多孔喷油器的建模与仿真

1、多孔喷油器的建模与仿真缸内直喷汽油机用多孔喷油器的建模与仿真摘要 汽车燃油喷射系统是一个十分复杂的综合系统它包含机械、液压、电子、控制等系统在内。通过运用AVL-Hydsim软件对对多孔喷油器进行建模仿真，可以通过改变此缸内直喷多孔喷油器的不同参数来模拟不同参数下的喷油器的工作状况。从而得出喷孔直径、控制活塞质量等等对喷嘴压力等的影响。 本文参考了高压共轨喷油器的模型，从多孔喷油器的自身到燃油供给系统进行了相关分析，对喷油器的结构、工作原理和应用进行了详细说明。利用以上理论对多孔喷油器进行分析，使用AVL-Hydsim软件进行建模并分析其喷油特性与流通特性。 关键词：缸内直喷、高压共轨、多孔喷

2、油器、喷油特性、流通特性 目 录1 绪论11.1 缸内直喷汽油机概述11.2 缸内直喷汽油机高压供油系统的发展历程21.3 直喷汽油机喷油器发展现状31.4 本课题研究目的和意义51.5 本课题的研究内容62 汽油燃油供给系统72.1 汽油机燃油供给系的结构72.2 喷油器的结构和工作原理72.2.1 喷油器的分类72.2.2 喷油器的结构92.2.3 喷油器的原理92.2.4 喷油器的功用103 喷油器各项参数的确定113.1喷孔总截面积的计算113.2喷孔直径与孔数的确定133.3多孔喷油嘴的最小流通截面的确定133.4针阀关闭时间的计算143.5喷油量的计算 153.6喷孔夹角布局设计1

3、64 直喷汽油机用多孔喷油器建模仿真174.1模型的建立174.2边界条件的设置184.3仿真结果分析25总结27参考文献28致谢301 绪论 自从1994年日本三菱公布它的装有缸内直喷汽油机（GDI）的汽车生产成功并且上市销售，GDI发动机的研究便在世界范围内得到了很大的重视。各个汽车公司以及发动机厂商都致力于对其的研究和开发，到现在国内外已有不少的汽车公司制造除了较为成熟的产品。20世纪50年代德国的Benz 3000SL燃烧系统、60年代的MAN-FM系统,70年代美国Texaco的TCCS系统和Ford的PROCO系统就曾经采用过。由于当时内燃机技术水平的限制和尚未有电控喷射手段等原因

4、,开发的发动机性能和排放并不很理想,所以没有得到实际的应用。在当前能源危机以及排放法规越来越严格的情况下，GDI 发动机因为其诸多的优势，正受到越来越多人们的青睐，并被认为是现在最具潜力的发动机之一。1.1 缸内直喷汽油机概述 缸内直喷汽油机的主要特点： 1可实现分层稀燃，与传统进气道喷射式汽油机相比压缩比提高了051个单位，大大提高了发动机的热效率； 2缸内直喷汽油机能直接将燃油喷射到气缸中，发动机负荷的控制通过喷入气缸的油量来控制。这种调节方式使其在中小负荷下不需要节气门来限制油量，大大减少了发动机在某些负荷工况下在换气过程中的泵吸损失，降低油耗15202； 3将燃油喷在进气道中的汽油机叫

5、做进气道喷射汽油机，缺点是喷射和油气良好混合之间存在一定的不足，原因由于部分燃油黏附在进气道表面；而缸内直喷汽油机是将燃油直接喷入缸内，发动机瞬态响应好，并且在冷启动时消耗燃油少，如图1.1所示；此外，燃油直接喷入缸内进行燃烧，冷机启动时HC排放可降低30左右； 4由于燃油直接喷入气缸，所以直喷汽油机可以很好的实现对缸内混合气的精确控制，从而提高各缸的燃烧一致性，降低燃烧的循环变动； 5混合气同时被燃烧室壁和活塞加热，从而这一部分循环热量被利用而并非传给冷却水，循环热量的利用更加合理，有效降低了传热损失，提高了热效率； 6在压缩过程中喷入缸内的燃油蒸发可从空气中吸热使混合气温度降低，可以减小汽

6、油机的爆震倾向； 7进气过程中，汽油油滴蒸发吸热从而降低了混合气的温度，大大提高了充气效率： 图1.1不同环境温度下，GDI和PFI发动机冷启动时所需燃油量的比1.2 缸内直喷汽油机高压供油系统的发展历程直喷汽油机供油系统在早期主要以柴油机技术为基础，聚用机械直列泵供油，喷油贯穿度很高，容易将油喷射到活塞顶和气缸壁上，造成未燃HC排放增加。同时，由于喷油器的制造工艺较为落后，喷油器所喷射的油束太过紧密，雾化效果差并且油气混合效果也并不理想，这就会使得HC以及CO的排放很高，从而空气的可利用率合有效输出效率都不是很理想。 缸内直喷汽油机最核心的部分是总成高压供油系统，它能够直接影响雾化也能够影响

7、缸内的燃烧过程。高压油泵、高压油管、喷油器、油轨和油压传感器等是高压供油系统的主要组成部分。 1.凸轮轴 2.喷油嘴 3.汽油压力调节阀 4.高压油泵 5.汽油低压传感器 6.低压油管 7.高压油管 8.压力限制阉 9.汽油高压传感器 图1.2 大众FSI发动机高压供油系统结构3高压燃油供给系统的主要目的是为各种发动机运行工况提供良好的喷雾。部分负荷时采用分层燃烧的缸内直喷汽油机，燃油供给系统必须能够实现多次喷油，获得可控、快速的混合气分层。在全负荷时，也就是喷油量最大时也能形成均匀的混合气。目前，油轨压力达到20MPa是现在缸内直喷汽油机所能达到的最大状态，在此压力下的优点是雾化效果良好，粒

8、径较小。缺点则是油束的贯穿度过大会造成严重的湿壁现象，这会导致碳烟、CO和HC排放大大加剧。通过使用不同喷油压力所获得的流动状态控制策略，需要满足汽油机各种工况下对喷雾的不同需求。1.3 直喷汽油机喷油器发展现状影响直喷汽油机性能的一个关键部件是喷油器。这就要求喷油器喷油量致性高、具有合理的燃油质量分布、循环变动和压力室都要小一些，还要让缸内直喷汽油机喷油器必须能够产生良好的雾化以及产生更小的液滴直径、流量范围也要相对大一些、高温状态下密封能力要好、不会出现针阀的二次喷射、喷油嘴不出现结焦的情况。多孔喷油器与普通喷油器相比增大了喷雾锥角，同时每个喷孔的直径也大大减小。也就是说多孔喷油器不再需要

9、很大的喷油压力便可以获得很好的喷雾质量，这样可以大大减小环境背压对喷雾质量的影响，多孔喷油器取代单孔喷油器已经是现在直喷汽油机的不二选择。 图1.3 单孔外开式旋流喷油器示意图4 通过理论分析得出结论，要想提高汽油机燃油的雾化质量减小喷雾贯穿度是一个很好的办法。其中一种是内开旋流式喷嘴，一直以来人们都认为这是一种拥有无数个喷油孔的喷油器，这种模型适合于大多GDI喷油器。还有一种便是外开式喷油器它的优点是可避免内开式喷油器的压力室会产生初始喷射，并且通过针阀升程可以控制初始油膜的厚度。并且，缸内燃烧会产生高压气体，这就会压紧针阀，这就是外开式喷油器抗泄漏性能优于内开式喷油器的原因。图1.3是德尔

10、福公司开发的单孔外开式旋流喷油器。但是,外开式与内开式相比也有不足之处，喷油一致性和喷雾轴线的可调整性方面外开式就远远不如内开式喷油器好。三种喷油器结构的性能比较如表1.1所示。 表1.1 三种喷油器构造的性能比较 现在针阀内开式单孔高压旋涡式(Single-fluid pressure-swirl)喷油器的应用最为广泛。如图1.4所示。这是涡流腔在喷油嘴的头部的特殊一种，通过此涡流腔能够产生一股强涡流，这就能够将喷油压力更有效的转化为旋转动量，以此来提高喷雾质量。这是一种喷油嘴的自洁效应，也能够把所喷油束一部分动能直接转变为水平的旋转动能，这样能减低油束的穿透度，能够让其避免沾在活塞以及缸套

11、壁面。旋涡式喷油器产生的喷雾的质量分布比无旋流时更加轴对称。另外，高压旋流式喷油器可通过调整旋流比来调整喷雾贯穿度，并且不会对喷雾质量造成很大的影响。这样可以对喷雾外形进行灵活的修改以应对不同的分层要求。高压旋流式喷油器的喷油压力一般为510MPa(最高为12MPa)，其喷雾粒径一般在1425之间。 图1.4 单孔内开式高压旋流喷油器示意图5 1.4 本课题研究目的和意义 在我国"八五"期间的汽车工业发展规划中，已把发展轿车技术、开发电控汽油喷油器列入重点研究课题，但由于诸多因素的影响至今关键技术仍限制于国外。目前电控喷油器需求量大增，而国内市场却被国外BOSCH、日本电装

12、等公司的垄断，我国对喷油电控技术研究起步比较晚，基础薄弱，与世界先进水平相比还有很大的差距。我国自80年代后期开始黄家裕等人开发了节流式电控喷油系统并在柴油机上进行了实机试验，在之后的几十年里我国的专业人士也取得了很多成绩但是面对汽车行业、摩托车行业的高速发展，喷油器的市场需求量大幅增加，而目前国内市场处于国外几个公司的垄断之下，价格较高。开发出拥有自主产权的喷油器，不仅能带来巨大的经济效益还能促进发动机、汽车产业的飞速发展。1.5 本课题的研究内容 本课题主要是熟悉缸内直喷汽油机工作过程以及燃油供给系统的工作原理，了解缸内直喷汽油机用各种喷油器的结构特征、用途、发展现状；使用AVL-Hyds

13、im软件对直喷汽油机多孔式喷油器进行建模与仿真，分析该喷油器的喷油特性和流通特性。2 汽油燃油供给系统2.1 汽油机燃油供给系统的结构 汽油机燃料供给系统的功用是依据发动机工作工况的不同要求，供给不同数量的的汽油和清洁空气形成适宜浓度的可燃混合气供入气缸，最后将燃烧产生的废气排入大气。汽油机燃料供给系有电控喷射式供给系和化油器式燃料供给系两大类6。 图2.1 直喷汽油机供油系统油路 工作原理是通过电动低压输油泵把燃油从油箱输送到高压油泵。高压油泵由发动机凸轮轴驱动，将低压油泵送来的压力约 0.35 MPa 的燃油增压至 812 MPa，并送往蓄压燃油轨，充满各喷油器的油腔。当 ECU 令喷油器

14、的电磁线圈通电而吸起封闭喷嘴的针阀时，汽油便会通过喷油器嘴口喷入气缸7。燃油供给系统应该按照发动机的工作需求，能够在适当的时候把适量的燃油以一种适当的状态喷射到燃烧室内。制造出混合气体并且形成与燃烧最为有力的条件，这样可以实现发动机在功率、转速、油耗等各方面的要求。2.2 喷油器的结构和工作原理2.2.1 喷油器的分类 发动机电控汽油喷射系统中一个非常关键的部件是电磁喷油器，是一个重要的执行器。其主要作用是把汽油从燃油分配管喷入各个进气歧管末端，并使其形成良好雾状，它能接受电控单元 ECU送来的喷油脉冲信号，并能精确地计算汽油喷射量8。因此，喷油器的加工精度要求非常高。要求其抗堵塞抗污染能力强

15、、动态流量范围大以及雾化性能好，为了要满足这些性能要求，先后开发研制了各种不同结构型式的喷油器，主要的有：轴针式、球阀式、片阀式等。电磁喷油器的磁化线圈可按任何特性值绕制，低电阻型喷油器是一种最典型的喷油器，阻值为 23；另一种是高电阻型喷油器，其阻值为1317。根据喷油器的结构区分，喷油器可以分为以下三类：（1）轴针式电磁喷油器它的结构组成是喷油器外壳、针阀、喷油嘴、套在针阀上的衔铁以及根据喷油脉冲信号产生电磁吸力的电磁线圈。电磁线圈没有电流通过时，喷油器内的针阀会被螺旋弹簧挤压在喷油器出口的锥形阀座上。电磁线圈通电以后，会产生磁场来吸动衔铁向上移动，衔铁来带动针阀从其座面上提高约 0.1m

16、m，汽油再从精密环形间隙中流出。为了使得汽油充分雾化，针阀的前端磨出一段喷油轴针。喷油器吸动及下降时间约为 1ms1.5ms。 轴针式喷油器开启和关闭的时候加速度要比片阀式以及球阀式喷油器大很多，阀座以及电磁铁受到的冲击以及磨损比较大，导致针阀长时间工作将会产生断续喷射又是出现卡死现象，故其工作可靠性差。但是它的高压密闭性较好。（2）片阀式电磁喷油器片阀式电磁喷油器最早的研发者是英国卢卡斯公司（Lucas），它的内部结构的特点是质量轻的阀片和孔式阀座，两者与磁性优化的喷油器总体结合起来，使喷油器具有很大的动态流量范围，并且抗堵塞能力较强。汽油的注入是从喷油器的顶部注入。若喷油器处于未激励状态也

17、就是所说的阀关闭时，螺旋弹簧力和液压力会把阀片压紧在阀座上。当来自ECU的喷油脉冲信号通过喷油线圈的时候，能够产生磁场，但是在电磁力太小不能够克服弹簧力合液压力的合力的之前，阀片还是会被紧压在阀座上面。一直到电磁力的大小超过两者的合力时，阀片才会开始脱离密封环，才能够被铁芯吸住，此时具有压力的汽油会流入到阀座密封环中的计量孔中。相反，若来自ECU的喷油脉冲完结，电磁力才开始逐渐衰减，但此时的阀片仍瞬时保持着阀开启的状态，直到喷油器弹簧力能够克服衰减的电磁力为止。当衰减后的电磁力小于弹簧力之后，阀片则会脱离挡圈再次返回到阀座上，这就切断了汽油喷射。片阀式电磁喷油器关闭过程中所受的液压阻力远大于轴

18、针式喷油器和球阀式喷油器，这是由于其片阀的结构特点。所以平面阀关闭时所需要的弹簧力也要大很多，也就是说平面阀在开启时将需要更大的电磁力，故对电磁阀要求较高。（3）球阀式电磁喷油器阀针的结构是球阀式电磁喷油器与轴针式电磁喷油器的主要区别。球阀式的阀针组成是钢球、导杆和衔铁应用激光束焊接在一起组成的，它的质量只有普通轴针式阀针的一半，这是通过采用短的空心导杆来实现的9。为了保证密封，轴针式阀针必须要有较长的导向杆，但是球阀式有自动定心作用，不需要较长的导向杆，这就减轻阀针质量并能提高弹簧预紧力，这对于获得宽广的动态流量范围是十分有效。同时，用球阀简化计量部位的结构，能够提高喷油量精度。此外，喷油器

19、体和盖是使用用导磁不锈钢制成，能够提高耐蚀性。所以，球阀式的阀针质量较轻，且具有较高的密封作用，明显比轴针式针阀好一些。总之，球阀式电磁喷油器比起传统轴针式电磁喷油器以及片阀式电磁喷油器，工作可靠性能更强。并且球阀阀体质量轻、球阀开关控制的响应时间短、结构更简单、加工更方便、成本更低廉，非常适合运用在汽油发动机喷射系统。本次课题参考选取的即为球阀式电磁喷油器。2.2.2 喷油器的结构本次课题参考如图2.2所示喷油器 1-球阀 2-电枢轴 3-高压燃油连接管 4-线圈 5-回位弹簧 6-回油管7-针阀控制活塞8-承压腔 9-喷油器 10-针阀 11-进油口 12-泄油孔 13-针阀控制腔图2.2

20、 喷油器结构图2.2.3 喷油器的原理(1)喷油器电磁阀在触发前，小弹簧会将枢轴盘下的球阀压到泄油孔上，泄油孔关闭，此时在阀控制腔内会形成共轨高压。同样，在喷嘴腔内也会同时形成共轨高压10。共轨高压控制柱塞端面的压力和喷嘴弹簧的合力，高压燃油能作用在针阀锥面上形成开启力，针阀会被迫进入阀座并且能把高压通道和燃烧室隔离开，密封针阀则保持关闭状态。(2)电磁阀被触发之后，枢轴盘会上移，球阀将会打开，同时泄油孔也会被打开，这时能够引起控制腔的压力下降，致使活塞上的压力也随着下降，一旦活塞上的压力和喷嘴弹簧的合力降低，会导致作用于喷油嘴针阀承压锥面上的压力减小，针阀此时会被打开，燃油流经喷嘴上的喷孔喷

21、入到燃烧室。这种对喷油嘴针阀的控制并不是直接的。过程中采用了一套液压力放大系统，由于快速打开针阀所需的力无法直接由电磁阀产生，所谓的打开针阀所需的控制作用，是通过电磁阀打开泄油孔来控制腔内压力降低，从而打开针阀。 (3)电磁阀一旦断电不能够被触发，小弹簧力会致使电磁阀铁芯下压，球阀会将泄油孔关闭。泄油孔关闭后，燃油便从进油孔进入阀控制腔建立起油压，这个压力就是油轨压力，这个压力作用在柱塞端面上能产生向下压力，再由于喷嘴弹簧的合力大于喷嘴腔中高压燃油作用于针阀锥面上所产生的压力，使喷嘴针阀关闭。 (4)此外，燃油压力高，导致在针阀和控制柱塞处会产生燃油泄漏，这些泄露油能够通过回油孔再流入到喷油器

22、的回油口。2.2.4 喷油器的功用 汽油机燃油供给系统，必须要通过喷油器这个部件，并把供给系统的燃料，喷到燃烧室内11。喷油器要想能够正常工作，必须满足下列几个最基本的条件：（1）喷雾作用 喷油器应当要保证所喷出的燃料为细小而均匀的雾粒，并且将这些雾粒准确，均匀分布到燃烧室内，以形成优良的混合气。（2）定时作用 喷油的开始与结束，都要符合准确的时间。因此，喷油器针阀的开启以及关闭，都要非常准确、迅速、并且不能出现燃油滴漏的现象发生。（3）压力控制 喷油器要在达到一定的压力控制下才能开始喷油。当喷油终了时，压力的下降应该保持在一定的范围内，不能够过大12。要是压力过大，那么喷油器会在超过规定的低

23、压下供油，这样会造成混合物的形成过程恶化，影响发动机的性能。喷油器本身设计决定了喷油器喷射完毕候压力下降是否过大13。例如：各油孔、室的比例选择是否合理；针阀的形成是否正确；调压弹簧的刚性是否适宜；喷油器的制造以及装配也都有直接的关系14。另外还和外界因素有一定关系。实验证明，如果高压油管太长，喷油泵内出油阀的减压带太大，也能够引起喷油器压力下降过大。（4）计量作用 向燃烧室内所供给的油量，除要由喷油泵供给和控制外，喷油器还必须起到精确计量和控制作用。3喷油器各项参数的确定此次喷油器的技术参数发动机结构型式 四缸、四冲程、水冷缸径×行程 65mm×72mm压缩比 10技术要

24、求标定功率 65 kW曲轴转速 6000r/min 喷油压力 8Mpa最低燃料消耗率 295 g/kWh燃油密度 0.725kg/L多孔式喷油嘴的喷孔参数，主要是指孔数、孔径与夹角；可以简写为（孔数×孔径×夹角）15。这些参数主要取决于燃烧室的形式，燃烧时内的空气流动情况及其喷油量等。3.1 喷孔总截面积的计算 喷孔的总截面积与喷油器的喷油量，喷射延续时间和喷射压力是相互联系的，设计时必须全面考虑16。从熟知的托里西里(Torricelli)定律可以推导出这些关系的基本液压公式： （3.1） 即： 式中：额定循环供油量（/c） 喷孔系数（一般取=0.650.75） 喷孔处燃

25、料的平均流速（一般=200300） T喷射延续时间（s） 喷油泵凸轮轴转角计的喷射延续角（） 喷油泵凸轮轴的额定转速（r/min）计算： 额定循环供油量/循环 额定功率（kw）=52 额定功率的燃油消耗率g/(kw.h) =295 转速 =6000 气缸数 =4 燃油密度 93汽油的密度为0.725g/mL 行程数 =4 喷孔流速系数取0.7 C喷孔燃料平均流速C=250m/min t喷射延续时间 代入式得 3.2 喷孔直径与孔数的确定 喷孔总截面积确定后，根据燃烧室与进气涡流情况及其同类柴油机确定孔数和喷射角度，并计算出喷孔直径17 （3.2）设计喷油嘴孔数i=8 代入式得 3.3 多孔喷油

26、嘴的最小流通截面的确定 多孔式喷油嘴的最小截面，指喷孔以前油路中的最小流通截面18。即当针阀下落密封座之前，在座面处（图3.1）。由尺寸H 控制的一个环形台体的环面积。为了减少喷射终了压力的下降，最小流通截面至少应为喷孔总截面积的两倍。根据喷油嘴的几何尺寸及针阀和针阀座的锥度差，当不考虑针阀和针阀体的锥角差异时， 图3.1 多孔喷油器最小流通截面即：，最小流通截面可采用下列简化公式19 （3.3）式中：针阀升程 =0.4mm 针阀座面锥角 = 针阀体座面锥角 = 针阀体压力室直径 =1mm 针阀密封带直径 =2mm得： =3.4 针阀关闭时间的计算 针阀关闭时间，即针阀从最高位置到落座所需要的

27、时间20。缩短针阀关闭时间，可以缩短喷油延续时间并减少燃气窜入喷油嘴内部的可能性。 从公式：及 可以导出： （3.6） 式中：m喷油器运动零件的质量（Kg）经计算，挺杆和针阀的总质量为 H针阀的最大升程（mm） h=0.4mm F作用在针阀上的力（N） 式中：针阀开启压力×针阀受压面积； =75.41N 弹簧刚度×升程； =42.3N 燃烧压力×针阀受压面积 汽油机燃烧压力3-5MPa取4MPa =3.1415N 代入式得 =75.41+42.3-3.14 =114.57N代入式得 =在汽油机转速时，曲轴的转角为： 3.5 漏油量的计算 针阀和针阀体间微量渗漏是必

28、要的，以便润滑并防止擦伤咬死21。但渗漏应最小，以免过大降低喷射压力，造成雾化不良22。渗漏的因素除针阀和针阀体的间隙过大外，还与密封长度、直径、喷射压力、燃油的粘度、和密度有关。渗漏的经验公式为： （3.8）式中：针阀与针阀体径向间隙 针阀与针阀体配合直径 喷射压力 粘度 密度 密封长度 此次所涉及的喷油器参数如下： 93号汽油气温30度粘度为0.69。气温20度粘度为0.76 将单位换算成厘米 得每个喷油器的实际漏油量为 取修正系数为2 则每个喷油器实际漏油量为 3.6 喷孔夹角布局设计各喷孔之间的夹角大小是根据缸径、孔数、喷油器在气缸盖上的安装角、喷嘴相对于燃烧室的几何位置及燃烧室形状等

29、因素确定的23夹角过大会使油喷溅至气缸盖底壁上, 过小则不能有效利用活塞顶隙内的空气, 喷孔夹角一般取为。喷孔夹角布局方式按在活塞顶投影布置油线落点的原则, 现有设计主要有等圆弧、等角度和等面积3 种。相关试验结果表明: 油线等角度布置时, 发动机的高速性能好; 等面积布置时, 发动机的高速性能较好; 等圆弧布置时, 可在高低速之间取得折中的性能指标。所设计的夹角布局为正八边形等圆弧布置，距离最远孔的夹角为80度（图3.3）。本次所设计的喷油器见图3.4图3.3 夹角布局图1-针阀体 2-针阀 3-压力室 4-承压弹簧 5-挺杆 6-高压燃油连接管 7-电磁阀 8-回油管图3.4 喷油器构造结

30、构总图4 缸内直喷汽油机用多孔喷油器建模仿真4.1 模型的建立模型参考图2.2的实物图 图4.1 仿真整体图 4.2 边界条件的设置在仿真图上输入有关的理论数据喷嘴针阀控制活塞进出节流阀4.3 仿真结果分析 图4.2 针阀升程时间关系图从图4.2中可以看出针阀在开始迅速提升，当达到最大值后基本稳定在最大值处，完成一个工作行程之后针阀迅速关闭。由图片可以看出此喷油器的响应速度以及关闭速度都非常的迅速。不足之处是当针阀升程到达最大值之后不能够完全的稳定。 图4.3 喷嘴压力图 图4.3表示的是喷嘴压力图，对比图4.2可以看出初期随着针阀的提升喷嘴的压力先减小当针阀升程到达一定值时喷嘴压力迅速上升。

31、当针阀升程达到最大时喷嘴的压力也近乎达最大值。图4.3中第一个图喷嘴喷孔直径为0.9mm第二个图喷嘴喷孔直径为2.0mm。相比较两张图可以看出当喷嘴的喷孔直径增加时喷嘴处所能达到的最大喷嘴压力减小。所以通过调节喷孔直径可以间接地调节喷嘴压力，喷嘴压力过小的情况下，燃油不能够完全的喷入燃烧室内会发生湿壁。所以喷孔直径不易过大。图4.4 喷嘴质量流量图 从图4.4看出喷油量约为35g/s，在现有的喷油器中符合相对的标准。图中曲线不平缓是由于漏油以及油腔压力不稳等原因导致的。图4.5 喷嘴累计流量图从以上的图像可以看出，喷嘴的累计流量平稳增加。此喷油器能够正常工作。图4.6 活塞总力图 图4.6的两

32、个图是控制活塞质量取不同值时活塞总力的变化图像。第一个图所取控制活塞质量为20g第二个图所取控制活塞质量为8g。对比可以看出控制活塞的质量与活塞总力的峰值成反比。工作过程中活塞总力都逐渐稳定在0N。但却不能完全稳定。总结本次所模拟的喷油器是在原有的高压共轨喷油器上进行改进的，经过理论上的分析,对喷油器进行初步计算，确定此次课题喷油器必要的参数，然后进行建模并仿真，根据仿真结果来分析多孔喷油器在工作中的喷油特性以及流通特性。在此过程中我学到了很多有关喷油器以及Hydsim软件的知识，主要归纳以下几方面：（1）Hydsim软件是AVL公司一款。AVL公司是一家在汽车，发动机行业拥有极高知名度的高科

33、技的公司。其技术部门致力于开发动力及整车设计分析软件。Hydsim便是他们的一个主要板块其主要作用是喷油系统模拟分析计算，本次建模以及仿真所使用的就是AVL-Hydsim。（2）控制腔进出口孔径的影响，进油节流孔直径过小时，当电磁阀一旦打开，通过回油孔迅速回油，从而控制腔压力下降较快，针阀迅速开启；关闭回油通道后，进油孔径较小则进油速度较慢。针阀落座比较缓慢。由于针阀腔的压力波动还会造成二次喷射。当出油节流孔直径较小时，电磁阀通电后，控制腔的压力不能下降，喷油器的针阀抬起就会很慢甚至不能抬起，喷油速率就达不到预期值；当出油节流孔直径变大，电磁阀通电，控制腔压力迅速降低，针阀速度抬起时刻变早，上

34、升变快且最大速度变大，快速达到喷油状态，出油节流孔直径越大喷油率上升速度越快，保持最大喷油率越长，喷油量越大，当直径增大到一定值后时，会带来控制腔内压力下降过于迅速，导致针阀抬起时刻过于提前从而不利于形成先缓后急的喷油率曲线。（3）喷油器工作过程中常见的故障有两种机械故障与电路故障。机械故障类型有喷油器针阀卡滞合喷油器阻塞。如果喷油器出现了以上两种现象会导致工作失效，致使发动机不能正常工作，甚至可能导致发动机出现十分严重的损坏。（4）共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元(ECU)和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对

35、喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。 第 32 页 共 31 页 参考文献 1 武和全,姜水生,高国珍.汽油机缸内直喷的研究现状与发展J.江西能源,2005(3)：911.2 E Zhao，MCLai，DLHarrington,Automotive sparkignited directinjection gasoline engines，Energy and Combustion Science，1999，25：437-562.3 程吴，稀燃发动机尾气NO。存储还原催化剂研究，博士学位论文，中国科学院研究生院，2004，34.4 Dong-Seok Choi，GyungMin Choi，Duck-Jool Kim，Spray Structures andVaporizing Characteristics of a GDI Fuel Spray,KSME International Journal，2002，16(7)：999-1008.5 车万华，汽油机缸内直喷技术开创发动机新时代，汽车维修，2008(5).6