電控柴油機高壓共軌管研究現(xiàn)狀分析

(天津理工大學(xué)海運學(xué)院 天津 300384)

一、柴油機高壓共軌管介紹

高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要由ECU、高壓油泵、共軌管、電控噴油器及各類傳感器組成。工作時，供油泵將燃油從油箱送入高壓油泵，燃油由高壓油泵增壓后經(jīng)共軌管被送入各個噴油器，再由ECU控制電磁閥實現(xiàn)相應(yīng)工況下的噴油過程。而共軌管作為柴油機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的重要組成部分起到了重非常關(guān)鍵的作用：首先共軌管在整個柴油機高壓共軌燃油系統(tǒng)中起到了積累與分配高壓燃油的作用；其次可以減緩由于柱塞的間歇性供油而產(chǎn)生的壓力波動進(jìn)而提高系統(tǒng)對后續(xù)噴油定時和油量的精確控制精度。

二、研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

國內(nèi)針對電控噴油系統(tǒng)共軌管的研究主要集中在管路壓力波動特性的研究以及管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究。使用到的仿真軟件主要有HYDSIM、ASW、Workspace、ANSYS、Fluent、GT-Fuel、AMESim、ABAQUS、Matlab/Simulink等。

(一)管路壓力波動特性的研究

東北林業(yè)大學(xué)的梁超[1-4]借助HYDSIM、ASW、workspace等軟件進(jìn)行較為系統(tǒng)的數(shù)值模擬仿真計算。文獻(xiàn)中研究結(jié)果表明：共軌容積的大小要適當(dāng)，在允許的條件下應(yīng)取較大值；共軌容積變化，共軌內(nèi)徑不變時，長徑比越大，共軌內(nèi)的壓力波動越小，共軌內(nèi)壓力越穩(wěn)定；進(jìn)出油孔位置的變化對共軌內(nèi)的壓力波動較小，可以根據(jù)發(fā)動機的需要來布置進(jìn)出油管的安裝位置；在噴油脈寬相同時，隨著壓力的降低，共軌內(nèi)的壓力波動的趨勢變大；在相同的壓力下，脈寬的變化對共軌壓力的影響較大；從壓力的變化上看，提高壓力可以減小由于噴油脈寬變化導(dǎo)致的共軌壓力的波動。

江南大學(xué)的王稱心等人[5]通過GT-Fuel軟件建立的仿真模型研究了共軌管材料屬性對共軌管內(nèi)燃油壓力的影響。仿真結(jié)果表明：共軌管材料彈性模量越大，對軌壓波動抑制效果越好；過大的共軌管壁厚對燃油壓力波動抑制作用不明顯。

北京理工大學(xué)的李丕茂等人[6]首先通過試驗研究了軌壓和噴油脈寬對噴油器關(guān)閉后高壓油管內(nèi)燃油壓力波動的影響，結(jié)果表明：壓力波動幅度隨軌壓和噴油脈寬的變化均不是單調(diào)的。然后,采用CFD方法進(jìn)行了仿真運算。最后,得出結(jié)論：高壓油管內(nèi)燃油壓力波動幅度隨噴油脈寬的增大呈現(xiàn)出周期性的變化規(guī)律,隨軌壓的增大在整體上呈現(xiàn)出逐漸增大的規(guī)律,但伴隨著局部的往復(fù)變化,且往復(fù)變化的周期隨軌壓的增加而增大。

北京交通大學(xué)的呂曉辰[7]利用AMESim軟件建立了高壓共軌系統(tǒng)一維模型，研究了油管長度、內(nèi)徑、共軌管長度、容積、長徑比等結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓力波動程度的變化規(guī)律。隨后利用Fluent軟件開展高壓管路三維流場仿真計算，結(jié)合一維仿真計算結(jié)果，對高壓管路中壓力波的產(chǎn)生、傳播及燃油流動過程作出了分析；然后用頻譜分析的方法，總結(jié)出共軌壓力波動頻率、振幅受高壓共軌系統(tǒng)運行及結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響規(guī)律。

(二)管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究

無錫油泵油嘴研究所的王綺等人[8]對柴油機共軌管振動進(jìn)行了研究并作出優(yōu)化：通過對某六缸柴油機共軌系統(tǒng)進(jìn)行了不同轉(zhuǎn)速下的臺架試驗，結(jié)合數(shù)字信號分析處理技術(shù)以及振動信號分析理論對存在的共軌系統(tǒng)峰值進(jìn)行了分析，分析顯示在530Hz附近存在明顯共振峰，采用了在連接鋼板處增加一個與發(fā)動機缸蓋的螺栓連接的方法，提高了鋼板的一階固有頻率以避開發(fā)動機的發(fā)火激勵諧次，并對方案進(jìn)行了驗證，結(jié)果顯示共軌管的振動大幅降低。

中南大學(xué)的裴海靈等人[9]運用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計的方法，以共軌管容積最佳、壓力波動最小、質(zhì)量最小和進(jìn)油口位置最佳為目標(biāo)函數(shù)建立了共軌管多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計體系，采用模擬退火算法進(jìn)行求解，結(jié)果顯示：共軌容積減小1.07%，總質(zhì)量減小6.8%，壓力波動幅降幅達(dá)16.7%。

中國北方發(fā)動機研究所的王國瑩等人[10]通過GT-Fuel流體分析軟件搭建了高壓共軌系統(tǒng)模型,通過仿真計算確定了該分油器的容積,并根據(jù)其安裝要求及系統(tǒng)特點對分油器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。試驗結(jié)果表明,該分油器可靠性高,安裝方便,能夠滿足發(fā)動機對性能和安裝的要求。

中國一汽無錫油泵油嘴研究所的曹俊衛(wèi)等人[11]通過ABAQUS有限元軟件計算以及理論計算給出了高壓共軌管厚度比系數(shù)的合理區(qū)間。此外，昆山江錦機械有限公司的彭瑜華[12]設(shè)計了一種雙層組合式高壓蓄壓管，相比單層壁厚蓄壓管能夠承受更高的內(nèi)部壓力，且環(huán)向應(yīng)力較低。經(jīng)過ANSYS有限元軟件計算和理論計算對結(jié)果進(jìn)行了驗證，強度滿足設(shè)計要求。

三、研究現(xiàn)狀分析

目前對于管路壓力波動特性和管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究已取得了一定的研究成果，但筆者認(rèn)為軌壓控制策略更應(yīng)引起重視，并且對于管路壓力波動的產(chǎn)生原因及傳播過程中的波動現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行更為細(xì)致的機理研究。此外，新材料對于提升高壓共軌管性能的研究以及溫度特性和加工工藝對共軌管性能的研究也相對較少。

四、總結(jié)

共軌管作為柴油機高壓共軌系統(tǒng)的一個重要組成部件，對于分配燃油和穩(wěn)定燃油系統(tǒng)壓力起到了十分重要的作用。本文通過梳理現(xiàn)階段柴油機高壓共軌管的研究情況，作出了相應(yīng)的研究分析與研究建議。