近、低压泄油管道以及柱塞腔与高压管道的连接处。在阀口较小的时候有严重的射流现象。随着阀日开度増加，流动变化趋于平稳，阀口流速减小。紧贴壁面形成了一层比较薄的环状低流速区域。（３）燃油密度是出口流率的重要影响因素之一。燃油的质量流率和燃油流速在阀口打开的过程中出现较明显波动。随着阀芯的继续运动，密度大幅度降低。０．４ｍｓ之前流量系数有轻微波动，０．４ｍｓ以后流量系数随阀口开度的增加基本呈线性增加超势。瞬态液压力的大小随着阀口开度的增加先快速増加后逐渐减小。（４）０．４ｍｓ之前阀芯表面的瑞流强度随着阀口开度的增加而逐渐増加。祸流的存在，会大量消耗油液动量。０．４ｍｓ以后阀口开度继续增加，燃油端流强度随之减小。阀口开度较小的时候，阀芯头部为过流断面面积突变处，出现较强的滿动自层，阀芯表面端动能分布不均匀，端流过程中形成的滿锅可能对阀芯产生各种不确定的激励。

      ６．利用建立的泄压过程三维流场仿真模型，用流场仿真软件巧ｕｅｎｔ对控制阀的流场特性如压力场、速度场、瑞动能分布等进行分析，分析边界条件、控制阀密封直径以及密封锥角对单体系泄压过程流动特性的影响，并得出有利于泄压过程的最优结构参数。具体结论如下：（１）压力边界条件的不同给流场压力分布带来显著变化。同一时刻边界压力较高的流域中压力整体较高，低压油腔的压力值几乎一致。０．２ｍｓ以后，阀口同一开度下高压差流场（初始压力为１８０MPA的流场）的燃油速度普遍较高。流域内压力越大，高压燃油的密度梯度和速度梯度越大，流通性能越好。（２）密封直径越大的阀芯所受的动压积分越大。密封直径越大，锥形的空腔结构越大，其对流经此狭缝燃油的挤压作用愈加明虽，对阀苍头部造成了较大的扰动，即密封直径越大的流场阀苍头部的縮流强度越大。密封直径为１１．０ｍｍ的流场泄油量最大。（３）密封锥角的改变影响阀总开启过程中狭缝缝隙的宽窄程度，进而影响到流通性能的好坏。锥角为１４５°的流场平均流速越大，锥角为１３７°的流场压力最高，端流强度越大。增大密封锥角有利于泄压过程燃油的流动特性。

      对单体泵燃油系统的工作过程仿真和三维联合仿真方面做了大量的工作，但现阶段由于时间有限，自己认识水平短浅、试验设备等各方面的限制因素，未能更深入透彻地对本课题开展研究，课题仍存在更深入的研究价值，展望未来，本论文在以下几方面可以进行进一步的研究：（１）本文建立的单体泵燃油系统一维液力仿真模型对系统工作过程影响效果较小的因素进行了忽略与简三，因此模型的分析结论只能为单体泵燃油系统的优三提供参考依据。优三后的结构并没有加工实际样件开展台架试验进行验证。（２）本文使用三维联合仿真的方法研究单体泵工作性能，把单体泵的完整工作过程分为了供油压缩过程和泄压过程两个齡段分别进行研究，难真实反映整个工作过程电磁机液各项因素的相互稱合相互影响的作用，需要进一步提高技术手段，研究单体泵完整的工作循环中各项参数的变化。（３）不同软件之间的锅合是通过编写程序实现不同模块间数据的传递与共享，稱合强度不大，仿真过程中忽略了温度对燃油系统工作过程的影响。需要进一步开发新的研究手段实现真正的联合仿真。

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