直噴式噴油嘴的優化設計

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直噴式噴油嘴的優化設計

研究的主要目標是優化噴油嘴動力驅動系統，以此來控制噴油正時，提高噴油量。為了便于優化設計，對直噴式噴油嘴以及其動力驅動系統進行了電-電磁-機械-流體耦合建模。

耦合建模過程如下：①建立簡化的電路模型來計算通過噴油器線圈的電流；②將該電路模型導入麥克斯韋方程式中進行電磁力計算；③電磁力帶動銷進行非線性曲線運動。該動力學模型包括銷的剛體運動、彈簧力、起始接觸力、壓力以及阻尼器阻尼力。采用流體力學分析軟件中的有限元分析模塊對所建立的1/6電磁-機械-流體模型進行分析驗證。通過該軟件分析得到銷的瞬時位移、壓力、質量流量。

在所建耦合模型中，采用不同的功率策略對噴油量不一致的原因進行仿真分析，最后通過基于圖像的噴霧時間測量系統對仿真結果進行驗證。所建的流體模型只包括噴嘴附近的區域，上行管道系統在模型中不予考慮。此外，由于實時銷位移、壓力和流量不易測量，所以在計算機仿真分析過程中采用流量數據的平均值以及銷位移的平均值。

仿真分析及測量系統驗證后，給出了高性能燃油噴射器的優化設計方案：①燃油噴射器設計制造過程中優選高磁飽和度的材料，以獲得較高的電磁力來驅動銷的運動；②彈簧的回彈力決定了噴油嘴關閉的延遲時間，因此可以通過增大回彈力來減少延遲時間；③建立流體模型有助于更好地進行燃油噴射過程中的物理學分析，如噴嘴直徑和質量流量之間的關系、氣蝕區域幾何結構的改變對噴射壓力的影響等。因此，可以通過建立精準的流體模型來對氣蝕區域的幾何結構進行合理設計，以此來減少甚至消除出現的氣蝕。

Alan Palazzolo et al. SAE 2014-01-1442.

編譯：賀蓉