電控噴油器研究現(xiàn)狀分析

唐春鋒+孫躍東+郭輝

摘 要：文章對(duì)電控噴油器近幾年的研究情況作了回顧，分析了多種研究方向及現(xiàn)狀，為噴油器的開發(fā)提供了有益借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：噴油器；模型；分析

電控噴油器是電控燃油噴射系統(tǒng)的核心部件，用以精確地計(jì)量燃油并形成噴霧，其快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、寬廣的線性流量范圍、良好的霧化性能決定了燃油噴射系統(tǒng)的工作特性。目前，德國BOSCH、美國DELPHI、德國SIEMENS和日本DENSO等公司已有電控噴油器產(chǎn)品，且基本瓜分和壟斷了全球市場(chǎng)。

1 概述

電控噴油器本質(zhì)上是一電磁閥，圖1為一球閥式電控噴油器，主要包括：線圈、鐵芯、銜鐵、軛鐵、鋼球、閥座、噴孔板、噴管進(jìn)口、噴管主體等組成。

當(dāng)線圈不通電時(shí)，在彈簧預(yù)緊力及內(nèi)部燃油壓力的共同作用下，鋼球被壓緊在閥座上，處于關(guān)閉狀態(tài)，噴油器不噴油。線圈通電后，線圈內(nèi)的磁通量逐漸增大，銜鐵及鋼球組件受到的電磁力逐漸增加并克服彈簧力、燃油壓力及自身重力，銜鐵及鋼球組件開始升起，燃油從噴孔板上的噴孔噴出，直至線圈斷電后，在燃油壓力和彈簧預(yù)緊力的作用下銜鐵及鋼球組件回位，鋼球與閥座密切結(jié)合，起到密封阻斷燃油的作用。至此，完成一次燃油噴射過程。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、減少排放、改善汽油機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)特性，使用多孔汽油噴油器（包括缸內(nèi)直噴噴油器）已成為主流趨勢(shì)。這對(duì)電控噴油器開啟與關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間的要求更高，需具備更寬的線性流量范圍，且在微小流量時(shí)具有良好的線性度。因此，電控噴油器動(dòng)態(tài)性能的研究成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)。

近年來圍繞噴油器噴射過程及其動(dòng)態(tài)性能機(jī)理開展一些研究工作。主要在以下幾個(gè)方面：

2.1 建立噴射過程模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與分析

建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是深入研究電控噴油器工作過程及動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)。David H. Smith等人以單點(diǎn)噴射系統(tǒng)的軸針式噴油器為研究對(duì)象，將噴油器分為電磁模型、機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型和流動(dòng)模型三部分，建立了一種通用的電控噴油器動(dòng)態(tài)過程模型，提出增加與銜鐵在最大行程時(shí)接觸處的層流衰減區(qū)、提高閥的動(dòng)力學(xué)阻尼、改變驅(qū)動(dòng)電路類型以及減少針閥銜鐵運(yùn)動(dòng)組件的質(zhì)量及行程，以達(dá)到改善噴油器的動(dòng)態(tài)特性的目的。Kuan-Ya Yuan等人同樣針對(duì)單點(diǎn)噴射系統(tǒng)的軸針式噴油器，提出一種新型有限元算法進(jìn)行仿真分析，并對(duì)電控噴油器動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果基本與試驗(yàn)相吻合。Q. Hu 等人將電控噴油器簡化為上部的濾清器、中間的線圈彈簧與針閥組件、下部的噴孔三個(gè)部分，通過計(jì)算表明液體流經(jīng)濾清器時(shí)的動(dòng)能損失系數(shù)基本為一常數(shù)，而經(jīng)噴孔噴出時(shí)的液體動(dòng)能損失系數(shù)卻和針閥與閥座之間的截面積有關(guān)。試驗(yàn)表明，該模型可比較準(zhǔn)確地對(duì)噴油器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

我國對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油器的相關(guān)研究起步較晚，且多集中在仿真計(jì)算方面。馬忠杰、顏伏武等人通過理論分析建立了電控噴油器噴射過程的非線性計(jì)算模型。張振東等人建立了噴油器開啟動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型，分析了電磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴油器動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。這些研究結(jié)果為揭示電控噴油器動(dòng)態(tài)性能機(jī)理、設(shè)計(jì)和優(yōu)化電控噴油器奠定了一定的基礎(chǔ)。

2.2 優(yōu)化電磁場(chǎng)、提升電磁力

優(yōu)化電控噴油器的電磁特性是縮短動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的有效途徑，眾多研究者進(jìn)行了有益的探索。Greiner， M.等人通過理論分析，指出了提高電控噴油器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的途徑，并從電磁線圈、銜鐵及鐵芯設(shè)計(jì)、制造、加工、測(cè)試等方面來保證電控噴油器微小流量時(shí)的線性度。R. Ando等人對(duì)電控噴油器動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了一維模擬，研究結(jié)果表明電磁后效（aftereffect）對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響隨著開啟時(shí)間的減少而增加。Dean Cvetkovic等人分析了電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料特性、銜鐵質(zhì)量等參數(shù)對(duì)響應(yīng)時(shí)間、電磁力的影響規(guī)律，通過多個(gè)方案的計(jì)算對(duì)比，優(yōu)化了電磁部件的幾何參數(shù)，電控噴油器的整體結(jié)構(gòu)尺寸減小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能得以提高。

上述研究多是通過增加電磁力的方法，以提高電控噴油器開啟過程的響應(yīng)性能。但是，電磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電磁力與閥芯的機(jī)械運(yùn)動(dòng)具有耦合關(guān)系，同時(shí)還受到電磁場(chǎng)零部件的幾何結(jié)構(gòu)、磁性材料特性等參數(shù)影響。

2.3 對(duì)內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行分析、減小流動(dòng)阻力

電控噴油器的流量特性和噴霧特性受到燃油在其內(nèi)部的流動(dòng)特性的影響，該方面的研究是進(jìn)一步探明電控噴油器動(dòng)態(tài)機(jī)理的重要環(huán)節(jié)。J. H. Spurk等人建立了電控噴油器內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模型。計(jì)算分析了針閥體的運(yùn)動(dòng)過程、速度和內(nèi)部流體壓力的變化趨勢(shì)，提出了針閥體機(jī)械運(yùn)動(dòng)和內(nèi)部液體流動(dòng)之間的耦合關(guān)系，指出噴油器的內(nèi)部流體流動(dòng)也是影響其動(dòng)態(tài)開啟與關(guān)閉時(shí)間的重要因素。M. H. Shojaeefard等人將內(nèi)部燃油流動(dòng)視為絕熱不可壓的定常流和準(zhǔn)定常流過程，計(jì)算分析了各針閥升程下噴油器內(nèi)部和噴孔處的壓力及速度分布，得出了噴孔流量系數(shù)與針閥升程的關(guān)系曲線。D. Kolokotronis等人通過CFD仿真計(jì)算及可視化試驗(yàn)，研究了兩種類型的電控噴油器噴孔內(nèi)部氣穴產(chǎn)生與分布現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油器噴孔內(nèi)部氣穴的預(yù)測(cè)。這些研究利用不同方法揭示了電控噴油器內(nèi)部流動(dòng)的特征，為優(yōu)化燃油流動(dòng)路徑優(yōu)化和提高噴射霧化性能做好了充分的準(zhǔn)備。

2.4 噴霧霧化過程及分布研究

電控噴油器的最終目的是噴射出適量燃油并形成噴霧，因此，研究噴霧霧化特征是提高電控噴油器性能的一個(gè)重要方面。Matsuo Tetsuharu等人分析了上游來流及噴孔內(nèi)部的燃油流動(dòng)規(guī)律，為提高霧化性能對(duì)多孔噴油器的噴孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。Nouri 等人采用可視化方法研究了汽油機(jī)直噴多孔電控噴油器的內(nèi)部流動(dòng)、氣穴特征及噴霧分布。其他學(xué)者則采用仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了電控噴油器噴霧在時(shí)間和空間上的分布情況。

3 結(jié)束語

上述研究從不同側(cè)面深入分析了電控噴油器工作過程建模、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性預(yù)測(cè)、內(nèi)部流動(dòng)特征和噴射霧化效果等問題。由于電控噴油器的工作過程涉及到電磁學(xué)、流體力學(xué)及摩擦等多學(xué)科知識(shí)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)非線性過程，如何從整體上全面研究電控噴油器的動(dòng)態(tài)機(jī)理，探明磁路參數(shù)、流動(dòng)路徑、噴孔幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)律，設(shè)計(jì)一種精度高、簡單有效的電控噴油器綜合性能參數(shù)測(cè)試與評(píng)價(jià)方法，成為當(dāng)前亟待解決的一個(gè)重要問題。

參考文獻(xiàn)

[1]李瑞忠，郗鳳云，楊寧.2010年世界能源供需分析[J].當(dāng)代石油石化，2011.

[2]張振東，劉堅(jiān)，周萍.電控噴射閥開啟過程影響因素分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2003.

摘 要：文章對(duì)電控噴油器近幾年的研究情況作了回顧，分析了多種研究方向及現(xiàn)狀，為噴油器的開發(fā)提供了有益借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：噴油器；模型；分析

電控噴油器是電控燃油噴射系統(tǒng)的核心部件，用以精確地計(jì)量燃油并形成噴霧，其快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、寬廣的線性流量范圍、良好的霧化性能決定了燃油噴射系統(tǒng)的工作特性。目前，德國BOSCH、美國DELPHI、德國SIEMENS和日本DENSO等公司已有電控噴油器產(chǎn)品，且基本瓜分和壟斷了全球市場(chǎng)。

1 概述

電控噴油器本質(zhì)上是一電磁閥，圖1為一球閥式電控噴油器，主要包括：線圈、鐵芯、銜鐵、軛鐵、鋼球、閥座、噴孔板、噴管進(jìn)口、噴管主體等組成。

當(dāng)線圈不通電時(shí)，在彈簧預(yù)緊力及內(nèi)部燃油壓力的共同作用下，鋼球被壓緊在閥座上，處于關(guān)閉狀態(tài)，噴油器不噴油。線圈通電后，線圈內(nèi)的磁通量逐漸增大，銜鐵及鋼球組件受到的電磁力逐漸增加并克服彈簧力、燃油壓力及自身重力，銜鐵及鋼球組件開始升起，燃油從噴孔板上的噴孔噴出，直至線圈斷電后，在燃油壓力和彈簧預(yù)緊力的作用下銜鐵及鋼球組件回位，鋼球與閥座密切結(jié)合，起到密封阻斷燃油的作用。至此，完成一次燃油噴射過程。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、減少排放、改善汽油機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)特性，使用多孔汽油噴油器（包括缸內(nèi)直噴噴油器）已成為主流趨勢(shì)。這對(duì)電控噴油器開啟與關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間的要求更高，需具備更寬的線性流量范圍，且在微小流量時(shí)具有良好的線性度。因此，電控噴油器動(dòng)態(tài)性能的研究成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)。

近年來圍繞噴油器噴射過程及其動(dòng)態(tài)性能機(jī)理開展一些研究工作。主要在以下幾個(gè)方面：

2.1 建立噴射過程模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與分析

建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是深入研究電控噴油器工作過程及動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)。David H. Smith等人以單點(diǎn)噴射系統(tǒng)的軸針式噴油器為研究對(duì)象，將噴油器分為電磁模型、機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型和流動(dòng)模型三部分，建立了一種通用的電控噴油器動(dòng)態(tài)過程模型，提出增加與銜鐵在最大行程時(shí)接觸處的層流衰減區(qū)、提高閥的動(dòng)力學(xué)阻尼、改變驅(qū)動(dòng)電路類型以及減少針閥銜鐵運(yùn)動(dòng)組件的質(zhì)量及行程，以達(dá)到改善噴油器的動(dòng)態(tài)特性的目的。Kuan-Ya Yuan等人同樣針對(duì)單點(diǎn)噴射系統(tǒng)的軸針式噴油器，提出一種新型有限元算法進(jìn)行仿真分析，并對(duì)電控噴油器動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果基本與試驗(yàn)相吻合。Q. Hu 等人將電控噴油器簡化為上部的濾清器、中間的線圈彈簧與針閥組件、下部的噴孔三個(gè)部分，通過計(jì)算表明液體流經(jīng)濾清器時(shí)的動(dòng)能損失系數(shù)基本為一常數(shù)，而經(jīng)噴孔噴出時(shí)的液體動(dòng)能損失系數(shù)卻和針閥與閥座之間的截面積有關(guān)。試驗(yàn)表明，該模型可比較準(zhǔn)確地對(duì)噴油器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

我國對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油器的相關(guān)研究起步較晚，且多集中在仿真計(jì)算方面。馬忠杰、顏伏武等人通過理論分析建立了電控噴油器噴射過程的非線性計(jì)算模型。張振東等人建立了噴油器開啟動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型，分析了電磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴油器動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。這些研究結(jié)果為揭示電控噴油器動(dòng)態(tài)性能機(jī)理、設(shè)計(jì)和優(yōu)化電控噴油器奠定了一定的基礎(chǔ)。

2.2 優(yōu)化電磁場(chǎng)、提升電磁力

優(yōu)化電控噴油器的電磁特性是縮短動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的有效途徑，眾多研究者進(jìn)行了有益的探索。Greiner， M.等人通過理論分析，指出了提高電控噴油器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的途徑，并從電磁線圈、銜鐵及鐵芯設(shè)計(jì)、制造、加工、測(cè)試等方面來保證電控噴油器微小流量時(shí)的線性度。R. Ando等人對(duì)電控噴油器動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了一維模擬，研究結(jié)果表明電磁后效（aftereffect）對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響隨著開啟時(shí)間的減少而增加。Dean Cvetkovic等人分析了電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料特性、銜鐵質(zhì)量等參數(shù)對(duì)響應(yīng)時(shí)間、電磁力的影響規(guī)律，通過多個(gè)方案的計(jì)算對(duì)比，優(yōu)化了電磁部件的幾何參數(shù)，電控噴油器的整體結(jié)構(gòu)尺寸減小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能得以提高。

上述研究多是通過增加電磁力的方法，以提高電控噴油器開啟過程的響應(yīng)性能。但是，電磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電磁力與閥芯的機(jī)械運(yùn)動(dòng)具有耦合關(guān)系，同時(shí)還受到電磁場(chǎng)零部件的幾何結(jié)構(gòu)、磁性材料特性等參數(shù)影響。

2.3 對(duì)內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行分析、減小流動(dòng)阻力

電控噴油器的流量特性和噴霧特性受到燃油在其內(nèi)部的流動(dòng)特性的影響，該方面的研究是進(jìn)一步探明電控噴油器動(dòng)態(tài)機(jī)理的重要環(huán)節(jié)。J. H. Spurk等人建立了電控噴油器內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模型。計(jì)算分析了針閥體的運(yùn)動(dòng)過程、速度和內(nèi)部流體壓力的變化趨勢(shì)，提出了針閥體機(jī)械運(yùn)動(dòng)和內(nèi)部液體流動(dòng)之間的耦合關(guān)系，指出噴油器的內(nèi)部流體流動(dòng)也是影響其動(dòng)態(tài)開啟與關(guān)閉時(shí)間的重要因素。M. H. Shojaeefard等人將內(nèi)部燃油流動(dòng)視為絕熱不可壓的定常流和準(zhǔn)定常流過程，計(jì)算分析了各針閥升程下噴油器內(nèi)部和噴孔處的壓力及速度分布，得出了噴孔流量系數(shù)與針閥升程的關(guān)系曲線。D. Kolokotronis等人通過CFD仿真計(jì)算及可視化試驗(yàn)，研究了兩種類型的電控噴油器噴孔內(nèi)部氣穴產(chǎn)生與分布現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油器噴孔內(nèi)部氣穴的預(yù)測(cè)。這些研究利用不同方法揭示了電控噴油器內(nèi)部流動(dòng)的特征，為優(yōu)化燃油流動(dòng)路徑優(yōu)化和提高噴射霧化性能做好了充分的準(zhǔn)備。

2.4 噴霧霧化過程及分布研究

電控噴油器的最終目的是噴射出適量燃油并形成噴霧，因此，研究噴霧霧化特征是提高電控噴油器性能的一個(gè)重要方面。Matsuo Tetsuharu等人分析了上游來流及噴孔內(nèi)部的燃油流動(dòng)規(guī)律，為提高霧化性能對(duì)多孔噴油器的噴孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。Nouri 等人采用可視化方法研究了汽油機(jī)直噴多孔電控噴油器的內(nèi)部流動(dòng)、氣穴特征及噴霧分布。其他學(xué)者則采用仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了電控噴油器噴霧在時(shí)間和空間上的分布情況。

3 結(jié)束語

上述研究從不同側(cè)面深入分析了電控噴油器工作過程建模、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性預(yù)測(cè)、內(nèi)部流動(dòng)特征和噴射霧化效果等問題。由于電控噴油器的工作過程涉及到電磁學(xué)、流體力學(xué)及摩擦等多學(xué)科知識(shí)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)非線性過程，如何從整體上全面研究電控噴油器的動(dòng)態(tài)機(jī)理，探明磁路參數(shù)、流動(dòng)路徑、噴孔幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)律，設(shè)計(jì)一種精度高、簡單有效的電控噴油器綜合性能參數(shù)測(cè)試與評(píng)價(jià)方法，成為當(dāng)前亟待解決的一個(gè)重要問題。

參考文獻(xiàn)

[1]李瑞忠，郗鳳云，楊寧.2010年世界能源供需分析[J].當(dāng)代石油石化，2011.

[2]張振東，劉堅(jiān)，周萍.電控噴射閥開啟過程影響因素分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2003.

摘 要：文章對(duì)電控噴油器近幾年的研究情況作了回顧，分析了多種研究方向及現(xiàn)狀，為噴油器的開發(fā)提供了有益借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：噴油器；模型；分析

電控噴油器是電控燃油噴射系統(tǒng)的核心部件，用以精確地計(jì)量燃油并形成噴霧，其快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、寬廣的線性流量范圍、良好的霧化性能決定了燃油噴射系統(tǒng)的工作特性。目前，德國BOSCH、美國DELPHI、德國SIEMENS和日本DENSO等公司已有電控噴油器產(chǎn)品，且基本瓜分和壟斷了全球市場(chǎng)。

1 概述

電控噴油器本質(zhì)上是一電磁閥，圖1為一球閥式電控噴油器，主要包括：線圈、鐵芯、銜鐵、軛鐵、鋼球、閥座、噴孔板、噴管進(jìn)口、噴管主體等組成。

當(dāng)線圈不通電時(shí)，在彈簧預(yù)緊力及內(nèi)部燃油壓力的共同作用下，鋼球被壓緊在閥座上，處于關(guān)閉狀態(tài)，噴油器不噴油。線圈通電后，線圈內(nèi)的磁通量逐漸增大，銜鐵及鋼球組件受到的電磁力逐漸增加并克服彈簧力、燃油壓力及自身重力，銜鐵及鋼球組件開始升起，燃油從噴孔板上的噴孔噴出，直至線圈斷電后，在燃油壓力和彈簧預(yù)緊力的作用下銜鐵及鋼球組件回位，鋼球與閥座密切結(jié)合，起到密封阻斷燃油的作用。至此，完成一次燃油噴射過程。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、減少排放、改善汽油機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)特性，使用多孔汽油噴油器（包括缸內(nèi)直噴噴油器）已成為主流趨勢(shì)。這對(duì)電控噴油器開啟與關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間的要求更高，需具備更寬的線性流量范圍，且在微小流量時(shí)具有良好的線性度。因此，電控噴油器動(dòng)態(tài)性能的研究成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)。

近年來圍繞噴油器噴射過程及其動(dòng)態(tài)性能機(jī)理開展一些研究工作。主要在以下幾個(gè)方面：

2.1 建立噴射過程模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與分析

建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是深入研究電控噴油器工作過程及動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)。David H. Smith等人以單點(diǎn)噴射系統(tǒng)的軸針式噴油器為研究對(duì)象，將噴油器分為電磁模型、機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型和流動(dòng)模型三部分，建立了一種通用的電控噴油器動(dòng)態(tài)過程模型，提出增加與銜鐵在最大行程時(shí)接觸處的層流衰減區(qū)、提高閥的動(dòng)力學(xué)阻尼、改變驅(qū)動(dòng)電路類型以及減少針閥銜鐵運(yùn)動(dòng)組件的質(zhì)量及行程，以達(dá)到改善噴油器的動(dòng)態(tài)特性的目的。Kuan-Ya Yuan等人同樣針對(duì)單點(diǎn)噴射系統(tǒng)的軸針式噴油器，提出一種新型有限元算法進(jìn)行仿真分析，并對(duì)電控噴油器動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果基本與試驗(yàn)相吻合。Q. Hu 等人將電控噴油器簡化為上部的濾清器、中間的線圈彈簧與針閥組件、下部的噴孔三個(gè)部分，通過計(jì)算表明液體流經(jīng)濾清器時(shí)的動(dòng)能損失系數(shù)基本為一常數(shù)，而經(jīng)噴孔噴出時(shí)的液體動(dòng)能損失系數(shù)卻和針閥與閥座之間的截面積有關(guān)。試驗(yàn)表明，該模型可比較準(zhǔn)確地對(duì)噴油器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

我國對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油器的相關(guān)研究起步較晚，且多集中在仿真計(jì)算方面。馬忠杰、顏伏武等人通過理論分析建立了電控噴油器噴射過程的非線性計(jì)算模型。張振東等人建立了噴油器開啟動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型，分析了電磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴油器動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。這些研究結(jié)果為揭示電控噴油器動(dòng)態(tài)性能機(jī)理、設(shè)計(jì)和優(yōu)化電控噴油器奠定了一定的基礎(chǔ)。

2.2 優(yōu)化電磁場(chǎng)、提升電磁力

優(yōu)化電控噴油器的電磁特性是縮短動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的有效途徑，眾多研究者進(jìn)行了有益的探索。Greiner， M.等人通過理論分析，指出了提高電控噴油器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的途徑，并從電磁線圈、銜鐵及鐵芯設(shè)計(jì)、制造、加工、測(cè)試等方面來保證電控噴油器微小流量時(shí)的線性度。R. Ando等人對(duì)電控噴油器動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了一維模擬，研究結(jié)果表明電磁后效（aftereffect）對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響隨著開啟時(shí)間的減少而增加。Dean Cvetkovic等人分析了電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料特性、銜鐵質(zhì)量等參數(shù)對(duì)響應(yīng)時(shí)間、電磁力的影響規(guī)律，通過多個(gè)方案的計(jì)算對(duì)比，優(yōu)化了電磁部件的幾何參數(shù)，電控噴油器的整體結(jié)構(gòu)尺寸減小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能得以提高。

上述研究多是通過增加電磁力的方法，以提高電控噴油器開啟過程的響應(yīng)性能。但是，電磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電磁力與閥芯的機(jī)械運(yùn)動(dòng)具有耦合關(guān)系，同時(shí)還受到電磁場(chǎng)零部件的幾何結(jié)構(gòu)、磁性材料特性等參數(shù)影響。

2.3 對(duì)內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行分析、減小流動(dòng)阻力

電控噴油器的流量特性和噴霧特性受到燃油在其內(nèi)部的流動(dòng)特性的影響，該方面的研究是進(jìn)一步探明電控噴油器動(dòng)態(tài)機(jī)理的重要環(huán)節(jié)。J. H. Spurk等人建立了電控噴油器內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模型。計(jì)算分析了針閥體的運(yùn)動(dòng)過程、速度和內(nèi)部流體壓力的變化趨勢(shì)，提出了針閥體機(jī)械運(yùn)動(dòng)和內(nèi)部液體流動(dòng)之間的耦合關(guān)系，指出噴油器的內(nèi)部流體流動(dòng)也是影響其動(dòng)態(tài)開啟與關(guān)閉時(shí)間的重要因素。M. H. Shojaeefard等人將內(nèi)部燃油流動(dòng)視為絕熱不可壓的定常流和準(zhǔn)定常流過程，計(jì)算分析了各針閥升程下噴油器內(nèi)部和噴孔處的壓力及速度分布，得出了噴孔流量系數(shù)與針閥升程的關(guān)系曲線。D. Kolokotronis等人通過CFD仿真計(jì)算及可視化試驗(yàn)，研究了兩種類型的電控噴油器噴孔內(nèi)部氣穴產(chǎn)生與分布現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油器噴孔內(nèi)部氣穴的預(yù)測(cè)。這些研究利用不同方法揭示了電控噴油器內(nèi)部流動(dòng)的特征，為優(yōu)化燃油流動(dòng)路徑優(yōu)化和提高噴射霧化性能做好了充分的準(zhǔn)備。

2.4 噴霧霧化過程及分布研究

電控噴油器的最終目的是噴射出適量燃油并形成噴霧，因此，研究噴霧霧化特征是提高電控噴油器性能的一個(gè)重要方面。Matsuo Tetsuharu等人分析了上游來流及噴孔內(nèi)部的燃油流動(dòng)規(guī)律，為提高霧化性能對(duì)多孔噴油器的噴孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。Nouri 等人采用可視化方法研究了汽油機(jī)直噴多孔電控噴油器的內(nèi)部流動(dòng)、氣穴特征及噴霧分布。其他學(xué)者則采用仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了電控噴油器噴霧在時(shí)間和空間上的分布情況。

3 結(jié)束語

上述研究從不同側(cè)面深入分析了電控噴油器工作過程建模、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性預(yù)測(cè)、內(nèi)部流動(dòng)特征和噴射霧化效果等問題。由于電控噴油器的工作過程涉及到電磁學(xué)、流體力學(xué)及摩擦等多學(xué)科知識(shí)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)非線性過程，如何從整體上全面研究電控噴油器的動(dòng)態(tài)機(jī)理，探明磁路參數(shù)、流動(dòng)路徑、噴孔幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)律，設(shè)計(jì)一種精度高、簡單有效的電控噴油器綜合性能參數(shù)測(cè)試與評(píng)價(jià)方法，成為當(dāng)前亟待解決的一個(gè)重要問題。

參考文獻(xiàn)

[1]李瑞忠，郗鳳云，楊寧.2010年世界能源供需分析[J].當(dāng)代石油石化，2011.

[2]張振東，劉堅(jiān)，周萍.電控噴射閥開啟過程影響因素分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2003.