基于提前喷射的共轨电磁阀运行的仿真实验评估
Andrea Piano and Federico Millo
Politecnico di Torino
Lucio Postrioti, Giulia Biscontini, and
Andrea Cavicchi Universitagrave; degli Studi di Perugia
Francesco Concetto Pesce
General Motors Powertrain Europe
摘要：
燃油喷射系统的选择和调试时柴油机自动化设计工程师的首要任务之一。实际上，燃油喷射决定了污染物的排放、燃烧噪声、燃油效率等众多的相关参数因而与燃烧状况密切相关。从发动机的最优化设计角度看，进行仿真计算，对燃油系统的关键运行参数设置有指导作用，可以减少得到发动机最终布局配置的实验次数，进而大大提高工作效率。
在这之中，对用于柴油机共轨系统的强力电磁阀特征的完整描述是通过一维的商业计算软件GT-SUITE进行计算的。喷射阀的仿真主要通过三个关键的子模型（电磁力模型、液力模型、机械模型）的建立和耦合来实现。
通过从Zeuch方法的数学分析得到的实验数据证实该模型是有效的。为此目的，实验所采用的喷射频率和与轨压相关的喷油量是根据喷油器在不同工况下的喷油策略得到的，特别是有代表性的欧洲循环驾驶法下的工况。在不同通电和断电的条件下的特征，关系着喷油器提前动作能力的评估和模型对喷油系统在恶劣条件下运行（如喷油间隔紧密）的仿真能力的评价。
引述：
Piano, A., Millo, F., Postrioti, L., Biscontini, G. et al.，等人，“通过数值模拟和实验对高压共轨喷射电磁阀在喷射提前角下运行的评估”SAE Int. J. Engines 9(1):2016, doi:10.4271/2016-01-0563.
概述：
燃油喷射机构作为直喷式内燃机的关键子系统控制着混合气、燃烧压力等许多元素。特别是，对压燃式内燃机的燃油精确计量中，依照要求的的燃油速率时间表和燃烧室内燃油喷雾传播的一致性都是和燃油喷射系统的动作精密相连的。为了满足现代的汽车在燃油效率、燃烧噪声、污染物排放水平方面的要求，就必须完成这一系列复杂的任务。
喷射系统的设计在去年依旧持续的发展着，用以满足复杂的、多方面要求的喷射策略，才能具有良好的燃油喷射频率，因为对燃油喷射频率的控制是柴油机燃烧发展进程的最有效的控制途径。在第一代共轨喷射系统中，喷射策略的功能是基于降低停留时间、减少相关性和调整燃油单次喷射速率，从而着重提高缸内燃烧的可控性。喷射系统完成复杂的喷油策略的能力，大部分是依靠改善后的允许有较低的循环喷射时间间隙的喷射发动态相应能力；显然，只有当系统的燃油喷射计量和喷射速率是稳定可靠的,依照电磁阀发展的统一规定，电磁阀的动态特性具有实际的可开发性。
在本方案中，高压共轨电磁阀的引进是高速响应系统发展的重要一步，针阀的运动不再限制于机械运动，而是决定于系统的液压力惯性质量。通过试验和数值计算的工具来帮助系统达到协调，越来越需要有丰富的高压共轨系统的相关特征参数。燃油喷射的潜力发展和燃烧策略的完善需要有强大可靠的数字工具来仿真喷射和燃烧系统的运行，并且是尽量能够在互相关联的仿真环境，这样可以有效的减少在液压台架和发动机台架上得试验次数。
在研究项目的中期阶段，意在开发出一种综合的计算工具，用来仿真喷射系统和整机系统的运行，并且已经在GT-SUITE中建立起有效的一维的强力电磁阀的数学模型。模型的有效性意味着，基于Zeuch方法建立的燃油喷射分析器已经获得相关的试验数据。
喷射系统的一维模型近来向更加复杂的喷射策略发展，目前的研究目标是开发出一种设计工具针对向燃油喷射系统在部分工况下的运行，特别是适合新的欧洲排放法规的循环工况。事实上，尽管有一些发表的论文是有关于柴油机一维模型的发展，但是像关于在相对长时间的运行下，关注喷油动作的有效性，多项喷油策略的自动化的运行等方面的论文并不多。
喷射系统在多种不同的喷射策略和轨压下运行，依照从液压试验台（不同喷射速率和共轨压力试验）获得的结果，以此来调试一维喷射阀模型，从而获得满足足够精确的，具有指导性的复杂条件下的喷射速率，降低喷射阀的停止间隙。
试验设备
正如概述中所说的，该项工作的目的是相应的模型建立和对商业化的二代共轨电磁阀的校订，通过相关实验测试的喷射速率和总喷射量的数据对其进行确认。
为了验证喷射阀的一维模型，在获得所有的阀体的几何尺寸之外，同时需要获得轨压随时间变化、线圈实时通断电信息（模型的数据输入）和喷射速率曲线（用以对比模型的主要输出结果）的相关数据。实验所使用的设备将在下一章节进行详细的说明。
内部几何形状
通过对电磁阀的内部几何检测，进而获得相关的几何特征。喷嘴、Z孔、A孔是喷射阀的关键部分，是气蚀现象产生的位置，因此需要精确的检测。本文中，几何参数的测定技术是通过使用特殊的树脂制作出物理模型来获得，然后通过扫描显微镜获取数据输入到三维制图软件进行数据处理和生成图像。
本项工作采用了一种新的方法：具体的说，就是3D扫描技术在电磁阀上的实际应用。该技术是现今行业里的最前沿技术；3D扫描技术可以完全不损坏，不接触物体从而获得物体的内部和外部的三维尺寸。CT扫描仪由x射线发射源、定位系统、探测器和计算机进行数据采集和处理。原理如下：从不同角度获取一部分射线图像；然后，所有将获得的图像结合在一起，通过部分切片的虚拟重建；将不同的连续切片处理合成，就可以建立起三维可视化图像。对传统长度测量系统，这项技术具有很多优势，尤其是减少了测量时间，包括扫描、重建和分析时间[13],[14]。下图为喷射器通过CT扫描生成的样例，如图1所示。
图1 电脑扫描影像
喷射分析仪
实验液压数据用于优化和验证由佩鲁贾大学喷雾实验室专用的STS喷射分析仪，获得的GT-SUITE电磁喷油器一维模型。这个仪器是为了同时测量，在给定条件下，全局喷射量和喷射速率随时间的变化(连同其他动态信号如共轨压力喷射器，喷射器状态，针阀抬升)。运行条件由共轨压力和喷射策略决定，该分析仪器通过调整2n-1个参数(n ET值和n - 1 DT值)，来分析系统的动作。平均喷射量和动态信号在同一喷射动作下获得，既可以用于反应稳态情况，也可以用于分析瞬态情况。在多次喷射策略的实验中，每次喷射的喷射量数据也是可以分别导出。
STS喷射分析仪的喷射速率测量是根据策尔西法，即喷射在一个封闭的、体积确定的、充满相同液体的腔室中进行。在喷射时，喷射体积Delta;V被喷入测量室，密闭腔室的初始压力为固定的50bar，所以压力变化据方程1为：
k是液体体积弹性模量、V是测量室体积。
由方程1得喷射速率为：
测量室的压力随着时间和流体温度的变化，通过压阻传感器(基斯特勒公司4075 -A100)检测。在每个喷油
全文共14607字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[145126]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
