中压共轨电控燃油喷射系统实现预喷的研究
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摘要
柴油机电子控制是发动机技术领域一个重要的研究方向。柴油机采用电控技术后为控制排放、节约能源、降低噪声、改善性能提供了灵活而有效的手段。
为了实现柴油机全电子控制，课题组对柴油机燃油和配气系统的综合电控技术进行了研究。本文的主要工作为：在中压共轨电控燃油系统上实现预喷射。
本文通过对国内外电控燃油系统实现预喷的几种典型方案的分析和中压共轨电控燃油系统组成的介绍，提出本系统实现预喷射的方案。
设计、研制出实现预喷的电控喷油泵，重点是对电控泵中的关键部位一柱塞偶件，柱塞弹簧的设计，并对设计中应该注意的问题进行了较为详细的分析。
电磁阀作为电控燃油系统中极为关键的部件，它对燃油喷射特性影响特别大。故本文对课题组自行开发、研制的高速大流量电磁阀进行了装配、调试，使其液力状况最佳，为喷油实验作前期的准备工作。
对初期设计、加工的电控泵在全部工况范围内进行了试验研究和性能测试。试验表明，利用柱塞泄流来实现预喷，达到了预期的目的。为进一步考察预喷的情况，对柱塞进行了第二轮设计，通过对多种不同预喷规格的柱塞进行试验对比，得出影响预喷效果的主要结构参数和工作参数，为以后上柴油机匹配作试验依据。
对中压共轨电控燃油系统在实现高压喷射方面作了一些初步的探索：通过改变喷油器的型式及喷孔的大小、增压面积比、电磁阀流量的大小来考察这些因素对系统实现高压喷射的影响。
最后，论文对中压共轨电控燃油系统的研究进行了总结，并提出了继续完善和改进的方向。
The electronically controlled diesel engine is one of important research subjects on engines. The application of electronically controlled technology to diesel engines provides flexibility and effectiveness in reduction of emission, noises and improvement of engine performances, saving energy, etc.
In order to improve the all-round performance of diesel engine, a research on the integration of electronically controlled fuel injection and inhale-exhaust system of diesel engine is done by our research group. By analyzing and comparing several kinds of advanced electronically controlled fuel injection systems at home and abroad, a new method is introduced in this paper, which carried out pilot injection in medium pressure and common rail electronically controlled fuel injection system of diesel engine.
Based on the former electronically controlled pump of our group, a new type pump has been designed and manufactured, which can implement pilot injection. The plunger, plunger sleeve and spring, as the key parts of the electronic pump, have been designed especially. And the problems in design are discussed in detail.
A new high speed and great flow solenoid valve, one of the key parts of electronically controlled fuel injection, is assembled, adjusted, which makes it in good condition, and prepares for injection test in this thesis.
The performance of the electronic pump designed firstly, is test on bench in various conditions. The result indicates that the method is effective on the control of initial injection rate. Some different size plungers and plunger sleeves have been designed for the second time. From the test result, some conclusions have been summarized, which is used to optimize the pilot injection for matching the diesel engine.
Launching on the whole electronically controlled fuel system, by changing the type of the injector, the area of the nozzle, the ratio of the intensifier's area and the flow of the solenoid valve, some conclusions about enhancing the pressure of the injection are summarized and some other methods are put forward to optimize the whole fuel system, as well.
In the end, some conclusions about the electronic controlled fuel system are
summarized, and some ideas about how to optimize the system are involved, too.
为了实现柴油机全电子控制，课题组对柴油机燃油和配气系统的综合电控技术进行了研究。本文的主要工作为：在中压共轨电控燃油系统上实现预喷射。
本文通过对国内外电控燃油系统实现预喷的几种典型方案的分析和中压共轨电控燃油系统组成的介绍，提出本系统实现预喷射的方案。
设计、研制出实现预喷的电控喷油泵，重点是对电控泵中的关键部位一柱塞偶件，柱塞弹簧的设计，并对设计中应该注意的问题进行了较为详细的分析。
电磁阀作为电控燃油系统中极为关键的部件，它对燃油喷射特性影响特别大。故本文对课题组自行开发、研制的高速大流量电磁阀进行了装配、调试，使其液力状况最佳，为喷油实验作前期的准备工作。
对初期设计、加工的电控泵在全部工况范围内进行了试验研究和性能测试。试验表明，利用柱塞泄流来实现预喷，达到了预期的目的。为进一步考察预喷的情况，对柱塞进行了第二轮设计，通过对多种不同预喷规格的柱塞进行试验对比，得出影响预喷效果的主要结构参数和工作参数，为以后上柴油机匹配作试验依据。
对中压共轨电控燃油系统在实现高压喷射方面作了一些初步的探索：通过改变喷油器的型式及喷孔的大小、增压面积比、电磁阀流量的大小来考察这些因素对系统实现高压喷射的影响。
最后，论文对中压共轨电控燃油系统的研究进行了总结，并提出了继续完善和改进的方向。
The electronically controlled diesel engine is one of important research subjects on engines. The application of electronically controlled technology to diesel engines provides flexibility and effectiveness in reduction of emission, noises and improvement of engine performances, saving energy, etc.
In order to improve the all-round performance of diesel engine, a research on the integration of electronically controlled fuel injection and inhale-exhaust system of diesel engine is done by our research group. By analyzing and comparing several kinds of advanced electronically controlled fuel injection systems at home and abroad, a new method is introduced in this paper, which carried out pilot injection in medium pressure and common rail electronically controlled fuel injection system of diesel engine.
Based on the former electronically controlled pump of our group, a new type pump has been designed and manufactured, which can implement pilot injection. The plunger, plunger sleeve and spring, as the key parts of the electronic pump, have been designed especially. And the problems in design are discussed in detail.
A new high speed and great flow solenoid valve, one of the key parts of electronically controlled fuel injection, is assembled, adjusted, which makes it in good condition, and prepares for injection test in this thesis.
The performance of the electronic pump designed firstly, is test on bench in various conditions. The result indicates that the method is effective on the control of initial injection rate. Some different size plungers and plunger sleeves have been designed for the second time. From the test result, some conclusions have been summarized, which is used to optimize the pilot injection for matching the diesel engine.
Launching on the whole electronically controlled fuel system, by changing the type of the injector, the area of the nozzle, the ratio of the intensifier's area and the flow of the solenoid valve, some conclusions about enhancing the pressure of the injection are summarized and some other methods are put forward to optimize the whole fuel system, as well.
In the end, some conclusions about the electronic controlled fuel system are
summarized, and some ideas about how to optimize the system are involved, too.
引文
[1] 朱国伟，姚其炜，张小军，陈勤学，卢兰光，全电子控制柴油机，华东地区内燃机学第八届联合学术年会，上海，2000．11
[2] 宓浩祥，国内外柴油机电控技术发展动态及我国今后发展方向，内燃机燃油喷射和控制，1996(1)
[3] Emission Reduction Technology for Future Heavy Duty Combustion Engines CIMAC DAY 1999
[4] Michael M.schechter and Michael B.levin, "Camless Engine", SAE paper 960581
[5] 林裕，改变供油系统，降低柴油机排放，内燃机燃油喷射和控制，1997(3)
[6] 张树勇译，满足未来经济性和排放要求的发动机电控系统，1995(2)
[7] 21世纪的柴油机及其燃料喷射系统的挑选，油泵油嘴技术，董尧清，1995(1)
[8] 华觉源主编，《车辆发动机电子控制与交通管理系统》译文集，1995(7)
[9] 谢云臣，喷油速率控制及其技术发展，油泵油嘴技术，1994(2)
[10] [日]石渡宏等，近年柴油机喷油率控制技术的进步，油泵油嘴技，1994(2)
[11] C.E Goering, X.Q. Gui and N.L. Buch, Improving Fuel Economy by Computer Control of a Diesel Engine and Transmission, SAE 891838
[12] Richards, R.R.,Sibley, J.E.,Diesel Engine Emission Control for the 1990' s, SAE 880346
[13] S.V.Yudanov,"Development of the Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector for Disesl Engines",SAE paper952057
[14] 皇甫鉴 范明强主编，现代汽车技术与装置，北京理工大学出版社
[15] 钱耀义等，电控可变预行程喷油泵研究，内燃机学报 1995(3)
[16] [德]Karl-Heinz Hoffmann等，共轨式喷油系统——柴油机喷油技术的新篇章，内燃机燃油喷射和控制，1998(3)
[17] Stefan Fankhauser, Switzerland. The Sulzer Rt-flex launching the era of common Rail on low speed Engines.
[18] 刘文彬，孙福田，超高增压柴油机燃油预喷射装置的分析研究，油泵油嘴技术，1995(4)
[19] 张小军，柴油机中压共轨液力增压式电控燃油喷射系统的研究，武汉理工大学博士论文，2000，12
[20] 张宝生等，汽车优化设计理论与方法，机械工业出版，2000，26～28
[21] 高朝辉，陈勤学，船舶柴油机电子控制的发展现状，交通科技，2001(6)
[22] 蒋德明著，内燃机燃烧与排放学，西安交通大学出版社，2001，7
[23] 周宽伟，高速直喷柴油机电控喷油系统的现状和发展(Ⅰ)，国外内燃机，1998(2)
[24] 陈兵，电控喷油系统用高速强力大流量电磁阀及其测试平台的研究，武汉理工大学硕士论文，2001，3
[25] 卢启龙，电控直列泵—管—阀—嘴柴油喷射系统高速强力电磁阀的研究，清华大学博士论文，1998，4
[26] 卢启龙，欧阳明高等，电控柴油喷射系统用高速强力电磁阀的性能研究，内燃机工程，1997 (3)
[27] 卢启龙，欧阳明高，杜传进，电控柴油喷油系统用高速强力电磁阀的动作特性研究，车用发动机 1996(5)
[28] 船用柴油机设计手册<六>，国防工业出版社
[29] 周龙保，刘巽俊，高宗英，内燃机学，机械工业出版社，1999，146-147
[30] 刘元诚，吴锦翔，崔可润，柴油机原理，大连海运学院出版社，1992，128-129
[31] 高朝辉，吕林，中压共轨式电控柴油喷射系统实现预喷的研究，内燃机工程，2002(3)
[32] [美]Mullins P Delphi公司研制的小型第二代电控泵喷嘴系统，国外内燃机，2001(5)
[33] [日]Masahiro Okajima，Massaki Kato等，最佳喷嘴设计对喷油速率控制的影响，国外内燃机，1993(4)
[34] [日]太田穰，柴油机喷油泵的新技术，国外内燃机，1992(5)
[35] [德]Augustin U，Schwarz V，一种用于未来柴油机的新型喷油系统，国外内燃机，1992(2)
[36] [日]藤原弘等，等压出油阀对柴油机喷油特性的影响，国外内燃机车，1987(1)
[37] 史绍熙等，直喷式柴油机供油系统对高压喷射特性影响的研究，内燃机学报，1997(1)
[38] 王美丽等，高压油管对燃油喷射特性影响的计算研究，车用发动机，1991(1)
[39] 何勇灵等，柴油机喷油系统不规则喷射机理的新探讨，内燃机学报，1996(2)
[40] 徐家龙，超高压喷射及相关技术，内燃机燃油喷射与控制，1996(2)
[41] 沈小明，油机蓄压共轨式电控泵喷嘴系统的开发研究，北京理工大学博士论文，1997．7
[42] 李绍安，国内外共轨系统的开发进展和所面临的问题，内燃机燃油喷射与控制，
1999(4)
[43] Simon K.Chen等，一种先进的电控液压燃油喷射系统模型，内燃机燃油喷射和控制，1996(1)
[44] [德]Von HermannKlein等，燃油预喷射对中速柴油机性能的影响，油泵油嘴技术，1993(4)
[45] [德]Martin Consien等，高速柴油机喷油率的确定，油泵油嘴技术，1992
[46] [日]SeikoAbe等，装有压电执行器的柴油机预喷射系统的发展，油泵油嘴技术，1995(1)
[47] 黄官升，高压共轨式电控喷油系统的研究与开发，北京理工大学博士学位论文 2000，2
[48] 欧阳明高等，电控柴油喷射系统初期喷油速率控制方法的研究，内燃机学报，1999(1)
[49] 杜传进等，电控直列泵—管—阀—嘴(PPVI)柴油喷射系统的研究，内燃机学报，1998(3)
[50] [日]长尾不二夫，内燃机原理与柴油机设计，机械工业出版社
[51] 柴油机设计手册<中册>，中国农业机械出版社
[52] 莫乃榕，工程流体力学，华中理工大学出版社
[53] 姚其炜，共用连管式柴油机电控增压燃油喷射试验台的设计和研究，武汉交通科技大学硕士论文，2000，3
[54] 王熙，电控直列泵—管—阀——嘴燃油喷射系统的模拟计算与应用，清华大学硕士论文，1998，5
[55] 卢兰光，柴油机中压共轨综合系统的设计及其控制策略的研究，武汉理工大学博士学位论文，2001，9
[56] Injection Rate Control in Electronic In—line Pump—valve—Pipe—Injector Diesel Injection System Chuanjin Du (Wuhan Automotive Polytechnic University) Minggao Yang, Juntao Wu,Xi Wang,Shengzhi Xia and Zhengliou (Tsinghua University) SAE 1999-01-0201
[57] D.H.Giboson, R.D. Shinogle, and M.E.Moncelle, "Meeting the Customer's Needs—Defining the Next Generation Electronically Controlled Unit Injector Concept for Heavy Duty Diesel Engines", SAE paper 961285
[58] S.V. Yudanov, "Development of the Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector for Disesl Engines", SAE paper 952057
[59] Evaluation of Pump Design Paramenters in Diesel Fuel Injection System, C.Arcoumanis, M.Gavaises SAE 950078
[60] Application of Common Rail Fuel Injection System to a Heavy Duty Diesel Engine , Yoshihisa Yamaki, et al SAE 942294
[61] Development of the HEUI Fuel System-Itegration of Design,Simulation, Test and Manufacturing ,Stockner,A.R.,Flinn,M.A., Camplin,F.A., SAE 930271
[62] A New Concept of Diesel Fuel Injection-Timing and Injection Rate Control System ,SAE 870434
[2] 宓浩祥，国内外柴油机电控技术发展动态及我国今后发展方向，内燃机燃油喷射和控制，1996(1)
[3] Emission Reduction Technology for Future Heavy Duty Combustion Engines CIMAC DAY 1999
[4] Michael M.schechter and Michael B.levin, "Camless Engine", SAE paper 960581
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[48] 欧阳明高等，电控柴油喷射系统初期喷油速率控制方法的研究，内燃机学报，1999(1)
[49] 杜传进等，电控直列泵—管—阀—嘴(PPVI)柴油喷射系统的研究，内燃机学报，1998(3)
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[51] 柴油机设计手册<中册>，中国农业机械出版社
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[53] 姚其炜，共用连管式柴油机电控增压燃油喷射试验台的设计和研究，武汉交通科技大学硕士论文，2000，3
[54] 王熙，电控直列泵—管—阀——嘴燃油喷射系统的模拟计算与应用，清华大学硕士论文，1998，5
[55] 卢兰光，柴油机中压共轨综合系统的设计及其控制策略的研究，武汉理工大学博士学位论文，2001，9
[56] Injection Rate Control in Electronic In—line Pump—valve—Pipe—Injector Diesel Injection System Chuanjin Du (Wuhan Automotive Polytechnic University) Minggao Yang, Juntao Wu,Xi Wang,Shengzhi Xia and Zhengliou (Tsinghua University) SAE 1999-01-0201
[57] D.H.Giboson, R.D. Shinogle, and M.E.Moncelle, "Meeting the Customer's Needs—Defining the Next Generation Electronically Controlled Unit Injector Concept for Heavy Duty Diesel Engines", SAE paper 961285
[58] S.V. Yudanov, "Development of the Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector for Disesl Engines", SAE paper 952057
[59] Evaluation of Pump Design Paramenters in Diesel Fuel Injection System, C.Arcoumanis, M.Gavaises SAE 950078
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[61] Development of the HEUI Fuel System-Itegration of Design,Simulation, Test and Manufacturing ,Stockner,A.R.,Flinn,M.A., Camplin,F.A., SAE 930271
[62] A New Concept of Diesel Fuel Injection-Timing and Injection Rate Control System ,SAE 870434