電控單體泵燃油噴射系統的仿真策略研究

【摘 要】21世紀隨著工業技術的發展和應用，柴油機的保有量在迅速提高，新世紀保護生態環境、降低污染物排放成為各國發展的主題，因此高污染的特點成為柴油機進一步發展的瓶頸，隨著我國頒布和實施國III、國IV排放標準，對電控電梯泵燃油噴射系統的改造升級成為行業面臨的重要課題，建立該系統的仿真模型可以從多角度分析燃油噴射系統工作性能的影響因素，為改進工作提供依據。電控單體泵燃油噴射系統屬于電磁閥溢流控制式供油系統，對燃油噴射系統開展仿真研究不僅可以實現對柴油機的改進升級，而且也可以提高其排放的標準。燃油噴射系統共分為：供油泵、高壓油管以及噴油器系統三個部分，文中簡單論述了電控單體泵燃油噴射系統的仿真結構，并深入分析了該系統的仿真過程與結果，為燃油噴射系統的匹配工作提供可靠依據。

【關鍵詞】燃油噴射系統；仿真模型；研究分析

0.引言

21世紀隨著工業技術的發展和應用，柴油機的保有量在迅速提高，新世紀保護生態環境、降低污染物排放成為各國發展的主題，因此高污染的特點成為柴油機進一步發展的瓶頸，隨著我國頒布和實施國III、國IV排放標準，對電控電梯泵燃油噴射系統的改造升級成為行業面臨的重要課題，建立該系統的仿真模型可以從多角度分析燃油噴射系統工作性能的影響因素，為改進工作提供依據。電控單體泵燃油噴射系統屬于電磁閥溢流控制式供油系統，對燃油噴射系統開展仿真研究不僅可以實現對柴油機的改進升級，而且也可以提高其排放的標準。

1.燃油噴射系統結構模型

電控單體泵燃油噴射系統的工作原理是首先需要ECU發出驅動信號，然后高壓電磁閥就會接通電源，接通電源之后的電磁閥會處于一種關閉的狀態，同時柱塞作上升運動對密封燃油進行壓縮，燃油進入高壓油管之后會受到高壓力波的作用，通過傳播到噴油器中最終進入燃油噴入氣缸[1]。

對該系統的仿真研究主要集中在燃油噴射系統的噴射過程，并需要考慮以下幾點：①忽略噴射過程中燃油的溫度變化；②高壓油管的長度小于1m的時和最高噴射壓力不是過高的情況下，可以忽略掉油路的摩擦，而且可以按照勝訴不變的微波管流進行處理；③將各個集中容積腔中的燃油視為均勻狀態；④忽略燃油噴射系統的彈性變形等因素。

2.燃油噴射系統的建模分析

研究采用的是GT—FUEL中的基本模型和復合模型對電控電梯泵的燃油噴射系統進行建模分析，就電控單體泵燃油噴射系統而言共可以分為低壓油路、凸輪、EUP泵體、電磁閥、出油閥、高壓油管、噴油器以及氣缸內環境等八個不同的模塊，對該系統的仿真研究需要從上述主要模塊開展。

2.1低壓油路

電控電梯泵的進油管路和噴油器的回油管路被稱之為低壓油路，但是從實際的工作中可以發現，低壓油路的工作原理極其復雜，因此在本次仿真過程中選擇容量相當的歧管模型，將燃油的初始壓力設置為0.8MPa，將燃油的初始溫度設置為280K，這兩項數據域試驗中發動機的燃油壓力和溫度相同。

2.2凸輪

柱塞的運動規律取決于凸輪的型線，在該系統中凸輪的設計參數對整個噴油系統的噴油壓力和噴油速率有著重要的影響，本次仿真模型的凸輪特征參數設計為：基圓半徑為18mm，滾輪的半徑為13mm，最大升程為16mm，其中凹弧半徑設計為60mm，升程的包角為58.7度，等速凸輪的包角為19度[2]。

2.3電控單體泵的模型

燃油噴射系統中最復雜的部件是EUP，該組件中包括柱塞偶件、電磁閥偶件以及出油閥偶件，其中柱塞的直徑確定為10mm，行程確定為16mm。

2.3.1電控單體泵泵體

電控單體泵中的EUP組件內部管道結構復雜，并且管道結構模型的準確性對最終的仿真結構有著緊密的聯系。

在仿真模型中各個管道之間的連接選擇孔口模型進行連接，柱塞腔采用歧管模型，歧管的容積跟隨柱塞的位移變化而變化，以此來模擬燃油被柱塞擠壓的詳細過程，其中推動柱塞運動的彈簧使用彈簧模型建模。柱塞作為噴油泵精密組件之一，在實際工作中容易出現漏油，本次仿真的模型中使用環形間隙泄露模型進行建模，并且漏油量的大小主要取決于柱塞位移程度和柱塞的運毒速度。

2.3.2電磁閥

電磁閥的模型使用簡化電磁閥進行仿真，需要在仿真系統中輸入電磁閥開啟和關閉時的特性，并提供油脈寬的開始時間和結束時間。在仿真過程中要結合閥桿的升程來計算電磁閥的有效通流面積。

2.3.3噴油器

電控單體泵中的噴油器多數采用的是機械式一級彈簧孔氏噴油器，孔徑為0.21mm，噴孔的數量為6，流量的系數為0.8，噴油角度為150度，開啟壓力為25MPa，本次使用的仿真軟件中包含噴油器的復合模型，直接引用即可，在噴油系統工作過程中氣缸內的工作壓力會出現規律性的變化。

3.結束語

仿真結果可以較為真實的反應電控單體泵燃油噴射系統中的噴油延時和噴油的規律，并且可以結合仿真的結果對噴油壓力的影響因素展開分析，為電控單體泵系統的開發和升級改造提供可以的依據，而且對改善柴油機的排放污染和油耗也有幫助。

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[10]仇滔，尹文輝，劉興華，陸瀅，劉永峰.低壓油路對電控單體泵循環變動的影響試驗[J].農業機械學報，2010（02）.