高压共轨喷油器柱塞偶件泄漏分析及参数优化研究

发布时间：2020-11-11 23:59

　　 喷油器是高压共轨系统最核心的部件,能够根据发动机各缸工况准确的控制喷油时间及喷油量。要实现喷油器定时、定量、定压的喷射,偶件之间的密封极为重要,控制柱塞偶件作为电磁阀与针阀之间的动力传递桥梁,其间隙直接影响了柱塞的密封性。控制柱塞与柱塞套之间的间隙设计,既要保证柱塞运动的灵活性,又要尽可能地减小泄漏量,以实现高压喷射。因此,分析喷油器柱塞偶件间隙流场情况十分必要。本文针对高压共轨喷油器,简要介绍了该型号喷油器的工作原理,对偶件间隙燃油泄漏机理进行理论分析。考虑到控制腔内燃油对柱塞偶件间隙处燃油泄漏的影响,采用分段建立控制腔和偶件间隙数学模型的方案,大幅减少计算量和计算周期。利用有限元软件Ansys的结构和流体分析模块,分别对控制腔和间隙进行流场仿真分析,对间隙处部分的柱塞偶件进行流固耦合分析。计算得出柱塞静态及上升行程的间隙燃油泄漏情况,以及柱塞偶件因间隙处高压燃油作用产生的变形情况。并通过共轨喷油器试验台测量间隙静态泄漏量,验证了数值分析模型的准确性,为后续的优化方案提供基础。采用单因素优选法,在喷油器原始结构的基础上,改变柱塞偶件的四个关键结构参数:柱塞顶部距第一个泄压槽距离L_1、泄压槽形状Q、泄压槽数量X、泄压槽之间距离H。通过数值模拟得到使间隙泄漏量减少的较优单一参数值。采用正交试验设计法,选择直线圆弧形泄压槽,其余三个参数在较优参数范围内进行正交试验,得出各个影响因素的主次顺序和使间隙泄漏量最少的参数优化方案。结合实际情况,得到理想的最优化方案为:L_1=3.10mm、X=3、H=3.90mm。
【学位单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK403
【部分图文】：

增长 10.51%，汽车尾气排放已经成为许多大中城市的首要空气污源，占非供暖季空气污染的 50%以上。在当前推进绿色发展理念的形势下对机动车排放采取了严格监管，自 2001 年在全国范围内实施国 I 排放标准，排放法规不断升级，将于 2019 年 7 月 1 日实施国 VI 排放标准，国 VI 标国 V 标准的基础上对污染物的排放限制更加严苛，可以说是目前世界范围严格的排放标准之一。此外，我国能源消耗量巨大，其中内燃机的能源消耗很大比重，由于生产制造水平和技术等原因，我国的内燃机能源消耗比国外产品高 10%~20%，仍有较大发展空间，因此降低内燃机的油耗具有十分重现实意义[1]。使用高压共轨系统这一新型供油方式（如图 1.1），来优化柴油机的燃油方式，将喷油压力蓄压过程与喷油器喷射过程分开，可将轨压提高0~300MPa，油耗降低 2.5%左右，不仅能够提高柴油机的热效率，而且降低油机的污染物排放[2]。

图 1.2 高压共轨喷油器结构图gure 1.2 Structure diagram of high pressure common rail fuel inje外研究现状共轨系统和电控喷油器研究现状外有许多大型公司从事高压共轨燃油喷射系统的研发日本电装公司的 ECD-U2 系统、德国博世公司的 CR 系DCR 系统以及西门子公司的威迪欧等[9,10]。日本电装公喷射的方式来降低缸内氮氧化物含量，后处理采用颗国博世公司采用超高压喷射方式和尿素催化还原的后一代喷油器的研究重点在于超高压喷射和高精度控制厂家和研究者的共识。enso 公司作为开启高压共轨系统时代的先驱者，最早于

图 1.3 Denso 低回油喷油器Figure 1.3 Denso low oil return fuel injectorosch 公司于 1997 年将高压共轨产品投入市场，适配 3-8使用全新降噪技术和油量可控的喷油泵，适配功率在 55Ksch 公司在后期针对提高喷油器精度得到了许多成果。如在喷油器体上增加可快速启动、关闭的压电执行机构，比少了 3/4 的运动部件和总质量，并极大提升了响应速度。加了平衡阀结构，并去除柱塞，预留空间给其他部件，将底部，大大减少了运动部件质量。
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本文编号：2879938