電控單體泵供油過(guò)程聯(lián)合仿真研究

趙萬(wàn)林，李國(guó)岫，王蘭，李治洪，王杰，何雙毅

(1.北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044；2.中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所(天津)，天津 300400)

日益激烈的發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)高壓供油系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì)都提出了非常高的要求，比如噴射壓力進(jìn)一步提高，噴油量進(jìn)一步增大。單體泵燃油噴射系統(tǒng)是能夠滿(mǎn)足高壓供油系統(tǒng)高要求的一種產(chǎn)品[1]，其不但具有噴油量和噴油正時(shí)靈活可控的工作特性，而且具有較高的噴射壓力和良好的工作可靠性，主要用于中大功率柴油機(jī)[2-3]。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)性能的持續(xù)提高，計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)得到迅速發(fā)展，對(duì)單體泵燃油系統(tǒng)的研究已經(jīng)從以前的面向單一部件、單一因素、單一過(guò)程的研究發(fā)展到目前面向燃油系統(tǒng)整體、多因素的全局仿真，即復(fù)雜系統(tǒng)的耦合仿真技術(shù)。

北京理工大學(xué)的仇濤等[4]建立了電控單體泵燃油系統(tǒng)數(shù)值模型，并用AMESim軟件進(jìn)行了仿真計(jì)算，優(yōu)化了凸輪型線(xiàn)，提高了單體泵燃油系統(tǒng)的供油性能。上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院的張廷羽、張國(guó)賢與上海交通大學(xué)張勝昌等[5-6]建立了高速電磁閥的電、磁、機(jī)、液數(shù)值模型，并利用Ansys/AMESim軟件將上述模型聯(lián)系起來(lái)求解，提出了高速開(kāi)關(guān)電磁閥的優(yōu)化方案與新算法。經(jīng)過(guò)該優(yōu)化方法，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有較好的一致性。伊朗的錫斯坦和Baluchestan大學(xué)的Behrouz Najjari[7]用數(shù)值模擬方法建立了基于PWM技術(shù)和FLC的電動(dòng)-氣動(dòng)位置控制閥模型,包含電子系統(tǒng)、磁系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)以及流體系統(tǒng)。

以上研究方法均是采用一維仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在實(shí)際問(wèn)題中，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的電磁控制閥，其控制閥腔形、結(jié)構(gòu)尺寸等均存在著較大差異，對(duì)單體泵燃油系統(tǒng)的流通特性、響應(yīng)特性等有著很大的影響，因此，一維仿真不能較好地反映出單體泵燃油噴射系統(tǒng)控制閥內(nèi)燃油的真實(shí)流通特性，更無(wú)法得知零部件局部結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)流通特性的影響。CFD三維仿真軟件能夠清晰地給出燃油在控制閥內(nèi)部的壓力、速度分布，對(duì)于控制閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有很重要的地位。在過(guò)去的15年中有人相繼提出了采用RANS[8]方法與DNS[9]方法來(lái)研究電磁閥內(nèi)部的流動(dòng)現(xiàn)象，但是兩者是基于流動(dòng)的理論方程建立的，這種方法不是很?chē)?yán)謹(jǐn)。浙江大學(xué)流體動(dòng)力傳遞和控制國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室的Bing Xu等[10]用數(shù)值方法建立了高響應(yīng)、大流量三級(jí)轉(zhuǎn)換閥的電磁機(jī)液模型，并分析了其動(dòng)態(tài)特性，仿真結(jié)果表明控制壓力是影響主閥響應(yīng)的主要參數(shù)。西安理工大學(xué)的馬玉山等[11-12]利用Ansys CFD軟件研究調(diào)節(jié)閥閥芯在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)不平衡力，通過(guò)建立閥體內(nèi)部流場(chǎng)模型，對(duì)可變壓差下自動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)內(nèi)部的流場(chǎng)進(jìn)行分析。土耳其Uludag大學(xué)建筑工學(xué)院機(jī)械工程系的Elif Erzan Topcu等[13]用Matlab/Simulink建立了電動(dòng)氣動(dòng)高速開(kāi)關(guān)閥的電磁-機(jī)-液模型并研究了相關(guān)特性，并通過(guò)試驗(yàn)證明了模型的可靠性。印度瓦薩維工程學(xué)院的C. Srikanth等[14]使用動(dòng)網(wǎng)格來(lái)研究典型閥門(mén)氣體的流體動(dòng)力學(xué)特性，通過(guò)CFD中的動(dòng)網(wǎng)格方法可以實(shí)時(shí)地觀察流體流動(dòng)行為，同時(shí)能幫助優(yōu)化閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。模擬結(jié)果表明，腔內(nèi)壓力變化受腔結(jié)構(gòu)的曲率變化影響很大。以上對(duì)電磁控制閥的聯(lián)合三維仿真大部分是使用CFD來(lái)計(jì)算控制閥的內(nèi)部流場(chǎng)分布情況，在以上研究中，模型壓力安全閥被大大簡(jiǎn)化了。隨著計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)的迅速發(fā)展和對(duì)產(chǎn)品要求越來(lái)越高，求解單一領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)需要。

綜上所述，單體泵燃油系統(tǒng)是一個(gè)涉及多領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)之間還存在相互聯(lián)系、相互作用、相互耦合的關(guān)系。電磁控制閥是燃油系統(tǒng)的核心部件，其對(duì)燃油系統(tǒng)的控制是通過(guò)電磁原件連接閥體在控制閥腔來(lái)回運(yùn)動(dòng)進(jìn)而控制閥腔內(nèi)部流體流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究控制閥腔內(nèi)燃油的流動(dòng)狀況以及燃油流動(dòng)與閥腔結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，建立燃油系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型，通過(guò)仿真分析，考慮多系統(tǒng)之間的作用關(guān)系。

本研究通過(guò)Ansys Maxwell軟件建立電磁控制閥仿真模型，用Fluent軟件建立單體泵部分流場(chǎng)模型，通過(guò)Workbench聯(lián)合仿真平臺(tái)和UDF程序?qū)㈦姶砰y仿真模型與流場(chǎng)仿真模型進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，并用UDF程序?qū)⒏邏哼吔鐗毫η€(xiàn)以及柱塞速度曲線(xiàn)動(dòng)態(tài)鏈接至瞬態(tài)三維流場(chǎng)，將動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)與運(yùn)動(dòng)部件的位移變化相結(jié)合，開(kāi)展電磁-機(jī)-液三維聯(lián)合仿真計(jì)算，研究壓縮供油過(guò)程單體泵流通特性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，綜合考慮復(fù)雜的電磁轉(zhuǎn)換與機(jī)械運(yùn)動(dòng)以及燃油流動(dòng)之間的作用關(guān)系。該研究可為單體泵燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及柴油機(jī)的動(dòng)力、排放性能的進(jìn)一步提高提供理論參考依據(jù)。

1 單體泵燃油系統(tǒng)供油過(guò)程的仿真方法

1.1 單體泵燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

電控單體泵供油系統(tǒng)主要由凸輪、供油泵、高響應(yīng)電磁控制閥、高壓油管和噴油器總成組成(見(jiàn)圖1)。供油過(guò)程工作原理：當(dāng)凸輪位于基圓位置時(shí)，柱塞位于下止點(diǎn)，此時(shí)高壓管道與低壓管道的燃油壓力是相等的；凸輪軸旋轉(zhuǎn)，凸輪通過(guò)挺柱驅(qū)動(dòng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)高壓區(qū)的壓力沒(méi)有快速上升。當(dāng)電磁閥通電，電磁力驅(qū)動(dòng)銜鐵帶著閥芯運(yùn)動(dòng)關(guān)閉控制閥，柱塞繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)壓縮燃油，高壓油道壓力增高。

圖1 單體泵燃油系統(tǒng)示意

1.2 模型的建立

1.2.1電磁控制閥模型建立及網(wǎng)格劃分

圖2示出基于Ansys Workbench仿真平臺(tái)搭建的電磁-機(jī)-液聯(lián)合仿真模型，其中使用Maxwell軟件建立電磁閥模型，使用Fluent軟件建立單位流場(chǎng)模型。

圖2 Workbench中三維聯(lián)合仿真模塊的連接

電磁閥的有限元模型見(jiàn)圖3。模型由Maxwell軟件建立，主要由鐵芯、線(xiàn)圈、銜鐵等組成。線(xiàn)圈繞在鐵芯上，當(dāng)線(xiàn)圈通電時(shí)，電磁閥直接產(chǎn)生電磁力。銜鐵克服彈簧力的作用，帶動(dòng)閥芯一起運(yùn)動(dòng)。

圖3 磁路系統(tǒng)電磁閥及其網(wǎng)格模型

利用UG軟件根據(jù)單體式噴油泵燃油系統(tǒng)建立控制閥腔和柱塞腔的燃油流道幾何模型，模型幾何模型及尺寸見(jiàn)圖4和表1。

圖4 三維流場(chǎng)幾何模型

高壓管道直徑d1/mm3低壓管道直徑d2/mm4柱塞腔直徑d3/mm15高壓管道長(zhǎng)度d4/mm28柱塞腔高度d5/mm11.6行程止擋直徑d6/mm6.36閥桿直徑d7/mm4.36閥芯頭部直徑d8/mm5.4高壓油管長(zhǎng)度d9/mm33.7流道圓角半徑α/mm1

模型采用混合網(wǎng)格(即結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格結(jié)合的方式)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。高壓管道和柱塞腔采用結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格，控制閥腔為復(fù)雜的不規(guī)則幾何體，采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，流場(chǎng)網(wǎng)格模型見(jiàn)圖5。為了保證仿真結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，對(duì)壓力、速度梯度變化較大的閥口處進(jìn)行局部網(wǎng)格加密。網(wǎng)格質(zhì)量主要用兩個(gè)參數(shù)來(lái)衡量：等角度扭曲率和縱橫比率[15]，一般情況下四面體網(wǎng)格的等角度扭曲率小于0.85。在本研究的模型中，模型的等角度扭曲率為0.756。采用網(wǎng)格獨(dú)立性分析找到了在保證計(jì)算準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上減小CPU總時(shí)間所需的網(wǎng)格精度。此模型總網(wǎng)格數(shù)為103.89萬(wàn)，單個(gè)服務(wù)器計(jì)算時(shí)間大約30 h。

圖5 單體泵蓄壓過(guò)程三維流場(chǎng)網(wǎng)格模型

1.2.2單體泵燃油系統(tǒng)電磁-機(jī)-液耦合關(guān)系設(shè)置

閥芯運(yùn)動(dòng)方式通過(guò)UDF來(lái)描述，UDF將三維電磁軟件Ansys Maxwell計(jì)算的電磁閥“時(shí)間-位移-電磁力”曲線(xiàn)關(guān)系編譯進(jìn)Fluent流場(chǎng)，閥芯的關(guān)閉過(guò)程受電磁力、彈簧力、液壓力及摩擦力的綜合作用，仿真計(jì)算中考慮到了電磁、機(jī)、液等方面的復(fù)雜因素。

柱塞的運(yùn)動(dòng)邊界條件從一維液力仿真模型引入[16]，圖6示出一維模型中供油過(guò)程柱塞速度曲線(xiàn)。提取3.54～4.44 ms過(guò)程的柱塞速度曲線(xiàn)，對(duì)控制閥關(guān)閉過(guò)程流場(chǎng)進(jìn)行瞬態(tài)仿真，燃油從低壓油道流入高壓油道，故低壓控制閥的低壓油道設(shè)置為壓力入口邊界條件，加載曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。為了實(shí)現(xiàn)蓄壓過(guò)程，將高壓油道的出口設(shè)置為Wall。使用UDF用戶(hù)自定義程序?qū)⒅\(yùn)動(dòng)速度曲線(xiàn)和低壓油道壓力曲線(xiàn)鏈接到Fluent流場(chǎng)仿真中，作為數(shù)值仿真計(jì)算時(shí)的運(yùn)動(dòng)邊界條件和壓力邊界條件設(shè)定值。

對(duì)于壓力和速度的耦合，本模型采用選擇SIMPLE壓力分離式求解算法，采用realizableκ-ε湍流模型仿真計(jì)算單體泵燃油系統(tǒng)泄壓過(guò)程。由于一階迎風(fēng)差分格式的數(shù)值穩(wěn)定性較好，用其作為空間離散化方法。近壁區(qū)流動(dòng)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法求解，流體與壁面接觸的邊界為靜止壁面。解的收斂性用殘差曲線(xiàn)判斷，最大殘差應(yīng)小于1.0E-3，平均殘差小于1.0E-4。

圖6 低壓油道壓力曲線(xiàn)及柱塞速度曲線(xiàn)

1.3 仿真結(jié)果驗(yàn)證

1.3.1電磁閥模型的驗(yàn)證

圖7示出電磁力仿真值與試驗(yàn)值的比較。隨著電流的增加，電磁力仿真值和試驗(yàn)值的差先增加后減小，驅(qū)動(dòng)電流為9 A時(shí)兩者的差值最大，當(dāng)電流超過(guò)13 A時(shí)差值為負(fù)數(shù)。當(dāng)電流在4～13 A范圍內(nèi)，仿真值大于試驗(yàn)值，這是因?yàn)閷?shí)際電磁控制閥工作中，線(xiàn)圈溫度隨著電流的增大而升高，電磁控制閥磁性變差，電磁力低于試驗(yàn)值。當(dāng)電流大于13 A，電磁閥出現(xiàn)局部磁飽和，仿真值低于試驗(yàn)值?？傮w上看，仿真電磁力和試驗(yàn)電磁力有較高的一致性。圖8示出兩者的最大誤差小于5%，因此可認(rèn)為本研究建立的電磁閥模型是科學(xué)合理的。

圖7 電磁力仿真值與試驗(yàn)值對(duì)比

圖8 電磁力的誤差值

1.3.2控制閥內(nèi)部流場(chǎng)模型的驗(yàn)證

根據(jù)單體泵燃油系統(tǒng)模型可知三維流場(chǎng)模型的高壓油道出口壓力即為泵端壓力，用泵端壓力試驗(yàn)值與高壓油道出口壓力仿真值進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)圖9)，可以發(fā)現(xiàn)兩者的變化趨勢(shì)一致，均先保持平穩(wěn)后逐步上升。從總體看，兩者壓力值的誤差保持在10%以?xún)?nèi)，故三維模型能較準(zhǔn)確地反映燃油系統(tǒng)流場(chǎng)流動(dòng)特性以及系統(tǒng)工作特性的變化趨勢(shì)，可以用于進(jìn)一步的研究。

圖9 高壓油道出口壓力校準(zhǔn)曲線(xiàn)

2 單體泵燃油系統(tǒng)供油特性分析

仿真了單體泵凸輪轉(zhuǎn)速為1 250 r/min的工況下，壓縮供油過(guò)程閥芯從靜止到控制閥閉合的蓄壓過(guò)程中柱塞腔、控制閥腔以及高壓油道的流場(chǎng)。

2.1 燃油質(zhì)量流率和出口壓力

圖10示出閥芯升程、燃油密度以及燃油質(zhì)量流率曲線(xiàn)。電磁控制閥的開(kāi)啟和關(guān)閉是決定閥性能和工作狀態(tài)的關(guān)鍵因素，閥的關(guān)閉過(guò)程由吸合觸動(dòng)時(shí)間T1和吸合運(yùn)動(dòng)時(shí)間T2組成。T1表示線(xiàn)圈通電后，電流增加到吸合電流為止的階段，在此階段銜鐵和閥芯尚未開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，這是由于電磁鐵的材料和結(jié)構(gòu)、彈簧預(yù)緊力等的影響。進(jìn)入吸合運(yùn)動(dòng)階段T2后，由于電磁力大于彈簧力、液壓力，銜鐵帶動(dòng)閥芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。

圖10 閥芯升程、燃油密度以及燃油泄漏率曲線(xiàn)對(duì)比

可以看到，閥芯在0.23 ms之前維持在原來(lái)位置。這個(gè)階段電磁控制閥中電磁力逐漸增加，柱塞向上運(yùn)動(dòng)壓縮燃油，所以流場(chǎng)中壓力也呈上升趨勢(shì)，故閥芯所受的液力也逐漸增加。但電磁力和液壓力的合力小于彈簧預(yù)緊力，故閥芯維持原位置不動(dòng)。此時(shí)閥口開(kāi)度是最大的，在柱塞壓油的過(guò)程中，燃油密度也逐步上升，故低壓油道處流出的燃油質(zhì)量迅速上升，0.23 ms時(shí)刻燃油質(zhì)量流率達(dá)到最大值0.7 kg/s。

當(dāng)電磁力和液壓力繼續(xù)增加至0.23 ms時(shí)刻，其合力大于彈簧預(yù)緊力，故此階段閥芯在彈簧力、電磁力、液壓力以及摩擦力的作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉控制閥。此階段由于閥口開(kāi)度越來(lái)越小，故質(zhì)量流率的總體趨勢(shì)逐漸減小。高壓油道壓力值和流場(chǎng)的密度有相似的變化趨勢(shì)，閥芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者先逐漸減小后持續(xù)升高。壓力和密度值減小的原因是部分燃油從低壓油道流出，導(dǎo)致流場(chǎng)中燃油密度降低。但是隨著閥口越來(lái)越小，低壓油道流出的燃油越來(lái)越少，柱塞持續(xù)保持向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)行壓油，故流場(chǎng)中燃油壓力也越來(lái)越高，燃油密度也隨之增加。

0.57 ms時(shí)刻，閥芯停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)閥芯達(dá)到最大位移，約為0.22 mm。在實(shí)際情況中，此時(shí)閥口是完全關(guān)閉的，但由于仿真技術(shù)的局限閥口無(wú)法達(dá)到完全關(guān)閉，密封錐面留有極小的縫隙，低壓油道仍有部分燃油泄漏，但是對(duì)流場(chǎng)壓力影響極小，可以忽略不計(jì)。此階段高低壓油路被阻斷，高壓油路中燃油在柱塞的作用下壓力和密度均急劇上升，此過(guò)程即為單體泵燃油系統(tǒng)的蓄壓過(guò)程。當(dāng)高壓油路中壓力上升到針閥的開(kāi)啟壓力即開(kāi)始噴油。

2.2 流場(chǎng)壓力分布

在瞬態(tài)仿真過(guò)程中進(jìn)行設(shè)置，可以實(shí)時(shí)地觀察到內(nèi)部流場(chǎng)任何時(shí)間和任何開(kāi)口度下的流動(dòng)情況(見(jiàn)圖11)。由前文可知，在0.23 ms之前，閥芯處于靜止?fàn)顟B(tài)，閥口的開(kāi)度為最大，此階段只有柱塞受凸輪軸驅(qū)動(dòng)向上壓縮燃油，雖然低壓油道的質(zhì)量流率迅速增加，但是高壓油路中壓力也迅速升高，圖中顯示0.12 ms時(shí)刻柱塞腔中壓力已經(jīng)達(dá)到35 MPa。0.23 ms時(shí)刻閥芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，閥口開(kāi)度開(kāi)始減小，此時(shí)燃油不僅處在高低壓腔極大的壓差之下，而且在閥芯以及柱塞雙重運(yùn)動(dòng)條件下，高壓流道中燃油流速急劇上升。根據(jù)伯努利方程的推論，隨流速的增大，壓力要減小。可以看到圖中0.26 ms時(shí)刻高壓管道以及柱塞腔壓力均有所降低。

圖11 單體泵燃油系統(tǒng)流場(chǎng)壓力云圖

0.7 ms以后閥口閉合，高低壓油路截?cái)?，燃油被柱塞繼續(xù)壓縮，0.3 ms之內(nèi)高壓油腔壓力迅速升高至78 MPa。當(dāng)閥芯閉合之后，密封錐面由于極高的流速和極大的壓差形成部分負(fù)壓區(qū)域，而低壓油腔的壓力值始終維持在0.5 Pa。

2.3 閥芯表面湍流強(qiáng)度和湍動(dòng)能

湍流強(qiáng)度為速度波動(dòng)的均方根與平均速度的比值，小于10%的為低湍流強(qiáng)度，高于10%的為高湍流強(qiáng)度。計(jì)算公式為

(1)

圖12示出單體泵蓄壓階段閥芯表面的湍流強(qiáng)度曲線(xiàn)?？梢钥闯鲈陂y芯表面湍流強(qiáng)度總體小于10%，燃油流動(dòng)狀態(tài)為低湍流強(qiáng)度。0～0.2 ms為閥芯吸合觸動(dòng)時(shí)間(T1)，三維流場(chǎng)中只有柱塞在凸輪作用下向上運(yùn)動(dòng)，控制閥芯在彈簧預(yù)緊力的作用下處于初始靜止?fàn)顟B(tài)，密封錐面的開(kāi)口度最大，此階段口徑d維持不變。隨著流場(chǎng)中燃油被壓縮，壓力有所增加，式中密度ρ與流速V均隨之增加，故閥芯表面的湍流強(qiáng)度I急速上升；在閥芯吸合運(yùn)動(dòng)階段(T2)，閥芯受電磁力逐漸閉合，閥口開(kāi)度減小，即流通口徑d減小。此階段燃油密度仍然呈上升趨勢(shì)。由于閥口附近的壓差繼續(xù)增加，故此處流速也有所上升。綜合幾方面的因素考慮，閥芯的吸合運(yùn)動(dòng)階段湍流強(qiáng)度呈現(xiàn)平穩(wěn)下降趨勢(shì)。

圖12 閥芯表面湍流強(qiáng)度

湍動(dòng)能κ是湍流模型中最常見(jiàn)的物理量，可以利用湍流強(qiáng)度估算湍動(dòng)能。兩者之間的關(guān)系為

(2)

式中：u為平均速度；I為湍流強(qiáng)度。湍動(dòng)能不僅與湍流強(qiáng)度有關(guān)，也和流速有關(guān)。

圖13示出閥芯關(guān)閉過(guò)程閥口附近湍動(dòng)能分布云圖。隨著閥芯的運(yùn)動(dòng)，閥芯頭部的湍動(dòng)能越來(lái)越大。這是因?yàn)樵陂y芯的關(guān)閉過(guò)程中，由于閥口附近壓差越來(lái)越大，流速也隨著增加，湍流強(qiáng)度雖然在閥芯的吸合運(yùn)動(dòng)階段有所降低，但是在蓄壓階段，有明顯回升，故閥口附近的湍動(dòng)能隨著閥芯的運(yùn)動(dòng)越來(lái)越大。

圖13 閥芯表面湍動(dòng)能分布云圖

3 結(jié)論

a) 通過(guò)聯(lián)合仿真方法，對(duì)單體泵供油過(guò)程進(jìn)行仿真研究，在吸合觸動(dòng)階段閥芯維持原位置不動(dòng)，但電磁力逐漸增加，高壓油路中壓力迅速升高，閥芯所受的液力逐漸增加，燃油密度逐步上升，低壓油道處流出的燃油質(zhì)量迅速上升；閥芯頭部所受的靜壓積分和動(dòng)壓積分也逐漸上升，但靜壓積分范圍比動(dòng)壓積分大一個(gè)數(shù)量級(jí)；

b) 在電磁閥的吸合運(yùn)動(dòng)時(shí)間，閥芯在彈簧力、電磁力、液壓力以及摩擦力的作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)關(guān)閉控制閥，閥口開(kāi)度越來(lái)越小，故質(zhì)量流率的總體趨勢(shì)逐漸減小，在閥芯以及柱塞雙重運(yùn)動(dòng)條件下，高壓流道中燃油流速急劇上升，但燃油密度先逐漸減小后持續(xù)升高；

c) 閉合狀態(tài)階段閥芯停止運(yùn)動(dòng)，高壓油路中燃油壓力和密度均急劇上升，但密封錐面附近由于極高的流速和極大的壓差形成部分負(fù)壓區(qū)域，而低壓油腔的壓力值始終維持在0 Pa；發(fā)生壓力突變的區(qū)域?yàn)榕c柱塞腔相連的的高壓油道與控制閥閥口處，這兩個(gè)位置均為幾何結(jié)構(gòu)因素對(duì)壓力分布影響較大的區(qū)域；閥口節(jié)流作用明顯，流速隨之降低，閥芯頭部的湍動(dòng)能越來(lái)越大。