高壓共軌噴油器預(yù)噴影響因素研究

陳曉輝 楊海龍 沈彬

摘要：高壓共軌噴油器作為高壓共軌系統(tǒng)中的核心部件，其噴油特性和動(dòng)態(tài)性能對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)性能有著至關(guān)重要的影響。本文對(duì)影響共軌噴油器總成預(yù)噴油量的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究，在理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。裝配參數(shù)：電磁閥彈簧預(yù)緊力、銜鐵升程、噴油嘴升程、油嘴彈簧預(yù)緊力。關(guān)鍵零件的控制參數(shù)：控制閥A/Z比、噴油嘴流量、噴油嘴密封交線。

關(guān)鍵詞：共軌噴油器;關(guān)鍵參數(shù);影響因素研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TK421 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0005-02

0 ?引言

共軌噴油器是高壓燃油噴射系統(tǒng)的核心部件之一，在整個(gè)燃油噴射系統(tǒng)中承著噴射功能的實(shí)現(xiàn)和控制，其性能決定了高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的工作狀態(tài)[1]，其中預(yù)噴的作用是降低噪聲、減少排放和提升發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性。預(yù)噴油量大小影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能，也影響噴油器下線合格率。我公司預(yù)噴點(diǎn)合格率是最低，平均值偏下限，增加預(yù)噴油量和提升生產(chǎn)一致性是噴油器合格率提升的關(guān)鍵點(diǎn)。本文研究重點(diǎn)是影響預(yù)噴油量關(guān)鍵參數(shù)及其控制。

1 ?預(yù)噴影響因素研究

1.1 共軌噴油器工作原理和預(yù)噴影響分析 ?噴油器的工作原理見(jiàn)圖1。研究預(yù)噴油量可以從下面噴油速率曲線圖2入手，噴油速率曲線的積分就是噴油量。提前開(kāi)啟，開(kāi)啟斜率增加，噴射高度增加、關(guān)閉斜率減少、噴油持續(xù)期增加等都是提升預(yù)噴油量的辦法。因?yàn)槭馨l(fā)動(dòng)機(jī)性能影響，噴油持續(xù)期在特定范圍內(nèi)增加。因?yàn)橛绊戭A(yù)噴油量的因素較多，樣件無(wú)法挑選，DOE試驗(yàn)不適用。只能用單一因素夏寧試驗(yàn)方法。帶預(yù)噴的工作壓力較高@1000baror 600bar。

1.2 裝配參數(shù)的影響研究

1.2.1 電磁閥彈簧預(yù)緊力

1.2.1.1 影響分析 ?陶瓷球受力分析：銜鐵施加力和控制腔內(nèi)的液壓力。F球=F電磁+F液壓-F彈簧-G（彈簧+銜鐵+陶瓷球）因?yàn)榱慵陨淼闹亓肯鄬?duì)于其它力比太小，在以后所有受力分析中均不施加此力。如果F球增加，銜鐵上升速度快，開(kāi)啟提前。但是電磁閥彈簧受本身結(jié)構(gòu)尺寸和封液壓力影響，只能在52-60N之間變動(dòng)，占整個(gè)力分布10%左右。

1.2.1.2 不同電磁閥彈簧預(yù)緊力的影響 ?隨著電磁閥彈簧力的增加，預(yù)噴油量變小。電磁閥彈簧力變化1N，在不同的銜鐵升程下，對(duì)應(yīng)的預(yù)噴油量的變化量是不同的。銜鐵升程在65-70um，變化量0.2mm3/str左右。電磁閥彈簧力控制在52-55N。

1.2.2 銜鐵升程

1.2.2.1 影響分析 ?銜鐵升程對(duì)電磁力影響比較大。在生產(chǎn)過(guò)程中銜鐵升程選擇和散差控制精度高，按照um計(jì)算。銜鐵升程控制在0.065-0.070之間。銜鐵升程散差對(duì)電磁力影響占9%左右。電磁力與銜鐵升程的平方成反比。銜鐵升程也影響泄油速度。

Fm=? ? ? ? ?（1）[2]

式中：Fm：電磁閥的電磁力;μ0：空氣磁導(dǎo)率;I：線圈電流;N：線圈匝數(shù);B：磁極表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度;S：吸合面積;δ：氣隙長(zhǎng)度mm。備注δ：銜鐵升程H+凸臺(tái)高度h1=氣隙長(zhǎng)度mm。

1.2.2.2 不同銜鐵升程的影響 ?在相同的電磁閥彈簧力作用下，銜鐵升程增加，噴油量增加，在65um左右流量突變，增加非常快，與平面密封結(jié)構(gòu)相關(guān)，升程小有截流。在滿(mǎn)足其它測(cè)試點(diǎn)的情況下，銜鐵升程盡量按照上限控制。（圖3）

1.2.3 油嘴升程

1.2.3.1 影響分析 ?噴油嘴偶件升程大小，決定控制腔容積的變化率，決定建壓的快慢問(wèn)題。建壓快，關(guān)閉快，反之關(guān)的慢。升程散差中重型占3%左右，輕型占10%左右。對(duì)預(yù)噴油量影響不太。中重型對(duì)主噴影響較大。

1.2.3.2 不同油嘴升程影響 ?中重型產(chǎn)品，實(shí)際測(cè)量油嘴升程對(duì)預(yù)噴沒(méi)有影響。（表2）

1.2.4 油嘴彈簧預(yù)緊力 ?①油嘴彈簧力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于油針?biāo)芤簤毫Γ计?%左右，對(duì)預(yù)噴影響不太。但是對(duì)低怠速影響較大。（表3）②不同油嘴彈簧力影響。實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，油嘴彈簧力對(duì)預(yù)噴無(wú)影響。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

1.3 關(guān)鍵零件的控制參數(shù)

1.3.1 控制閥套A/Z比和A孔直徑

1.3.1.1 控制閥A/Z比和A孔直徑影響分析 ?控制閥A/Z比決定噴油持續(xù)期長(zhǎng)短，A/Z大噴油持續(xù)期長(zhǎng)，噴油量大，反之噴油量[3]。陶瓷球抬起后，控制腔內(nèi)壓力降低，降低的速度與A（出孔）的直徑、形狀和流量系數(shù)相關(guān)。流量與出孔的直徑平方成正比。如果不控制孔徑，只控制流量，10MPa下測(cè)量相同，但是流量系數(shù)不同。實(shí)際使用過(guò)程中壓力比較高，流量差距比較大，孔徑公差0.01mm@100MPa，流量差距14.5%。

（2）[4]

式中，μout和Aout出油節(jié)流孔的流量系數(shù)和的流通截面積;rail代表共軌腔中的燃油壓力;Po代表噴油器低壓回油腔的燃油壓力;Pc代表控制腔內(nèi)的壓力;ρ為燃油密度。

1.3.1.2 不同A/Z比和A孔直徑對(duì)預(yù)噴油量 ?A孔直徑相同，A/Z比大0.02，預(yù)噴油量大10%;A/Z比相同，A孔直徑大0.005mm，預(yù)噴油量大30%。必須嚴(yán)格控制A孔直徑散差在±0.002mm，控制A/Z在±0.01。

1.3.2 噴油嘴偶件流量

1.3.2.1 噴油嘴影響分析 ?預(yù)噴工作時(shí)，因?yàn)榧与姇r(shí)間較短，噴油嘴工作行程<0.10mm，噴油嘴的流量受密封交線和壓力室直徑截流影響與噴孔直徑不相關(guān)。即與噴油嘴流量不相關(guān)。

1.3.2.2 不同油嘴流量的影響 ?針閥體和針閥相同，只是變化噴孔數(shù)量、孔徑，對(duì)預(yù)噴影響不明顯。具體數(shù)據(jù)表6。實(shí)際測(cè)試中，因素變差超過(guò)影響。雖然對(duì)預(yù)噴影響不大，但是對(duì)主噴影響較大。

1.3.3 噴油嘴密封交線

1.3.3.1 噴油嘴密封交線影響分析 ?F2液壓力與針閥導(dǎo)向直徑和密封交線環(huán)帶面積成正比，針閥導(dǎo)向段是針閥體偶件配合，尺寸公差um級(jí)，名義值確定后對(duì)針閥抬起的力貢獻(xiàn)不大。針閥交線直徑尺寸和公差對(duì)針閥上升速度起關(guān)鍵作用。

1.3.3.2 不同密封交線直徑的影響 ?針閥密封交線對(duì)預(yù)噴影響非常明顯屬于強(qiáng)相關(guān)。密封交線直徑越大，預(yù)噴油量越小。密封交線相差0.24mm（14%），預(yù)噴油量差-0.81mm3/str（35%）。選擇合理的密封交線直徑，并控制交線直徑的散差在±0.03mm范圍。

2 ?結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，影響預(yù)噴的主要因素：電磁閥彈簧力、銜鐵升程、控制閥套A/Z比及A孔直徑、密封交線直徑。生產(chǎn)過(guò)程中電磁鐵彈簧力控制在52-55N;銜鐵升程控制在65-70um;控制閥套A/Z比公差控制在±0.01，A孔直徑散差在±0.002mm。針閥密封交線合理選擇，并控制散差±0.03mm。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勇，蒙國(guó)尤，肖怡，汪宇航，趙晉.共軌噴油器參數(shù)優(yōu)化研究[J].機(jī)床與液壓，2019（09）.

[2]尚偉.高壓共軌噴油器設(shè)計(jì)的仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D].北京理工大學(xué)，2019.

[3]馬寧.共軌噴油器關(guān)鍵參數(shù)對(duì)總成油量的影響分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（18）：44-45.

[4]賈錫印，李曉波.柴油機(jī)燃油噴射及調(diào)節(jié)[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社，2002.

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（ 2016YFD0700805）。

作者簡(jiǎn)介：陳曉輝（1971-），女，內(nèi)蒙古通遼人，工程碩士，高級(jí)工程師，主要負(fù)責(zé)共軌和機(jī)械噴油器開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證工作;楊海龍（1984-），男，湖南岳陽(yáng)人，從事共軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)、匹配標(biāo)定驗(yàn)證工作;沈彬（1970-），男，江蘇徐州人，多年從事燃油系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)的匹配應(yīng)用工作。