汽車高壓油管的壓力控制

楊興宇

摘要：本文以汽車內高壓油管的壓力為研究對象，建立單向閥時長控制模型和三次函數擬合模型，并給出優化方案。運用模型求出使汽車內高壓油管的壓力達到相對平衡時單向閥開啟時長為0.28s，凸輪角速度為0.15rad/ms。結合實際情況，得到最優單向減壓閥控制方案為96.9ms工作一次，每次工作時間3.91ms使高壓油管內的壓力保持平衡，提高發動機的工作效率。

關鍵詞：單向閥時長控制;三次函數擬合;優化模型

0 ?引言

汽車的高壓油管內燃油進出的間歇性工作過程會導致管內壓力變化，使噴出的燃油量出現偏差，影響汽車發動機的工作效率?，F有一汽車的高壓油管改變單向閥開啟的時長、調整高壓管內凸輪的角速度和增加單向減壓閥，使高壓管內壓力穩定在100MPa左右。如果將高壓油管內壓力增加到150MPa，當分別經過約2s、5s和10s調整后均能達到穩定。本文將針對問題給出相應數學模型，調整高壓油管內壓力變化，提高汽車發動機的工作效率。

1 ?單向閥時長控制模型

1.1 單向閥時長控制問題分析

通過設置單向閥每次開啟的時長，使汽車內高壓油管的壓力穩定在100MPa左右，針對此問題建立單向閥時長控制模型。據已知燃油壓力、密度畫出圖像，擬合出函數表達式。得出當壓力為160MPa時燃油密度，通過進出高壓油管的流量表達式，可知單位時間流入和噴出的噴油總量。為滿足管內壓力恒定，列出進油量與噴油量的關系式，求出開啟時長。結合模型，讓管內的壓力從100MPa增加至150MPa，經過約2s、5s和10s的調整，使管內壓力均能穩定在150MPa。

1.2 模型假設

①汽車的高壓油管不發生形變。

②汽車內高壓油管的壓力改變不影響其溫度變化。

③汽車的高壓油管在噴油和供油過程中無油量損耗。

1.3 符號說明

綜上汽車的單向閥每次開啟的時長為0.28s時，高壓管內壓力盡可能穩定在100MPa。每次開啟時長為0.34s時，分別經過2s、5s、10s調整后，管內壓力穩定在150MPa。

2 ?三次函數擬合模型

2.1 確定凸輪角速度問題分析

汽車的高壓油管內壓力穩定在100MPa左右，為確定凸輪的角速度。本文建立三次函數擬合模型。求出噴油嘴一個周期內噴出總油量[2]，由周期內針閥升程與時間的關系，對數據進行三次函數擬合，得出圖像和回歸函數表達式。結合噴油嘴實際模型與針閥升程關系，得出不同時刻下噴油嘴的針閥與密封座橫截面的空隙面隨時間變化情況。根據周期內油管的流量，積分算出總油量?；趩栴}1為穩定管內壓力恒定，高壓油泵的進油量與出油量相等，求出進入油管流量。進而得出總時間。凸輪在經過轉軸驅動柱塞上下移動過程中，求解出總時間，分別代入當壓力為0.5MPa、100MPa和160MPa時，時間變化情況。分析確定出凸輪角速度。

2.2 符號說明

h：針閥的高度;r：針閥的半徑;R：以針閥為中心到圓錐的水平距離。

2.3 模型建立及求解

隨著針閥上升，針閥底端距噴孔高度h隨時間變化而改變。進行三次函數擬合，得出回歸函數表達式：

已知汽車噴油嘴高壓油管的內腔長度、內直徑、供油入口的直徑、噴油器的工作次數、每次工作的時間，高壓油泵在入口處提供的壓力恒為160MPa，高壓油管內的初始壓力為100MPa的情況下凸輪的角速度？棕=0.15rad/ms時，高壓油管內的壓力才能穩定在100MPa左右。

3 ?噴油管優化模型

3.1 噴油管優化問題分析

安裝一個單向減壓閥，使得高壓油管內燃油的壓力減小，給出可行的控制方案，建立優化模型。由于噴油嘴增多，噴油情況有兩種：第一，兩個噴油嘴同時噴油，頻率完全相同;第二，兩者交錯進行噴油，可視作單個頻率加倍。由于油量增倍，供油頻率需加倍，周期減半，凸輪角速度加倍，會減小噴油嘴數量改變所引起的管內壓力變化。為有效控制管內燃油壓力，安裝單向減壓閥，讓多余的燃油在壓力下回流到外部低壓油路中。已知噴油嘴工作和關閉的單位周期為100ms，工作周期為42s，當噴油嘴工作兩個周期后，剩余油量會使管內壓力增大，需開啟減壓閥，讓燃油回流到外部低壓油路中，減小管內壓力。

3.2 噴油管優化模型建立及求解

參考文獻：

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