內燃機高壓油管供噴平衡的動力分析 Dynamic Analysis of the Balance of High Pressure Fuel Pipe Supply and Injection for Internal Combustion Engines

盧紅軍 LU Hong-jun

摘要：在內燃機中高壓油管的供噴平衡對于內燃機性能和效益的影響是相對較大的，本篇文章也將目光集中于內燃機高壓油管的供噴平衡的動力展開了分析和探究。

Abstract： In the internal combustion engine， the high-pressure fuel pipe supply and injection balance has a relatively large impact on the performance and benefit of the internal combustion engine. This article also focuses on the analysis and exploration of the power of the high-pressure fuel pipe supply and injection balance of the internal combustion engine.

關鍵詞：內燃機;高壓油管;供噴平衡;動力分析

Key words： internal combustion engine;high-pressure fuel pipe;balance of supply and injection;dynamic analysis

中圖分類號：TK421+.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0052-02

0? 引言

在熱機工業飛速發展的今天，內燃機的應用范圍和應用頻率不斷提高，在這樣的背景下，內燃機的供噴系統控制技術也引起了相關工作人員的關注和重視，在近幾年來針對于內燃機供噴系統控制技術的研究也在不斷的深化和發展，而在內燃機中高壓油管的工作狀態將會從很大程度上影響內燃機工作效能。一旦高壓油管的工作狀態無法得到保障，那么高壓油泵的轉速控制也會受到影響，引擎的熱力效率和熱力穩定性將會從很大程度上受到制約，在此主要分析移動式內燃機在連續運行中的高壓油管供噴平衡的動力分析，高壓油管工作狀態：機械凸輪的轉速變化帶動高壓油泵中活塞的升程在一定范圍內做周期性變化，高壓油泵從低壓區吸入油到閾值壓力，然后燃油通過供油管進入高壓油管，再由噴油嘴噴出，此時完成一個周期的燃油供噴過程。工質燃油在復雜的運行工況中會致使高壓油管內的壓力產生周期性或非周期性變化，從而會影響供噴平衡，所以高壓油泵的轉速控制變得至關重要，即將凸輪轉速控制在合理范圍內，以實現高壓油管燃油的供噴平衡，從而在一定程度上保障引擎的熱力效率與穩定。

1? 高壓油管壓力控制系統分析

一般情況下高壓油管的工作組件包括凸輪、高壓油泵、高壓油管、噴油嘴、針閥、密封座、噴口。燃油經過高壓油泵，通過管道傳輸到達高壓油管，然后由噴嘴噴出。在高壓油管工作的過程當中，燃油從高壓油泵流向高壓油管的壓力與燃油從噴油嘴噴出時壓力做對比，當燃油從高壓油泵流出到高壓油管時的壓力與燃油在噴油嘴壓力相比明顯較大時，單向閥會開啟，這時燃油才可以進入高壓油管，完成一次工作循環，但是隨著工作系統的反復運行，燃油在油管當中的壓力會逐漸的發生變化，這時噴油嘴噴出的燃油量也會出現改變，因為噴油嘴主要由針閥，密封座和噴孔三個結構組成。當然有的壓力滿足要求時針閥升起則完成噴油工作，當燃油的壓力并不滿足于工作需求時針閥下降，噴油嘴不噴油，這時則需要考慮凸輪對于整個工作系統所產生的影響，凸輪的轉動將會直接影響高壓油管的體積和壓力，起到了控制燃油密度的作用，想要實現高壓油管的有效運作，保障高壓油管內部的壓力平衡，從凸輪入手，強化凸輪的控制力度也十分關鍵。

2? 高壓油泵的結構分析

一般而言對于高壓油泵進行研究之前首先需要了解高壓油泵的結構和不同結構對于高壓油泵的性能影響，在對高壓油泵的結構進行分析是我們著重需要先分析高壓油泵內部的結構參數，對于結構參數的分析常常采用Simulink、GT-fuel、AVL-hydsim、 LMS-amesim等技術，通過仿真模擬來了解各個結構對于高壓油泵性能產生的影響，并做出相對應的優化設計，通過對于結構參數的分析來選擇相對應的優化控制方案，但是時常會忽略連續變工的控制和研究，缺乏對變量的參考和分析，所研究的控制策略也就缺乏實踐效用，為了進一步加強對于高壓油泵的控制分析，不斷的優化控制手段，國內外也展開了大量的研究，如德國的PID 控制算法、INCA 在線監測等方式，其中PID 控制算法應用最為廣泛，應用范圍相對較廣，經過大量的推廣和完善也逐漸的成熟，但是仍舊存在著一些缺陷，為此本篇文章在研究和測算的過程當中還應用到了Simulink 和 AMESim模擬模型，以此來推動控制策略的完善和升級。通過設計控制策略（MATLAB/simulink）和一維流體仿真（AMESim）聯合仿真（Freescale CodeWarrior）聯合仿真生成代碼（GW2.8TC HT）的方式分析在不同情況下應當如何采取對應的控制手段。

3? 油泵壓力計算

在對內燃機高壓油管供噴平衡的動力分析過程當中，油泵的壓力計算是首要的內容，需要明確燃油壓力和密度之間的變化關系，這時相關工作人員需要了解燃油物態參數和壓力之間的底層邏輯，進而有效地控制壓力，保證壓力平衡。在確定燃油壓力和彈性模量之間的關系之后可以從燃油壓力和密度聯系和影響展開分析和研究，為了保證可以有效地計算燃油壓力與密度之間的內在關系，可以暫排除油管溫度的影響。結合1stopt軟件，將壓力變化和密度變化確定為E/p，利用下方公式進行計算。

E=1456.16+P/0.945-0.00228P

dP/dp=F（P）/r

P=e-{0.00228P+4.265ln（P+1456.16）-31.28}

4? 活塞運動升程變化

在上文中也有所提及想要實現供噴動力平衡就需要強化凸輪的控制，凸輪是活塞泵的重要動力工作組件，也是控制整個高壓油管供噴平衡的一個重要的基礎。在對柱塞泵的運動分析過程當中首先應當確定額值轉速，在額值算數背景下凸輪開始展開復刻性轉動，由凸輪帶動活塞，當凸輪在轉動的過程當中轉過最小向徑時，柱塞缸內部會流入燃油，而當凸輪轉向最大向徑時，柱塞缸內部的壓力上升，當柱塞缸內部壓力達到100mp時展開供油工作，這樣就完成了一次供油操作，以此循環往復完成有效控制，在對活塞運動的生成變化進行分析和研究的過程當中，首先需要明確凸輪的邊緣曲線和角度之間的內在聯系，然后在確定凸輪的邊緣曲線和角度之后，引用下方公式。

H=2.41*cos（0.99a+0.01934）+4.826/1000

在此之后我們展開柱塞高度和進油時間的關系分析，假設當活塞運動達到最高點時，柱塞高度為H2在這里，我們根據實踐調查將柱塞的最高點也就是H2，確定數值為7.239mm，當H2的數據為7.239mm時，柱塞腔容積為20mm3，假設柱塞腔總高度為H3，在計算得出H3數據為8.24mm時，我們分析假設如果H1的數據為2.413mm。柱塞運動達到下至點，也就是最短距離，因為柱塞運動為周期運動，所以柱塞從上至點到下止點經過一周期又回到原來位置，我們分析如果柱塞高度達到x時開始出油，而從上至點到x點時油泵不出油，在柱塞運動過程當中臨界點。得出數據HX為2.724984788mm。

5? 噴油量計算

在對噴油量計算的過程當中，我們需要著重考慮的則是噴嘴針閥的運動，噴嘴針閥是主要控制噴油量的重要組件，也是控制壓力的一個重要模塊。正因為針閥運動與活塞泵的控制系統進行有效配合，才可以讓高壓油管內部的供壓得到有效平衡，基于此我們在對針閥的升程變化進行分析的過程當中，通過分析針閥頭部和密封座的相對關系來確定出油量。

6? 噴油質量控制分析

經過以上的數據計算和分析，再接下來需要考量的則是噴油質量的控制條件。可以利用獨立系統控制的球形針閥頭部向徑的變化分析噴水燃油的量級，以此來分析噴油質量。

7? 分析與討論

在本次文章的分析和研究的過程當中我們通過整合了油泵壓力、高壓油管壓力控制系統以及噴油量活塞運動的升程變化和噴油質量控制分析等相關的內容研究得出了高壓油管燃油壓力的影響因素，當燃油壓力接近100mp時做出的反應和調整進行了簡單的分析和探究，得出了凸輪的轉速以及凸輪的控制節奏和控制方案，同時對噴嘴針閥進行了分析和研究，通過對噴嘴針閥和凸輪之間的內在聯系，明確了在內燃機高壓油管供噴平衡動力分析的過程當中兩個重要的組件及凸輪和噴油嘴針閥，相關工作人員在工作開展的過程當中應當分析凸輪的轉速、凸輪的角度和針閥的控制形成有效的控制系統，保證在高壓油管實際工作的過程當中燃油從高壓油泵向高壓油管流經的壓力與噴油嘴噴出時的壓力形成有效平衡保障，內燃機高壓油管供噴平衡。

本篇文章主要分析了在內燃機高壓油管工作開展的過程當中供油平衡的動力問題，利用凸輪和柱塞的關鍵影響因素，分析了在高壓油泵內變化的壓力轉變為高壓油泵內燃油密度變化，利用凸輪轉動引發系統體積變化與燃油密度相聯系轉變為用凸輪角速度及燃油體積密度，保證質量守恒，以此實現了高壓油管內壓力調整，經實驗數據和仿真結果擬合檢驗該模型計算所得的供油周期與仿真結果擬合度相對較高，能夠通過供油周期的控制實現高壓油管內的壓力調控，因此該模型具備著較高的實踐應用價值，可以為內燃機供油壓力平衡提供更多的幫助和思考，相關工作人員可以在實踐工作開展的過程中通過凸輪、柱塞、針閥等關鍵部位的優化實現宏觀控制，在數據對比的過程當中可以了解到當高壓油管的壓力值穩定在100時，本次研究的研究方案可以落實于實踐當中，在確定額定轉速的情況下，利用供噴關系的穩定性，提高高壓油管工作的效率和質量，保障高壓油管的性能，有效發揮提高運行的效率同時也提高運行的安全性，可以應用實踐。

參考文獻：

[1]宋常修，張善瑩，崔忠瑞，張雅婷，邵玉昕.高壓油管的壓力控制方案[J].工業技術創新，2021，08（02）：132-137.

[2]余婷，陳志宏，田晨晨，金樹林，馮繼林.高壓油管的壓力控制[J].內江科技，2021，42（03）：28-31.

[3]周帥，任燕平，劉冰，李偉東，何文運.柴油機高壓油管加速載荷譜編輯研究[J].噪聲與振動控制，2018，38（04）：34-38，44.

[4]湯東，張明.基于FPGA和USB接口的內燃機數據采集系統設計[J].儀表技術與傳感器，2015（03）：53-55.

[5]李坤侖，李佳聰.內燃機高壓油管供噴平衡的動力分析[J].內燃機與配件，2021（11）：79-81.

[6]魏云鵬，范立云，陳康，白云，顧遠琪.船用柴油機高壓共軌系統多構型噴油一致性研究[J].哈爾濱工程大學學報，2021（09）：1-11.

[7]葉涵，沈陸娟，趙沈杰，柯玉荷.基于全局優化模型高壓油管壓力控制研究[J].科學技術創新，2021（16）：57-59.

[8]李杰，姜明文.某型柴油機高壓油管斷裂失效分析及改進[J].內燃機與動力裝置，2021，38（02）：47-52.

[9]呂曉辰.高壓共軌系統高壓管路壓力波動特性仿真研究及結構優化[D].北京交通大學，2016.