柴油机高压共轨管特性分析

　　随着国家对能源与环保的日益重视, 先进的高压共轨燃油喷射系统在我国将逐步普及, 高压共轨电控喷射系统是在电控分配泵系统的基础上发展起来, 完全满足降低排放, 提高发动机动力性方面的时代要求。国外在这方面的研究已取得成熟的应用成果, 国内的研究单位主要有: 天津大学、武汉理工大学、北京理工大学、无锡油泵油嘴研究所、上海交通大学等。在可预见的将来, 必将在国内广泛采用。

　　高压共轨喷射系统涉及到计算机、传感器、电子技术和控制理论等。实验系统复杂而昂贵, 利用计算机仿真技术可以先摸清其特性后再进行实物试验, 大大的节约研究成本。本研究选择安装在4 缸直列493 柴油机上的BOSH 单轨共轨系统建模仿真,再与试验结果对比, 优化影响喷射特性的各参数。

　　目前应用于流动仿真的一维仿真软件比较多, 例如Flowmaster International Ltd 公司的flowmaster 软件, AVL 公司的HYDSim 软件和IMAGINE 公司的AMESim 软件。本研究采用AMESim 仿真软件, 他具有友好的人机交互界面以及丰富的元件库, 使用方便, 大大减小了系统设计分析中的人工工作量, 可以使用户迅速达到建模仿真目的。因此被奔驰、福特、通用等很多整车制造厂家和BOSCH、DELPHI 等零配件厂商应用。

　　1 建立高压共轨系统模型

　　1.1 高压共轨系统的结构原理

　　BOSCH 公司开发的高压共轨系统,主要由低压系统、高压系统、电控单元( ECU) 、电控喷油器总成等子系统组成, 低压油从油箱进入三柱塞高压泵产生高压油经由高压油管进入共轨管,再经由高压油管分配到喷油器入口端, 通过控制喷油器电磁阀控制喷油, 限压阀是当共轨压力超过一定数值时, 开启进行卸压。

　　1.2 高压共轨系统数学模型

　　一般来说, 高压共轨喷油系统数学模型由电磁类模型、容器类模型(柱塞腔、共轨腔、控制腔、喷嘴腔、压力室)、运动件模型(针阀、控制阀等)、管类模型(共轨管、高压油管)和流体特性子模型组成。管路模型除了研究燃油的流速和流量之外, 还必须研究高压油管中由于压力波动产生的传播现象。模型中的流体采用标准ISO4113 柴油, 这种液体特性是基于10oC- 20oC 的试验测量得到的, 包括气穴和气泡, 超出这个温度范围的流体特性采用外插方法。

　　由于实际高压共轨喷油系统的影响因素十分复杂, 模拟计算时如果考虑所有的影响因素是不现实也是不必要的。计算模型的建立取决于计算目的和精度要求, 在满足两者的基础上, 计算模型力求简单实用。根据高压共轨系统的特点和计算要求, 简化如下:

　　1.2.1 在计算过程中, 不考虑油温随时间和压力的变化; 燃油的物理性质, 即粘度、表面张力、密度、弹性模量仅和压力有关;