英语原文共 15 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
不带共轨管的共轨系统：
新一代FIS的DI-HCCI级别的开发，理论实验分析和性能增强
A. E. Catania, A. Ferrari, A. Mittica and E. Spessa Politecnico di Torino
摘要
提出并实现了一种用于共轨（C.R.）燃油喷射系统的新型液力布局。 用高压油管接头代替了共轨，从而具有更快的动力系统响应发动机瞬态响应，较小的压力感应应力并显着降低了生产成本。 与内部容积为20至40 cm3的商用共轨相比，这种接合处提供的液压容量约为2 cm3，并且主要功能是将泵的输送管道连接到电控喷油器的进料管上。 在新颖的FIS布局设计中，高压油管道尺寸的选择对于优化系统性能至关重要。选择并应用长度和内径超出实际生产范围的喷油器供油管道，以稳定系统压力水平。 喷射事件并减少压力波振荡。
新的喷射系统得以实现，并在类似于发动机的工作条件下在高性能Moehwald-BoschMEP2000-CA4000试验台上进行了试验。 对于单次注射，新系统的注射性能显示出与商用C.R.相似。 此外，对于多次喷射，通过减少总体喷射燃料量对顺序喷射事件中的停留时间（DT）的依赖性，大大改善了创新的布局动力学。 使用液压布局解决方案来防止喷油器之间发生共振流动现象，以最大程度地减少喷油器之间的流体动力干扰。 结果证实，共轨电容不是压力波扰动衰减的关键参数，而喷油器进油管的尺寸确实对这些影响很大。
另外，实现了对最新的螺线管产生的商用Multijet电控喷油器的改进，以合理地降低无融合依次喷射时的DT限制，从而在HCCI燃烧应用水平上增强了这种部件。 喷油器的设计基于对系统动力学的综合实验理论分析，是使用先前开发的C.R.数值模型进行的。 讨论了喷油器特性的实验结果。
引言
经过大约十年的投产，采用Multijet技术的C.R.柴油喷射系统达到了先进的水平，确保了喷射量的准确性和可重复性。
当前对柴油发动机C.R.系统的大多数工业研究都集中在替代设计解决方案的开发上，这些解决方案既可以在显着降低成本的情况下保持系统性能，又可以在不增加任何额外费用的情况下增强系统性能。
从这个角度来看，为开发新的低价压力水平控制策略和液压布局需要做大量工作。 传统的压力控制设备在泵的出口（或一个共轨末端）安装了一个电动阀，该电动阀排放了相对于喷油器要求而言多余的泵送燃油。 电动阀通过安装在共轨中的低频压力传感器的信号进行反馈控制。 这种调节策略的特征在于，由于节流油的量较大，因此在部分负荷下效率较低（[1]）。 最近，基于共轨压力传感器的信号，制造了使用泵入口流量控制装置的CP1H型高压泵，从而提高了压力控制系统的工作效率。 在这种情况下，泵仅压缩喷油器所需的燃油量（[2]）。
开发创新的低成本水力布置的关键是评估共轨内部容积对系统动力学的影响。 在商业蓄压型电子控制的燃油喷射系统中，共轨的主要功能在于其电容特性。 由于蓄压器引入的液压惯性，蓄压器相对较高的容积（即2040 cm3）一直被认为是维持高压回路内部压力稳定水平的基础。 显然，为了保证在连续的发动机循环中喷射的燃油量的准确性和可重复性，必须足够接近共轨压力的特定标称值的高压力水平。
在[3]中进行了蓄压量低于典型生产范围的实验分析。通过将已校准的金属棒插入共轨，可以有效地减少蓄压器内部容积。有趣的是，观察到轨线容积并没有像它可能影响喷油器性能和对喷射的系统动态响应那样重要。的确，高压控制能力是由共轨电容和压力调节阀的协同作用产生的。尽管压力调节器的动力学特性取决于共轨尺寸，但高压控制系统仍能够将压力水平充分保持在所有分析设置的名义值附近。根据这一结果，可以开发出两种不同的指导方针来开发创新的CR液压布局：一种导致没有油轨的高压回路，另一种导致油轨容积大于生产中（至少60cm3）但没有压力控制的系统。后一种策略在泵入口处需要一个开环流量控制器，因此需要ECU的特定映射，以便泵可以提供每种工作条件下所需的燃料。
关于电控喷油器的性能，需要新的多次喷射策略来充分利用新颖的HCCI燃烧概念，由于其在降低发动机PM和减少NOx排放方面的潜力，这引起了汽车制造商的关注（[4-8]）。 喷射率模式，脉冲之间的质量比和脉冲数（最多8个）已显示为HCCI燃烧模式的决定性参数（[9]），以实现燃料与空气的充分混合并避免壁撞击（[10， 11]）。 还发现（[12]），对于较晚的喷射情况，较短的DT导致较低的燃料分层。 所有这些前提都支持一种设计方法，该方法旨在制造能够以少量和可重复的燃料量运行大量喷射的喷油器。 尽管压电技术最有可能实现这些目标，但由于其相对于压电控喷油器的成本较低，因此应努力充分利用螺线管系统的潜力。
为了使螺线管C.R.系统能够以彼此靠近的方式执行更多的喷射过程，应设计新的喷油器，以避免在接近电流脉冲时将两个连续的喷射融合在一个喷油器中。 由先前开发的一维仿真代码（[13]）进行的参数测试表明，最大针阀升程在注射融合阈值（[14]）上起着关键作用。 因此，对于提议的创新性FIS分析新的喷油器设计解决方案非常有用，以便在DI HCCI应用级别实现更灵活的性能控制和增强性能。
在当前工作中，提出并实现了不带蓄压器的新一代C.R.液压布置。 提供了新颖系统的设计密钥。 将其单次和多次喷射性能与商业C.R. FIS的性能进行了比较。 最后，通过集成的数值实验方法，开发并测试了在HCCI应用水平上得到增强的商用电控喷油器版本。
实验设施
实验活动是在Politecnico diTorino的IC发动机高级实验室（ICEAL）上安装的高性能测试台Moehwald-Bosch MEP2000CA4000上进行的。该测试台最大功率为35 kW，最大轴速为6100 rpm，可以模拟实际的发动机工作条件和 喷射系统瞬态操作（[15]）。它配备有以下主要测量仪器：EMI2，用于测量整个喷射油量，以及分别测量多次喷射时的喷出量； 博世类型的喷射率指示器EVI（[16]）； 压阻传感器可监测注入器入口处雷亚兰地区的压力，流体温度传感器。
以下数量受到控制：轴速度，油温，泵进料压力，泵定相，共轨压力（后者的调节器位于泵交付时，以消除对喷油器进料管中压力波动力学的影响） ）。 高压Radialjet泵通过l = 300mm和d = 3.0mm的商用管连接到共轨。 使用用于在Lab-View环境中进行数据采集的自制软件来监视实验。
无轨系统设计
高压油管接头
拟议的FIS源自最新一代螺线管的Multijet C.R.，适用于1900 cc发动机，其中的共轨被高压油管接头代替。 它具有将泵连接到注入器的功能。图1显示了在ICEAL建立的平行六面体原型连接的截面。 其宽度和厚度来自简单的结构分析计算，以1800 bar和150°C为最大流体压力和温度，其长度取决于发动机气缸的尺寸和数量以及喷油器供油管的长度。 该连接处为液压回路提供了2 cm3的累积容积。 交界处的内部连接通过一系列易于自动进行的操作进行了钻孔。 相对于传统上由锻造厂生产的钢轨，生产联结成本明显降低。
通过焊接熔化工艺（博世专利）。 此外，该结可以减轻应力，并易于安装应用程序
不带内部金属棒的喷油器上游过滤器主体（图2）被拧到端口1至5，以便更轻松地连接压力管。 在每个管接头连接处，密封是通过一个金属油环实现的，该金属油环设置在接头内的螺旋螺纹释放口中，并由过滤器主体压缩。 泵输送的流体通过端口5进入连接处。喷油器供油管连接到端口1至4，端口1至4在三个不同的连接面上加工，以尽可能减小尺寸。 标有6的孔用作压力传感器位置。 它几乎放置在连接点的中间，以便平衡对四个喷油器的压力控制。
供油管尺寸
对于ETpil = 400mu;s，ETmain = 600mu;s，在pnom = 1000 bar，n = 2000 rpm时的新系统执行的先导-主进样，图3报告了DT范围为1000-4500时测得的主喷射燃油量与其平均值的最大百分比偏差。 Ps，取决于供油管内径。 更详细地，Vmax定义为：
是DTmin = 1000 Ps和DTmax = 4500 Ps。 绘制的实线曲线插值了通过测试具有不同直径的喷油器供气管获得的实验数据，直径在2.4 mm-4.2 mm范围内彼此相差0.2 mm。 如图所示，当使用具有较大内径的喷油器进料管时，随着DT的变化，主喷射量波动的最大幅度减小。 但是，增加管径的好处逐渐减少，因此不值得超过d = 4 mm。 Vmax的实验值
图3 –在DT变化下，主注入量的最大标准偏差与管道内径的关系
标签中报告。 图1表明，管长在喷油器燃油量波动中也起着重要作用。 这些值是在与图3相同的工作条件下针对不同的入口管尺寸进行测量的，表明在DT改变的情况下，将管缩短为固定的内径始终可以有效减少主喷射量的波动。 在[17]中，对于共轨容积为20 cm3的商业系统，获得了类似的结果。 但是管道不能太短，因为它们将共轨与安装在气缸盖上的喷油器连接起来。 它们的长度主要取决于气缸孔的大小，对于考虑的1900cc发动机排量，不宜考虑短于100毫米的喷油器供油管。
此外，在有共轨的情况下，喷油器之间的流体动力相互作用[18]可能很小，主要是因为喷油器进油管的长径比很小。位于泵出口的压力控制阀无法阻止喷嘴关闭触发的压力振荡通过共轨从一个喷油器传播到另一个喷油器。但是，在商用系统中，由蓄压器本身来抑制这些扰动的传递。另一方面，在新系统中，即使对于短直径和大直径的管道，喷油器之间的流体动力相互作用也很重要。喷嘴之间的扰动效应，选择成对相等的喷油器供油管，这样两个喷油器一个接一个地工作（点火顺序为1、3、4、2，在图1中）不会共享相同的几何形状更具体地说，连接到端口1和4的管道的长度为125毫米，直径为3.8毫米，而连接到端口2和3的管道的长度为100毫米，直径为4毫米。目前，欧洲的发动机是ICEAL生产的原型解决方案。
新一代系统性能
新一代FISwas的喷射性能与最新一代Multijet C.R.系统的性能相比，具有以下主要特征：共轨容积为20cmsup3;，喷油器进料管长度为125 mm，直径为2.4 mm。 取四个具有标准设置的电控喷油器，即，L ＝ 0.43mm，6个喷嘴孔。 喷油器1安装在EVI上，喷油器4安装在EMI2设备上。
图4,5分别显示了在创新和传统系统的单次进样中，在pnom = 1000 bar和ET = 1000 Ps的情况下，在一次创新的系统中，喷油器入口处的实验压力和EVI压力曲线（[18]）的喷射容积流量的时间历程。 。 在这两种情况下，在注射端的喷嘴关闭都会引起自由压力振荡（[18]），该压力通过管线分别从喷嘴尖端传播到接合点或共轨。 即使在其他情况下存在一致的铁路电容，图4的振幅也要比图5的低得多。其结果与[17]中的一致，其中[17]分析了铁路电容和供油管道尺寸的单独影响。 ，显示出蓄压器容积对压力波强度和频率的影响几乎可以忽略不计。 为了支持这一点，图6绘制了测得的自由振动频率f与共轨容积的函数关系，并保持了l = 125 mm和d = 2.4 mm的管道尺寸。
因此，由喷嘴关闭触发的声波动力学主要取决于喷油器供油管的尺寸，更粗大的油管会导致压力波动幅度减小（图4中的l = 125 mm，d = 3.8 mm），而在图4中5 l = 125毫米，d = 2.4毫米）。这也与图3和Tab中的结果一致。图1示出了相对于DT的注入容积变化。然而，在图1和图2中，通过喷油器入口压力围绕其波动的平均线的时间分布示出了蓄压容积对系统动力学的影响。 4、5。这条线几乎是水平的，等于图5中的标称压力值1000bar，而在图4中，它在注射阶段减小，然后在喷嘴关闭后增加。从物理数学的观点来看，该平均线代表基本该术语是喷油器入口压力时间分布的傅里叶级数近似值，代表路口或共轨内的压力时间历史（[18]）。根据整个高压回路的质量守恒定律，采用集总参数方法，可以获得：
是：psys是系统平均压力，是声速，Vacc是系统蓄压量，泵取泵所输送的质量流量，喷射喷油器通过两者排出的燃料的总质量流量。
喷嘴打开和先导阀。在喷嘴打开期间，阀杆gt;泵m，因此psys减小，而在注射结束后阀杆m lt;泵m，因此psys升高。 当Vacc为时，psys变化率增加。
如图4、5所示。新系统的低液压惯性使其速度更快，从而更好地响应发动机瞬变。 压力调节器可补偿共轨和接头的不同液压电容。 因此，喷射开始时的压力（t-t0 | 0.6 ms）在带有接点的布局中保持较高（图4中的1050 bar，而不是图5中的1025 bar），从而在喷嘴关闭阶段开始时（t -t0 | 2 ms）的压力水平在两种情况下几乎相同，即980 bar附近。 整个喷射过程中喷油器入口压力的时间平均值定义为：
W | 1.8ms是喷射时间持续时间，即开喷嘴时间。 在两个被检查的情况下，其值大致相同，其差异小于2％（图4中，injp = 1020bar；图5中inin = 1002bar）。 因此，取决于ininjp的循环燃料喷射量在两种情况下（| 60 mm3）实际上具有相同的值。 实际上，在有轨和无轨的情况下，注入的流速模式也显示出相似的结果。 特别地，最大流量值，喷射持续时间和曲线形状实际上是相同的。
图7和8报告了在n = 2000 rpm时pnom = 1250 bar和ET = 400 Ps时，两个系统对单次喷射的动态响应。 特别地，图7指的是不带共轨的创新布局，图8指的是更常规的生产C.R.系统。同样，两种布局的流速时间分布实际上相同。 在图7中，与图4不同，喷油器入口压力的基本中线并未显示出减小的趋势。事实上，内径大的喷油器入口管的应用为系统提供了额外的液压电容，从而支撑了压力 如图7所示，当注入量不
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[240485]，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。
