本文關(guān)鍵詞：共軌噴油器響應(yīng)特性的仿真分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 柴油機(jī) 共軌噴油器 響應(yīng)特性 數(shù)值模擬計(jì)算 正交優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘要】：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)因其熱效率高、低速扭矩大、功率范圍廣、耗油量低、可靠性強(qiáng)和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)在機(jī)械、船舶、汽車(chē)等各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。然而,隨著世界能源資源的不斷枯竭、自然環(huán)境的日益惡化,對(duì)于柴油機(jī)的動(dòng)力和排放性能方面上的要求在不斷地提高。采用高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)是當(dāng)前柴油機(jī)提高動(dòng)力性和排放性的必要舉措,高壓共軌噴油器的響應(yīng)特性則是決定柴油機(jī)工作特性的重要特性指標(biāo),它直接影響噴油量、噴油啟止時(shí)刻、控制的靈活性,乃至發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和排放性能。因此,針對(duì)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng),研究高壓共軌噴油器的響應(yīng)特性是柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的重要內(nèi)容和研究焦點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高共軌噴油器的響應(yīng)特性,本文對(duì)影響噴油器響應(yīng)特性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)以及由響應(yīng)特性所影響的控制閥流通能力進(jìn)行了深入的研究和分析。 首先,本文基于噴油器的結(jié)構(gòu)和工作原理,梳理了影響噴油器響應(yīng)特性的核心結(jié)構(gòu),并藉此對(duì)噴油器進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)和物理模型,應(yīng)用AMESim軟件建立了噴油器工作過(guò)程仿真模型。模型的計(jì)算結(jié)果(包括噴油量和噴油持續(xù)期)與相同工況下的試驗(yàn)結(jié)果高度吻合,結(jié)果表明用于本文所建立的仿真模型系統(tǒng)完全可以用于后續(xù)的關(guān)于高壓共軌噴油器響應(yīng)特性的仿真研究。 其次,本文在基于所建立的仿真模型系統(tǒng),系統(tǒng)且深入地研究了包括噴油壓力、控制閥驅(qū)動(dòng)力、控制閥彈簧預(yù)緊力、控制閥最大升程、控制室容積、進(jìn)油量孔孔徑、出油量孔孔徑、控制柱塞直徑、針閥彈簧預(yù)緊力、針閥密封直徑、針閥密封座面錐角等結(jié)構(gòu)參數(shù)在內(nèi)的對(duì)于噴油器響應(yīng)特性的影響,總結(jié)各參數(shù)對(duì)響應(yīng)特性的影響規(guī)律,并確定了各參數(shù)的最優(yōu)值選取范圍。 隨后,本文依托三維計(jì)算流體力學(xué)的方法,深入且系統(tǒng)地研究了控制室組件的流通特性。通過(guò)三維計(jì)算,研究并分析了包括油道圓角、控制閥型式、密封面錐角、出油量孔結(jié)構(gòu)對(duì)于控制室組件流通特性的影響規(guī)律,研究結(jié)果為提高控制室組件流通能力的結(jié)構(gòu)優(yōu)化指明了方向。 最后,本文基于所獲得的研究結(jié)果,采用正交試驗(yàn)方法,以提升噴油器響應(yīng)特性為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)影響噴油器響應(yīng)特性的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配,并得到了噴油器響應(yīng)特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。具體結(jié)論如下：當(dāng)控制室進(jìn)、出油量孔孔徑0.26mm、0.28mm,控制柱塞直徑4.25mm,針閥彈簧預(yù)緊力140N,控制閥彈簧預(yù)緊力90N,針閥密封直徑2mm,出油量孔流量系數(shù)0.95時(shí),噴油器響應(yīng)特性最佳。優(yōu)化后的噴油器在開(kāi)啟響應(yīng)和關(guān)閉響應(yīng)兩方面都得到顯著提升,噴油器總體響應(yīng)特性提高了13.3%,同時(shí)噴油量特性也有一定提升,在保證噴油持續(xù)期不變的前提下,單次噴油量提高了3.87%,實(shí)現(xiàn)了以提高響應(yīng)特性為目標(biāo)的噴油器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī) 共軌噴油器 響應(yīng)特性 數(shù)值模擬計(jì)算 正交優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK423
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目錄10-14
• 1 緒論14-26
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外高壓共軌燃油系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 國(guó)外高壓共軌燃油系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀15-20
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)高壓共軌燃油系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀20-21
• 1.3 噴油器響應(yīng)特性與柴油機(jī)工作性能關(guān)系21-22
• 1.3.1 噴油器響應(yīng)特性與噴油規(guī)律的關(guān)系21
• 1.3.2 噴油規(guī)律與柴油機(jī)工作性能關(guān)系21-22
• 1.4 研究目的與意義22-23
• 1.5 論文主要內(nèi)容23-26
• 2 高壓共軌噴油器模型建立與試驗(yàn)驗(yàn)證26-50
• 2.1 噴油器結(jié)構(gòu)組成與原理分析26-29
• 2.1.1 噴油器結(jié)構(gòu)組成26-27
• 2.1.2 噴油器工作原理27-29
• 2.2 高壓共軌噴油器數(shù)學(xué)模型建立29-36
• 2.2.1 噴油器系統(tǒng)模型假設(shè)29-30
• 2.2.2 電磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型30-33
• 2.2.3 液力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型33-36
• 2.3 高壓共軌噴油器仿真模型建立36-44
• 2.3.1 AMESim軟件介紹37-38
• 2.3.2 建模思路與主要流程38-40
• 2.3.3 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與求解器設(shè)置40-41
• 2.3.4 噴油器仿真模型建立41-44
• 2.4 噴油器仿真模型的試驗(yàn)驗(yàn)證44-48
• 2.4.1 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介44-45
• 2.4.2 試驗(yàn)方案與結(jié)果45-46
• 2.4.3 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比46-48
• 2.5 本章小結(jié)48-50
• 3 噴油器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)響應(yīng)特性的影響分析50-72
• 3.1 噴油器響應(yīng)特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)50-51
• 3.2 供油壓力對(duì)響應(yīng)特性的影響分析51-53
• 3.3 控制閥參數(shù)對(duì)響應(yīng)特性的影響分析53-57
• 3.3.1 控制閥驅(qū)動(dòng)力53-54
• 3.3.2 控制閥彈簧預(yù)緊力54-56
• 3.3.3 控制閥最大升程56-57
• 3.4 控制室結(jié)構(gòu)對(duì)響應(yīng)特性的影響分析57-64
• 3.4.1 控制室容積57-59
• 3.4.2 進(jìn)油量孔59-61
• 3.4.3 出油量孔61-62
• 3.4.4 控制柱塞直徑62-64
• 3.5 針閥組件結(jié)構(gòu)對(duì)響應(yīng)特性的影響分析64-69
• 3.5.1 針閥彈簧預(yù)緊力64-66
• 3.5.2 針閥密封直徑66-68
• 3.5.3 針閥密封座面錐角68-69
• 3.6 本章小結(jié)69-72
• 4 噴油器控制室組件瞬態(tài)流動(dòng)特性分析72-92
• 4.1 噴油器內(nèi)部流動(dòng)數(shù)學(xué)模型72-78
• 4.1.1 多相流模型的基本方程72-75
• 4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型75-76
• 4.1.3 空化模型76-78
• 4.2 噴油器控制室組件三維CFD流動(dòng)模型建立78-84
• 4.2.1 求解區(qū)域界定78-79
• 4.2.2 控制閥組件幾何模型建立及網(wǎng)格劃分79-81
• 4.2.3 動(dòng)網(wǎng)格與UDF81-82
• 4.2.4 邊界條件及求解器設(shè)置82-84
• 4.2.5 模型驗(yàn)證84
• 4.3 控制室組件瞬態(tài)流動(dòng)特性分析84-89
• 4.3.1 流通能力分析85
• 4.3.2 壓力分布分析85-86
• 4.3.3 流動(dòng)速度分析86-88
• 4.3.4 空化特性分析88-89
• 4.4 本章小結(jié)89-92
• 5 控制室組件結(jié)構(gòu)對(duì)流通特性影響分析92-114
• 5.1 油道圓角對(duì)流通特性影響分析92-97
• 5.1.1 油道圓角對(duì)流通能力影響分析92-93
• 5.1.2 油道圓角對(duì)壓力分布影響分析93-94
• 5.1.3 油道圓角對(duì)流動(dòng)速度影響分析94-95
• 5.1.4 油道圓角對(duì)空化特性影響分析95-97
• 5.2 控制閥型式對(duì)流通特性的影響分析97-102
• 5.2.1 控制閥型式對(duì)流通能力影響分析98
• 5.2.2 控制閥型式對(duì)壓力分布影響分析98-99
• 5.2.3 控制閥型式對(duì)流動(dòng)速度影響分析99-100
• 5.2.4 控制閥型式對(duì)空化特性影響分析100-102
• 5.3 密封面錐角對(duì)流通特性的影響分析102-107
• 5.3.1 密封面錐角對(duì)流通能力影響分析102-103
• 5.3.2 密封面錐角對(duì)壓力分布影響分析103-104
• 5.3.3 密封面錐角對(duì)流動(dòng)速度影響分析104-105
• 5.3.4 密封面錐角對(duì)空化特性影響分析105-107
• 5.4 出油量孔結(jié)構(gòu)對(duì)流通特性的影響分析107-112
• 5.4.1 出油量孔結(jié)構(gòu)對(duì)流通能力影響分析107-108
• 5.4.2 出油量孔結(jié)構(gòu)對(duì)壓力分布影響分析108-109
• 5.4.3 出油量孔結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)速度影響分析109-110
• 5.4.4 出油量孔結(jié)構(gòu)對(duì)空化特性影響分析110-112
• 5.5 本章小結(jié)112-114
• 6 噴油器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的正交試驗(yàn)與優(yōu)化分析114-124
• 6.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法114-115
• 6.2 正交試驗(yàn)方案115-117
• 6.3 正交試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)果分析117-120
• 6.4 優(yōu)化前后噴油器響應(yīng)特性對(duì)比120-121
• 6.5 本章小結(jié)121-124
• 7 工作總結(jié)與展望124-128
• 7.1 工作總結(jié)124-126
• 7.2 工作展望126-128
• 參考文獻(xiàn)128-132
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果132-136
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集136

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 蔡珍輝1;楊海青1;杭勇;衛(wèi)忠星;潘德強(qiáng);;基于AMESim的高壓共軌噴油器的建模及分析[J];柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造;2008年01期

2 謝立哲;張幽彤;李丕茂;宋國(guó)民;相楠;;共軌噴油器控制腔容積對(duì)噴射規(guī)律的影響[J];車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī);2014年02期

3 浦衛(wèi)華;王鋒;平濤;徐建新;張睿;;電控噴油器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];艦船科學(xué)技術(shù);2010年08期

4 何志霞;王謙;李德桃;梁鳳標(biāo);;高壓共軌噴油器內(nèi)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)數(shù)值模擬[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年02期

5 歐大生;張靜秋;歐陽(yáng)光耀;;電控噴油器電磁控制閥型式選取及特性的試驗(yàn)研究[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2008年01期

6 劉斌彬;李國(guó)岫;鄭亞銀;;柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];內(nèi)燃機(jī);2006年02期

7 蘇海峰;張幽彤;王尚勇;孫帥;;高壓共軌噴油器噴射特性實(shí)驗(yàn)與仿真[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2011年01期

8 夏少華;鄭金保;繆雪龍;居鈺生;吳松;侯曉晶;;電磁噴油器球閥流動(dòng)分析[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2012年04期

9 孫世磊;牛志剛;;基于AMESim的電控噴油器的結(jié)構(gòu)仿真與分析[J];機(jī)床與液壓;2013年17期

10 李紹安;國(guó)內(nèi)外共軌系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)展和所面臨的問(wèn)題[J];現(xiàn)代車(chē)用動(dòng)力;1999年04期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 郭樹(shù)滿(mǎn);高壓共軌柴油機(jī)燃油噴射控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及噴油一致性的研究[D];天津大學(xué);2012年

2 裴海靈;高壓共軌噴油控制策略及共軌管優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];中南大學(xué);2009年

3 徐勁松;高壓共軌柴油機(jī)的柔性控制策略研究[D];昆明理工大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：904997