控制高壓油管壓力對提高燃油發動機工作效率的研究

榮睿璠　王國丞　趙靖瑜　王秀芬

摘 要 通過對柱塞腔凸輪的角速度進行控制，實現了高壓油管內部壓力保持不變，進而解決了高壓燃油機工作效率不高的問題。該方法對解決類似問題有一定指導意義。

關鍵詞 高壓油管 壓力波動 凸輪 角速度

中圖分類號：U416.2文獻標識碼：A

0引言

隨當今柴油系統越來越廣泛的應用，其內部核心的高壓燃油系統（HPCR）的技術更新也越來越重要。現今的柴油機高壓油管系統最基本的工作原理是燃油進入高壓油泵后通過高壓油泵的升降將燃油壓入高壓油管內再由噴油嘴噴出（如圖1）：

針對高壓油管工作中存在的效率問題，李丕茂在研究中表示高壓油管內燃油壓力波動幅度隨噴油脈寬的增大呈現出周期性的變化規律，其對高壓共軛油管內的壓力波動差進行了研究。而顧禮昌翻譯的《內燃機供油系統中壓力波的衰減裝置》就對此現象進行了分析并提出通過衰減壓力波以解決。本篇文章則以控制高壓油泵系統的凸輪轉動角速度為著手點，研究通過恒定壓力來提高高壓燃油系統工作效率的可行性。

1原理介紹

1.1高壓油管工作原理

燃油在高壓油管段的進入和噴出是高壓燃油系統的工作的基礎。燃油的進入和噴出具有間接性，在這種特點的影響下，高壓油管內部的壓力時刻變化，噴出的燃油量存在偏差。這是影響燃油發動機的工作效率的重要因素之一。

1.2凸輪工作原理

凸輪驅動柱塞上下運動，凸輪邊緣曲線與角度的關系見圖2。

1.3噴油器工作原理

噴油器噴嘴結構、工作原理如圖3所示。

一個噴油周期內的針閥升程與時間的關系由圖4所示。

2研究過程

2.1研究方法

2.1.1假設

為方便計算，本文進行了合理假設。

（1）高壓油管內的溫度不變;

（2）燃油在出A口之后，其密度立即變為高壓油管內當前燃油的密度;

（3）針閥在運動時沒有受到摩擦力;

（4）在高壓油管內各處壓力均相等。

2.1.2方法確定

高壓油管內部的溫度不變，影響高壓油管內壓力的因素只有其內部某一時刻的燃油量。燃油始終沒有發生流失，其質量一定不會改變，即流入高壓油管內的燃油質量始終與流出的相等。

由于噴油嘴的工作周期已經給定，其在每個工作周期的噴油量一定。而對于流入高壓油管的燃油質量，通過控制凸輪的轉速可以實現。

結合已知數據，本文選擇對凸輪的角速度進行控制。

2.2研究過程

2.2.1進入高壓油管的燃油質量

其中，由于大氣壓強為，高壓油管內的壓力為，所以忽略大氣壓強的影響，噴油嘴噴出后的壓力忽略不計，即。為流量系數，為噴出的燃油在噴油嘴內通過的面積。

通過對噴油口的工作原理進行分析，噴出的燃油在噴油嘴內通過的面積應該有如下特點：

①針閥上升過程中，面積實際為密封座與針閥的切面面積減去針閥的下表面面積，記為。

②面積最大只能為噴孔的面積。因此，針閥上升過程中，當面積的大小超過了噴孔的面積時，噴出的燃油在噴油嘴內通過的面積為噴孔面積，即。

3求解

3.1已知數據

對于某型號高壓油管，其內腔長度為500mm，內直徑為10mm，初始壓力為100MPa。噴油器每秒工作10次，每次工作時噴油時間為24ms，由噴油嘴的針閥控制。

柱塞腔內直徑為5mm，柱塞運動到上止點位置時，柱塞腔殘余容積為20mm3。柱塞運動到下止點時，低壓燃油會充滿柱塞腔（包括殘余容積），低壓燃油的壓力為0.5MPa。凸輪的工作周期為6.28rad/圈。

針閥直徑為25mm、密封座是半角為9暗腦滄叮釹露伺緲椎鬧本段？4mm。

3.2數據應用

最終得到凸輪的角速度，即。

4結論

經分析研究，高壓燃油機工作效率不高的現象主要是由間歇性工作的特點而導致噴油量出現偏差造成。為使流入高壓油管的燃油質量始終與流出相等，本文選擇的方案是對柱塞腔凸輪的角速度進行控制，實現高壓油管內部壓力保持不變，以獲得最優的工作效率。這一解決思路具有普適性，在其他情況下也可以采用與本文相同或相似的研究方法。

參考文獻

[1] 李丕茂.噴射參數對共軌系統高壓油管壓力波動幅度的影響[D].北京：北京理工大學，2013.

[2] 顧禮昌.內燃機供油系統中壓力波的衰減裝置[J].國外內燃機車，1983（06）.

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