车用柴油机双弹簧喷油器喷射特性研究

摘要

本文全面研究了双弹簧喷油器喷射特性。分析了双弹簧喷油器的不同结构参数对喷射特性的影响。在液力模拟计算和试验验证对比基础上，对双弹簧喷油器系统的喷射压力、喷油量、预喷油量、喷油定时、喷油持续时间及喷油速率的特点进行了研究。并对双弹簧喷油器的针阀基本运动方程进行了详细的推导。分析了燃油系统结构参数对双弹簧喷油器喷射特性的影响。通过大量的数值模拟和试验验证对双弹簧喷油器喷射特性进行了理论分析和研究，取得了一些具有重要的学术意义和实用价值的结果。1.本课题详细推导出双弹簧喷油器喷射系统的计算数学模型。对柱塞、出油阀等运动件分阶段地进行了推导，并对双弹簧喷油器的针阀运动方程按一级升程、二级升程分阶段地进行推导，为了解双弹簧喷油器的喷射特性提供了理论基础。并对液力模拟计算模型进行了介绍，详细介绍了双弹簧喷油器的建模及对一些关键参数进行了说明。2.本文在国内首次运用HYDSIM液力计算软件对双弹簧喷油器的喷油系统进行了模拟计算分析。模拟和实验对比验证研究表明，双弹簧喷油器的一、二级升程，一、二级弹簧刚度及一、二级弹簧开启压力的参数选择是决定双弹簧喷油器调节喷射初期喷油量的功能以及一、二级升程的开启时间和喷射压力的关键参数。减少一级升程、提高一、二级开启压力能有利于控制喷射初期的喷油量。其中一级升程对控制喷射初期喷油量起关键的作用。一、二级弹簧刚度对喷射压力有少许影响。3.本文通过单、双弹簧喷油器喷射特性对比研究，双弹簧喷油器与单弹簧喷油器喷射特性有明显的不同，在所研究的系统中，在1000r/min以下的中、低转速情况下，一级升程开启阶段明显，从而使一级升程有明显的调节喷射初期喷油量的效果，实现⊿型喷油速率能起到先缓后急的调节功能。在高转速情况下，一级升程开启阶段变得不明显，接近于常规单弹簧喷油器针阀升程的运动规律。4.本文研究分析了双弹簧喷油器高压喷射燃油系统的系统结构参数对双弹簧喷油器喷射特性的影响。分析了四种不同出油阀对双弹簧喷油器喷射性能的影响，对等容出油阀供油特性进行探讨，对比分析了不带削扁和带削扁等容出油阀供油特性，并分析了不同削扁量对低速供油特性的影响。由于高压喷射引起了双弹簧喷油器系统的二次喷射，为消除二次喷射对阻尼阀和等压阀方案进行探讨，并详细分析了阻尼阀、等压阀的一些重要结构参数对双弹簧喷油器喷射特性的影响。5.本文联合使用AVL的HYDSIM和BOOST两个软件对双弹簧喷油器喷射特性及其对发动机性能的影响进行了初步的模拟探索。本文对双弹簧喷油器喷射特性的研究，希望为国内设计开发双弹簧喷油器提供有价值的理论参考。本文结合企业项目，通过近1年半时间的研究，已达到令人满意的预期要求。关键词:柴油机，双弹簧喷油器，喷射特性，试验分析，模拟计算，⊿型喷油速率，燃油喷射系统

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章 引言

1.1课题的研究背景

1.1.1 柴油机的特点及车用发动机柴油化的背景

1.1.2柴油机的大量使用对能源和环境的影响

1.1.3柴油机的大量使用对能源和环境的影响

1.1.4 国际上柴油机的发展趋势

1.2燃油系统的喷射特性对柴油性能有直接的影响

1.3 国内外双弹簧喷油器的研究动向

1.3.1 国外双弹簧喷油器的研究及应用

1.3.2国内双弹簧喷油器的研究情况

1.4本文研究的主要内容

1.5 参考文献

第2章双弹簧喷油器燃油系统液力计算理论分析

2.1 燃油喷射系统计算的发展

2.2燃油喷射系统的数学模型及分析

2.2.1 高压油管基本方程

2.2.2油泵腔、喷嘴腔、共轨管或蓄压腔基本方程

2.3燃油喷射系统的数值计算方法

2.4燃油喷射系统的软件计算模型及分析

2.4.1 HYDSIM液力计算软件介绍

2.4.2双弹簧喷油器结构及工作原理

2.4.3双弹簧喷油器燃油喷射系统建模分析

2.4.4 HYDSIM软件对三大腔说明

2.5燃油喷射系统数值模拟的发展方向

2.6本章小结

2.7参考文献

第3章双弹簧喷油器燃油系统喷射特性分析

3.1研究目的

3.2测试方法

3.2.1喷射特性测试

3.3试验对象及其技术参数

3.3.1试验燃油系统针对柴油机的匹配

3.3.2燃油系统的主要技术参数

3.4试验仪器及设备

3.5试验结果与仿真结果对比分析

3.5.1双弹簧喷油器燃油系统建模

3.5.2 对比分析

3.6双弹簧喷油器喷射系统仿真计算分析

3.6.1计算结果分析

3.6.2预喷射分析

3.6.3双弹簧喷油器预喷射特点

3.7不同的结构参数对双弹簧喷油器燃油系统喷射规律的影响

3.7.1 柱塞直径对双弹簧喷油器喷射压力的影响

3.7.2高压油管长度和管径对双弹簧喷油器喷射压力的影响

3.7.3三大腔的容积对双弹簧喷油器喷射压力的影响

3.7.4一级、二级弹簧刚度对喷油压力和喷油持续期的影响

3.7.5一级、二级弹簧刚度合理的选择

3.7.6一级、二级弹簧刚度对座面冲击影响

3.7.7一级、二级弹簧开启压力对喷射压力和喷油持续期影响

3.7.8不同喷孔个数和尺寸对喷射压力的影响

3.7.9压力室容积对喷射压力和喷油持续时间的影响

3.7.10燃油弹性模数对喷射压力的影响

3.8本章小结

3.9参考文献

第4章双弹簧喷油器和单弹簧喷油器喷射特性比较

4.1 研究目的

4.2试验对象及其技术参数

4.2.1试验对象

4.2.2试验用的喷油器

4.3试验设备及测试方法

4.4试验结果对比

4.4.1 中、低转速工况下比较

4.4.2额定工况下比较

4.5双弹簧喷油器和单弹簧喷油器的建模分析

4.5.1单、双弹簧喷油器结构对比

4.5.2单、双弹簧喷油器燃油喷射系统结构参数

4.5.3单、双弹簧喷油器燃油系统的建模

4.6单、双弹簧喷油器系统仿真分析

4.7消除两次喷射的系统方案

4.7.1 改进的系统模型

4.7.2 仿真结果及分析

4.8单、双弹簧喷油器喷射系统的重要参数比较分析

4.8.1喷油提前角和喷油持续时间比较

4.8.2嘴端喷射压力比较

4.8.3喷油速率的比较

4.8.4针阀运动速度分析

4.9本章小结

4.10参考文献

5不同出油阀结构对双弹簧喷油器燃油系统高压喷射特性的研究

5.1研究目的

5.2试验研究方案一

5.2.1试验对象及其技术参数

5.2.2试验用的喷油器

5.2.3试验结果及分析

5.3实验研究方案二

5.3.1实验目的

5.3.2实验对象及主要技术参数

5.3.3实验设备

5.3.4实验与仿真对比验证

5.4等容出油阀及带削扁的等容出油阀对比分析

5.4.1参数说明及建模

5.4.2仿真结果及比较分析

5.5消除二次喷射设计方案一：阻尼出油阀

5.5.1 阻尼阀工作原理

5.5.2阻尼出油阀参数说明及建模

5.5.3阻尼出油阀仿真结果及分析

5.5.4阻尼出油阀重要结构参数对喷射性能的影响

5.6消除二次喷射设计方案二：等压出油阀

5.6.1 等压出油阀工作原理

5.6.2等压出油阀参数说明及建模

5.6.3仿真结果及分析

5.6.4等压出油阀重要结构参数对喷射性能影响

5.7本章小结

5.8参考文献

第6章双弹簧喷油喷射特性对柴油机性能影响

6.1 P系列双弹簧喷油器喷射性能

6.1.1 P系列单、双弹簧喷油器燃油系统的主要参数

6.1.2 P系统双弹簧喷油器的特点

6.1.3 P系列单、双弹簧喷油器系统建模

6.2 P系列单、双弹簧喷油器系统仿真结果

6.3配P系列单、双弹簧喷油器的柴油机系统仿真分析

6.3.1 HYDSIM和BOOST结合起来使用的思路

6.3.2 HYDSIM和BOOST结合使用的步骤

6.3.3柴油机系统建模及其的主要参数

6.3.4仿真结果分析

6.4本章结论

6.5参考文献

第7章 全文总结和工作展望

致谢

附录：喷油泵凸轮型线

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果