高壓共軌噴油器預噴影響因素研究

陳曉輝 楊海龍 沈彬

摘要：高壓共軌噴油器作為高壓共軌系統中的核心部件，其噴油特性和動態性能對柴油發動機的整機性能有著至關重要的影響。本文對影響共軌噴油器總成預噴油量的關鍵參數進行研究，在理論分析和試驗驗證基礎上進行研究。裝配參數：電磁閥彈簧預緊力、銜鐵升程、噴油嘴升程、油嘴彈簧預緊力。關鍵零件的控制參數：控制閥A/Z比、噴油嘴流量、噴油嘴密封交線。

關鍵詞：共軌噴油器;關鍵參數;影響因素研究

中圖分類號：TK421 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0005-02

0 ?引言

共軌噴油器是高壓燃油噴射系統的核心部件之一，在整個燃油噴射系統中承著噴射功能的實現和控制，其性能決定了高壓共軌燃油噴射系統的工作狀態[1]，其中預噴的作用是降低噪聲、減少排放和提升發動機經濟性。預噴油量大小影響發動機性能，也影響噴油器下線合格率。我公司預噴點合格率是最低，平均值偏下限，增加預噴油量和提升生產一致性是噴油器合格率提升的關鍵點。本文研究重點是影響預噴油量關鍵參數及其控制。

1 ?預噴影響因素研究

1.1 共軌噴油器工作原理和預噴影響分析 ?噴油器的工作原理見圖1。研究預噴油量可以從下面噴油速率曲線圖2入手，噴油速率曲線的積分就是噴油量。提前開啟，開啟斜率增加，噴射高度增加、關閉斜率減少、噴油持續期增加等都是提升預噴油量的辦法。因為受發動機性能影響，噴油持續期在特定范圍內增加。因為影響預噴油量的因素較多，樣件無法挑選，DOE試驗不適用。只能用單一因素夏寧試驗方法。帶預噴的工作壓力較高@1000baror 600bar。

1.2 裝配參數的影響研究

1.2.1 電磁閥彈簧預緊力

1.2.1.1 影響分析 ?陶瓷球受力分析：銜鐵施加力和控制腔內的液壓力。F球=F電磁+F液壓-F彈簧-G（彈簧+銜鐵+陶瓷球）因為零件自身的重量相對于其它力比太小，在以后所有受力分析中均不施加此力。如果F球增加，銜鐵上升速度快，開啟提前。但是電磁閥彈簧受本身結構尺寸和封液壓力影響，只能在52-60N之間變動，占整個力分布10%左右。

1.2.1.2 不同電磁閥彈簧預緊力的影響 ?隨著電磁閥彈簧力的增加，預噴油量變小。電磁閥彈簧力變化1N，在不同的銜鐵升程下，對應的預噴油量的變化量是不同的。銜鐵升程在65-70um，變化量0.2mm3/str左右。電磁閥彈簧力控制在52-55N。

1.2.2 銜鐵升程

1.2.2.1 影響分析 ?銜鐵升程對電磁力影響比較大。在生產過程中銜鐵升程選擇和散差控制精度高，按照um計算。銜鐵升程控制在0.065-0.070之間。銜鐵升程散差對電磁力影響占9%左右。電磁力與銜鐵升程的平方成反比。銜鐵升程也影響泄油速度。

Fm=? ? ? ? ?（1）[2]

式中：Fm：電磁閥的電磁力;μ0：空氣磁導率;I：線圈電流;N：線圈匝數;B：磁極表面的磁感應強度;S：吸合面積;δ：氣隙長度mm。備注δ：銜鐵升程H+凸臺高度h1=氣隙長度mm。

1.2.2.2 不同銜鐵升程的影響 ?在相同的電磁閥彈簧力作用下，銜鐵升程增加，噴油量增加，在65um左右流量突變，增加非常快，與平面密封結構相關，升程小有截流。在滿足其它測試點的情況下，銜鐵升程盡量按照上限控制。（圖3）

1.2.3 油嘴升程

1.2.3.1 影響分析 ?噴油嘴偶件升程大小，決定控制腔容積的變化率，決定建壓的快慢問題。建壓快，關閉快，反之關的慢。升程散差中重型占3%左右，輕型占10%左右。對預噴油量影響不太。中重型對主噴影響較大。

1.2.3.2 不同油嘴升程影響 ?中重型產品，實際測量油嘴升程對預噴沒有影響。（表2）

1.2.4 油嘴彈簧預緊力 ?①油嘴彈簧力遠遠小于油針所受液壓力，占其3%左右，對預噴影響不太。但是對低怠速影響較大。（表3）②不同油嘴彈簧力影響。實際測試過程中，油嘴彈簧力對預噴無影響。具體數據見表4。

1.3 關鍵零件的控制參數

1.3.1 控制閥套A/Z比和A孔直徑

1.3.1.1 控制閥A/Z比和A孔直徑影響分析 ?控制閥A/Z比決定噴油持續期長短，A/Z大噴油持續期長，噴油量大，反之噴油量[3]。陶瓷球抬起后，控制腔內壓力降低，降低的速度與A（出孔）的直徑、形狀和流量系數相關。流量與出孔的直徑平方成正比。如果不控制孔徑，只控制流量，10MPa下測量相同，但是流量系數不同。實際使用過程中壓力比較高，流量差距比較大，孔徑公差0.01mm@100MPa，流量差距14.5%。

（2）[4]

式中，μout和Aout出油節流孔的流量系數和的流通截面積;rail代表共軌腔中的燃油壓力;Po代表噴油器低壓回油腔的燃油壓力;Pc代表控制腔內的壓力;ρ為燃油密度。

1.3.1.2 不同A/Z比和A孔直徑對預噴油量 ?A孔直徑相同，A/Z比大0.02，預噴油量大10%;A/Z比相同，A孔直徑大0.005mm，預噴油量大30%。必須嚴格控制A孔直徑散差在±0.002mm，控制A/Z在±0.01。

1.3.2 噴油嘴偶件流量

1.3.2.1 噴油嘴影響分析 ?預噴工作時，因為加電時間較短，噴油嘴工作行程<0.10mm，噴油嘴的流量受密封交線和壓力室直徑截流影響與噴孔直徑不相關。即與噴油嘴流量不相關。

1.3.2.2 不同油嘴流量的影響 ?針閥體和針閥相同，只是變化噴孔數量、孔徑，對預噴影響不明顯。具體數據表6。實際測試中，因素變差超過影響。雖然對預噴影響不大，但是對主噴影響較大。

1.3.3 噴油嘴密封交線

1.3.3.1 噴油嘴密封交線影響分析 ?F2液壓力與針閥導向直徑和密封交線環帶面積成正比，針閥導向段是針閥體偶件配合，尺寸公差um級，名義值確定后對針閥抬起的力貢獻不大。針閥交線直徑尺寸和公差對針閥上升速度起關鍵作用。

1.3.3.2 不同密封交線直徑的影響 ?針閥密封交線對預噴影響非常明顯屬于強相關。密封交線直徑越大，預噴油量越小。密封交線相差0.24mm（14%），預噴油量差-0.81mm3/str（35%）。選擇合理的密封交線直徑，并控制交線直徑的散差在±0.03mm范圍。

2 ?結束語

通過實際驗證，影響預噴的主要因素：電磁閥彈簧力、銜鐵升程、控制閥套A/Z比及A孔直徑、密封交線直徑。生產過程中電磁鐵彈簧力控制在52-55N;銜鐵升程控制在65-70um;控制閥套A/Z比公差控制在±0.01，A孔直徑散差在±0.002mm。針閥密封交線合理選擇，并控制散差±0.03mm。

參考文獻：

[1]張勇，蒙國尤，肖怡，汪宇航，趙晉.共軌噴油器參數優化研究[J].機床與液壓，2019（09）.

[2]尚偉.高壓共軌噴油器設計的仿真與實驗研究[D].北京理工大學，2019.

[3]馬寧.共軌噴油器關鍵參數對總成油量的影響分析[J].內燃機與配件，2020（18）：44-45.

[4]賈錫印，李曉波.柴油機燃油噴射及調節[M].哈爾濱工程大學出版社，2002.

基金項目：國家重點研發計劃（ 2016YFD0700805）。

作者簡介：陳曉輝（1971-），女，內蒙古通遼人，工程碩士，高級工程師，主要負責共軌和機械噴油器開發、驗證工作;楊海龍（1984-），男，湖南岳陽人，從事共軌系統設計、匹配標定驗證工作;沈彬（1970-），男，江蘇徐州人，多年從事燃油系統、后處理系統的匹配應用工作。