汽油機(jī)電控噴油器測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)與研究

1、 (申請(qǐng)工學(xué)碩士學(xué)位論文汽油機(jī)電控噴油器測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)與研究培養(yǎng)單位:汽車工程學(xué)院學(xué)科專業(yè):動(dòng)力機(jī)械及工程研 究 生 :肖 瓊指導(dǎo)老師:顏伏伍 教授2006年4月汽油機(jī)電控噴油器測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)與研究 肖瓊 武漢理工大學(xué)分類號(hào)密級(jí)UDC 學(xué)校代碼 10497 題目汽油機(jī)電控噴油器測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)與研究英文Exploitation and Research on Gasoline Engine題目Electronic-controlled Injector Test System研究生姓名肖 瓊姓名顏伏伍職稱教授學(xué)位博士指導(dǎo)教師單位名稱武漢理工大學(xué)郵編430070申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士學(xué)科專業(yè)名稱動(dòng)力機(jī)械

2、及工程論文提交日期 2006年4月 論文答辯日期學(xué)位授予單位武漢理工大學(xué)學(xué)位授予日期答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人2006年4月此頁(yè)若屬實(shí),請(qǐng)申請(qǐng)人及導(dǎo)師簽名。獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明,所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名:日期關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件,

3、允許論文被查閱和借閱;學(xué)?？梢怨颊撐牡娜?jī)?nèi)容,可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。(保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定研究生簽名: 導(dǎo)師簽名: 日期注:請(qǐng)將此聲明裝訂在論文的目錄前。摘 要電控噴油器是汽油機(jī)電控噴射系統(tǒng)中核心部件之一,其性能的好壞直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性。電控噴油器的性能是決定電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要因素,直接影響燃油控制單元的精確性。為了進(jìn)一步研究汽油機(jī)電控技術(shù),也為了開發(fā)電控噴油器,就需要研究和開發(fā)能夠評(píng)價(jià)和測(cè)試電控噴油器特性的裝置和設(shè)備。本文對(duì)噴油器噴射動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行了分析,從理論上對(duì)噴油器工作原理、驅(qū)動(dòng)電路的電流特性和芯管組件升程特性進(jìn)行了分析和研究,為電

4、控噴油器的流量測(cè)試開發(fā)提供了一定的理論依據(jù)。設(shè)計(jì)并搭建了汽油機(jī)電控噴油器流量及噴霧特性測(cè)試臺(tái)架。同時(shí),完成了該測(cè)試系統(tǒng)電子控制單元的設(shè)計(jì)和開發(fā),可以控制或檢測(cè)測(cè)試系統(tǒng)的狀態(tài)。并且設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)便易操作的測(cè)試軟件,為試驗(yàn)提供了方便的操作環(huán)境。以高阻型噴油器為研究對(duì)象,在整個(gè)流量范圍內(nèi)對(duì)其流量特性進(jìn)行測(cè)試并對(duì)測(cè)試結(jié)果加以分析總結(jié),得出了該噴油器流量特性中靜態(tài)流量曲線,動(dòng)態(tài)流量曲線和流量擬合曲線等一些重要參數(shù)。同時(shí),比較了不同電壓和油壓對(duì)流量特性的影響,得到了部分修正曲線,并提出了相應(yīng)的補(bǔ)償措施。通過試驗(yàn)也對(duì)噴油器的噴霧特性進(jìn)行了測(cè)試和分析,本系統(tǒng)通過空心錐角噴霧測(cè)試方法計(jì)算出電控噴油器的霧化角,同時(shí)

5、對(duì)于噴霧的均勻性分布進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果表明,本測(cè)試系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性,能夠準(zhǔn)確地測(cè)試汽油機(jī)電控噴油器的重要特性參數(shù);同時(shí)電控系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)一步提高了測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)操作性。本測(cè)試系統(tǒng)的研究成功,為汽油機(jī)噴油器的實(shí)際開發(fā)提供了一個(gè)良好的測(cè)試平臺(tái)。關(guān)鍵字:汽油機(jī),電控噴油器,流量特性,噴霧特性AbstractElectronic controlled injector is the most important component in the gasoline electronic fuel injection system, which has great influents o

6、n the engine economic, dynamical and emission performance. The performance of injector is an important factor which can determine the electronic control system designing and affect the accuracy of fuel electronic unit directly. To further study the technology of gasoline electronic control and devel

7、op the injector, it is necessary to research and develop the equipment for evaluating and testing the characteristics of injector.This paper analyzes the injections dynamic process of injector and researches theoretically in the injector working elements. Electric current characteristics in driving

8、circuit and core-pipe assemble motion characteristics are also analyzed. It offers some academic bases to the exploitation of flow characteristics test of gasoline injector.It also designed and built flow and atomization characteristics test dais and electronic control unit which can detect the syst

9、em test state. In addition, a convenient software is exploitated for this test system, which provide a simple operation environment to the handler.Taking a high resistance injector as an example, the test data gained in the whole flow range have been analyzed and summarized in order to educe some im

10、portant flow characteristics parameters, such as the static and dynamic state flow curves. Besides, different voltages and fuel pressures working on flow characteristics are compared and compensating measures have been provided. It also gets some modificatory curves. During test,the atomization char

11、acteristics is also tested and analyzed. The spray angle and distribution have been analyzed and obtained by experimentation in this system. The spray angle is figured out through the design principle.The test results show that this test system has good stability and reliability, which can test some

12、 important characteristic parameters. In the meanwhile, theautomatically operating ability is great advanced by the design of electronic control system. The exploitation and research of this test system supply a favorable test platform for the gasoline injectors.Key words: gasoline engine, electroni

13、c injector, flow characteristics, atomization characteristics目錄摘要.I錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。目錄.IV錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。1.1汽油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀 (1錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。1.3汽油機(jī)電控系統(tǒng)噴油性能的要求 (5錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。第2章噴油器特性及其工作原理 (9錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。2.2驅(qū)動(dòng)電路形式 (12錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。2.4噴油器動(dòng)態(tài)過程分析 (20錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。3.1系統(tǒng)機(jī)械部份的設(shè)計(jì) (26錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。3.3測(cè)試系統(tǒng)軟件開發(fā) (41錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。4.1流

14、量特性測(cè)試 (49錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。4.3相關(guān)修正曲線 (59錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。參考文獻(xiàn) (63錯(cuò)誤!超級(jí)鏈接引用無(wú)效。攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 (66第1章 概論1.1汽油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀自汽車誕生一百多年以來,為改善汽車的使用性能,其機(jī)械結(jié)構(gòu)一直處在不斷發(fā)展和完善的過程中。在經(jīng)歷多年的發(fā)展后,汽車在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)非常完善,所以靠改變傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高汽車的性能已臨近極限。這時(shí)候由于電子技術(shù)的發(fā)展,汽車工業(yè)開始變革。隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn),滿足汽車復(fù)雜控制問題所需的模擬電路不僅可做得體積小重量輕,且性能優(yōu)良可靠性高,并首先在發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的應(yīng)用中取

15、得成功。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況,把精確計(jì)量的燃油準(zhǔn)時(shí)地噴入氣缸是降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放、提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率的技術(shù)關(guān)鍵,通過傳統(tǒng)的機(jī)械裝置解決這一問題已非常困難,而電子控制裝置為進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提供了新的途徑。汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,雖然一方面給人類帶來了高度的物質(zhì)文明,極大地促進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,尤其給發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)砹艘慌山?jīng)濟(jì)繁榮的景象,但另一方面由于汽車保有量劇增,引發(fā)了全球性的能源危機(jī)、全球性的環(huán)境污染以及全球性的溫室效應(yīng)。迫于能源危機(jī)和環(huán)境污染的壓力,世界許多國(guó)家都制定了嚴(yán)格的法規(guī),力圖降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。這些來自國(guó)家政府機(jī)構(gòu)以及社會(huì)各個(gè)方面的壓力,又反過來加速了電控燃油噴射系統(tǒng)、電

16、控點(diǎn)火系統(tǒng)的迅速發(fā)展。為了滿足節(jié)能與環(huán)保方面日益嚴(yán)格的要求,各汽車生產(chǎn)大國(guó)(美、日、德等不斷加強(qiáng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的研究和開發(fā),逐步開發(fā)出了各種形式的電控系統(tǒng)1。電控系統(tǒng)的功能也在不斷擴(kuò)增,除了控制汽油噴射以外,還對(duì)點(diǎn)火定時(shí)、怠速、爆震、進(jìn)氣等進(jìn)行控制并具有故障自診斷等功能,發(fā)展成為現(xiàn)今的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)2。1984年福特公司在國(guó)內(nèi)銷售的汽車已全部裝有電控系統(tǒng)。90年代,美國(guó)采用電控系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車總量達(dá)80%以上,日本達(dá)50%以上,歐洲35%以上。90年代末到新世紀(jì)初,美國(guó)、歐洲和日本汽車發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎全部實(shí)現(xiàn)電控3。今天已經(jīng)實(shí)用化了的汽油機(jī)電子控制項(xiàng)目至少覆蓋以下范圍:燃油定量電子控制;點(diǎn)火正時(shí)

17、電子控制;油箱蒸發(fā)排放電子控制;怠速轉(zhuǎn)速電子控制;爆震電子控制;增壓壓力電子控制;排氣再循環(huán)電子控制;二次空氣電子控制;可變氣門正時(shí)電子控制;可變進(jìn)氣系統(tǒng)電子控制;冷卻風(fēng)扇電子控制;空調(diào)壓縮機(jī)電子控制;稀薄燃燒電子控制等。由此可見,汽油機(jī)電子控制的內(nèi)涵遠(yuǎn)比電子控制汽油噴射豐富。除燃油定量電子控制以外還兼有點(diǎn)火正時(shí)等其他電子控制項(xiàng)目的系統(tǒng)應(yīng)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(Engine Management System,縮寫為EMS,又稱為發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)4。我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)的研究與應(yīng)用起步較晚,但改革開放以來尤其是近年來電控技術(shù)得到較快的發(fā)展,上個(gè)世紀(jì)90年代末,中國(guó)生產(chǎn)的桑塔納2000、捷達(dá)王、

18、新型富康和小紅旗等都已采用電控噴射系統(tǒng)。目前,國(guó)內(nèi)的轎車主要從德國(guó)大眾集團(tuán)、法國(guó)雪鐵龍集團(tuán)、日本大發(fā)汽車公司和本田汽車公司以及美國(guó)通用汽車公司引進(jìn)生產(chǎn)的,這些產(chǎn)品無(wú)一例外都是以汽油機(jī)為動(dòng)力的。為減少機(jī)動(dòng)車排放污染,保護(hù)大氣環(huán)境,2001年4月16日國(guó)家環(huán)保總局和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了新的國(guó)家機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)的排放控制水平相當(dāng)于歐洲1992年實(shí)施的I號(hào)排放法規(guī)的水平,控制的污染物包括氮氧化物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锖皖w粒物。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:自2001年9月1日起,所有新生產(chǎn)的裝用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的大于3.5噸的重型車輛及車用發(fā)動(dòng)機(jī)(包括柴油車和柴油與天然氣混燒的客車及貨車都必須滿足GBl7

19、691-2001車用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法的要求;自2001年10月1日起,所有新生產(chǎn)的3.5噸以下的輕型車(包括客車和貨車都必須滿足GBl8352.1-2001輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(1的要求。據(jù)了解,同舊標(biāo)準(zhǔn)相比,柴油機(jī)排放污染降低了10%-30%,輕型汽油機(jī)排放污染降低了80%左右。因此,發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)作為減少環(huán)境污染,達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的重要手段之一,它的研究和發(fā)展已成為國(guó)內(nèi)外專家一個(gè)十分關(guān)注的問題,并且已進(jìn)行了深入的研究。1.2汽油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(一混合氣生成的質(zhì)量不受空氣密度的影響汽油噴射利用噴油器使汽油霧化。噴油器是一種按壓力型霧化器原理工作的霧化裝置

20、,它主要依靠噴油器內(nèi)外的壓力差使燃油霧化。特別是在缸內(nèi)噴射和進(jìn)氣口噴射的場(chǎng)合,可借助氣缸內(nèi)和進(jìn)氣口的高溫使燃油霧化5。所以,混合氣生成的質(zhì)量不受空氣密度的影響。(二空燃比不受空氣密度的影響在汽油噴射的場(chǎng)合,因沒有喉管,噴油器提供的噴油量不是由喉管的真空度決定的,所以混合氣空燃比不再如同在化油器的場(chǎng)合那樣與空氣密度的平方根成反比。而且,汽油噴射場(chǎng)合空氣密度對(duì)空燃比的影響可以利用各種手段進(jìn)行比化油器更為精確的修正6。(三多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合不存在多缸機(jī)混合氣分配不均勻的問題多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合,燃油或者噴入缸內(nèi)7,或者噴在進(jìn)氣門前,進(jìn)氣歧管中的氣流不含燃油,進(jìn)氣歧管壁上沒有燃油膜,故消除了化油器場(chǎng)合各缸混合氣

21、分配不均勻的根本原因。(四多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合負(fù)荷變動(dòng)不會(huì)造成附加油耗和排放惡化如上所述,多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合,進(jìn)氣歧管中流動(dòng)的是純空氣,也就不會(huì)因?yàn)闅饬髦泻腥加投诠?jié)氣門開度減小、壓力下降時(shí)引起附加的燃油從壁面油膜進(jìn)入氣流的問題。(五多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合,過渡工況的性能得到改善多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合,擺脫了進(jìn)氣歧管管壁油膜對(duì)空燃比控制的干擾,所以過渡工況的性能得以改善8。(六體積效率增大首先是因?yàn)槠蛧娚淙∠嘶推?因而取消了喉管,革除了進(jìn)氣系統(tǒng)的“瓶頸”。以第一代桑塔納2000型汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)為例,在原機(jī)結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)未作重大變動(dòng)的情況下,只是將化油器改為多點(diǎn)噴射,就使標(biāo)定功率從原66kW提高到72kW,使最大

22、轉(zhuǎn)矩從原145Nm,提高到155Nm。其次是因?yàn)檫M(jìn)氣歧管壁上不存在油膜了,故不必利用排氣管加熱進(jìn)氣管,而使進(jìn)氣溫度得以降低;同時(shí)由于進(jìn)、排氣歧管可分置于機(jī)體兩側(cè),形成所謂的“橫流掃氣”,因此改進(jìn)了充量交換過程。結(jié)果,提高了體積效率,降低了爆震傾向。此外,在化油器的場(chǎng)合,為了減少進(jìn)氣歧管壁上油膜的不利影響,對(duì)進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)提出了一些特殊要求,例如要求盡可能小的截面、盡可能短的長(zhǎng)度等。這會(huì)影響體積效率。相反,在多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合由于管壁沒有油膜,上述設(shè)計(jì)要求也就隨之消失,所以在進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)中,一方面可以放手減少流動(dòng)阻力,另一方面可以充分利用動(dòng)力增壓效應(yīng),使體積效率和轉(zhuǎn)矩、功率大幅度上升。(七減少了混

23、合氣生成系統(tǒng)結(jié)冰的危險(xiǎn)特別是在多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合,噴油器溫度很高,不可能結(jié)冰。汽油噴射系統(tǒng)的工作不受發(fā)動(dòng)機(jī)姿勢(shì)的影響。汽油噴射系統(tǒng)的工作與重力無(wú)關(guān),所以不受發(fā)動(dòng)機(jī)姿勢(shì)的影響9。(八發(fā)動(dòng)機(jī)斷油方便因?yàn)椴皇且揽课肟諝庠诤砉茉斐烧婵斩葋磉M(jìn)行燃油定量的,所以即使發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)、氣缸在吸氣,仍然可以切斷燃油供應(yīng)10。這為超速斷油和倒拖斷油提供了方便,并為六缸及六缸以上發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)噴射場(chǎng)合下負(fù)荷不足時(shí)的部分停缸運(yùn)行創(chuàng)造了可能。(九降低缸內(nèi)溫度燃油直接噴入缸內(nèi),或雖然噴在進(jìn)氣門前但噴油時(shí)間與進(jìn)氣門開啟時(shí)間部分重疊的場(chǎng)合,會(huì)有燃油在進(jìn)入氣缸后吸熱汽化,導(dǎo)致缸內(nèi)溫度降低11。如此,一方面有可能提高體積效率,因而提高轉(zhuǎn)

24、矩和功率;另一方面降低了爆震傾向,在燃油辛烷值保持不變的情況下可增大點(diǎn)火提前角或提高壓縮比0.51.5,因而降低油耗,或者在壓縮比保持不變的情況下可放松對(duì)燃油辛烷值和沸騰范圍的要求12。(十可增大氣門疊開角,實(shí)現(xiàn)純空氣掃氣燃油直接噴入氣缸時(shí),因吸入的空氣充量中不含燃油,故可適當(dāng)增大氣門疊開角而不至于造成未燃燃油外溢,在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)或四沖程增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合有可能利用純空氣掃氣,既提高充氣效率,又降低油耗和排放。(十一便于實(shí)現(xiàn)分層充量、稀薄燃燒稀薄燃燒(空燃比大于2223可降低油耗、改善排放,為汽油機(jī)的重要發(fā)展方向之一。為了在稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火,必須一反常規(guī),在汽油機(jī)中有意識(shí)地造成非均質(zhì)混合氣

25、,這就是分層充量。僅僅依靠化油器或單點(diǎn)噴射是無(wú)法達(dá)到這一目標(biāo)的。缸內(nèi)噴射就很容易實(shí)現(xiàn)分層充量、稀薄燃燒。1991年上海國(guó)際汽車展覽會(huì)上展出的三菱公司GDI就是一例。奧地利的A VL公司在四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)上利用進(jìn)氣口噴射也成功地實(shí)現(xiàn)了分層充量、稀薄燃燒。(十二燃油定量精確化油器集燃油霧化、汽化、擴(kuò)散和混合等加工過程與燃油定量控制于一身,控制精度難以保證。汽油噴射系統(tǒng)中,燃油加工由燃油泵和噴油器完成,燃油定量控制則另有裝置專司,兩者分開,為提高控制精度創(chuàng)造了條件。例如,汽油噴射系統(tǒng)的燃油定量可考慮冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等因素,而化油器不能。(十三降低油耗,延長(zhǎng)壽命有幾個(gè)原因促使汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的

26、油耗可低于化油器發(fā)動(dòng)機(jī):(1多點(diǎn)噴射的場(chǎng)合,消除了進(jìn)氣歧管壁上的油膜,降低了過渡工況的油耗;(2汽油噴射的燃油定量控制精度較高;(3直接噴射的場(chǎng)合可降低掃氣損失;(4便于實(shí)現(xiàn)倒拖斷油;(5便于通過稀薄燃燒降低油耗。在同等功率水平下,降低油耗意味著降低熱負(fù)荷,有利于提高氣門、氣門座、氣缸蓋和活塞等零件的壽命。(十四穩(wěn)定工作的轉(zhuǎn)速范圍大汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷時(shí)可穩(wěn)定地工作在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍,最高與最低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可達(dá)10:1至12:1。這就是說,發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速下就可以加上全負(fù)荷了,不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速波動(dòng)或怠速粗暴。這是因?yàn)槠蛧娚湎到y(tǒng)在任何轉(zhuǎn)速下都能準(zhǔn)確地控制發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比而化油器卻做不到。(十五降低發(fā)動(dòng)機(jī)高度由

27、于取消了化油器,發(fā)動(dòng)機(jī)的總高度可以降低,因此,給發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車中的布置帶來了方便。(十六燃油定量對(duì)燃油粘度不敏感因此,使用粘度較高的汽油也無(wú)妨。汽油噴射相對(duì)于化油器的缺點(diǎn)是:系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格高昂、維修較難,對(duì)燃油的潔凈度要求較高,而且要求控制燃油的凝膠含量,否則容易堵塞噴油器,在進(jìn)氣門背面形成積碳。特別是中國(guó)的汽油多采用熱裂催化工藝生產(chǎn),烯烴含量超過30%,更有必要加入清凈劑。但加入過多也會(huì)使燃燒室內(nèi)形成沉積物。1.3汽油機(jī)電控系統(tǒng)噴油性能的要求ECU對(duì)空燃比的控制是通過對(duì)燃油噴射量的控制來完成的。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí), ECU從傳感器得到空氣流量的信息,通過若干計(jì)算之后,決定噴油量,從而使混合氣的空燃比

28、達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值。在整個(gè)過程中,ECU輸出的控制指令只是一個(gè)觸發(fā)噴油器的控制信號(hào),在這一個(gè)噴油信號(hào)中,ECU控制了信號(hào)的脈寬以及時(shí)刻。噴油信號(hào)的脈寬決定了噴油量的多少13。這一脈寬是下列參數(shù)的函數(shù):(1ECU通過計(jì)算確定的目標(biāo)空燃比。(2空氣流量。(3發(fā)動(dòng)機(jī)的其它工況參數(shù),如傳感器EGO、ECT、MAP等提供的信息。(4噴油器的流量特性。ECU在控制噴油脈寬時(shí)可采用兩種方式:開環(huán)控制與閉環(huán)控制。在開環(huán)方式中,每一次噴油的脈寬都是由ECU計(jì)算出來的14。在這一方式中,ECU計(jì)算脈寬的目的是為了“配制”出一定空燃比的混合氣,但對(duì)于噴油后實(shí)際形成的混合氣到底是怎樣的空燃比,并沒有檢查。在閉環(huán)方式中,

29、ECU并不只是計(jì)算噴油脈寬,而且要記錄下當(dāng)前的噴油脈寬,然后從排氣氧傳感器EGO信號(hào)檢查這一脈寬形成的空燃比,并與目標(biāo)空燃比相比較,從而決定下一次噴油的脈寬。燃料噴霧是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的重要基礎(chǔ)。無(wú)論是汽油機(jī)還是柴油機(jī),燃料的噴射規(guī)律、燃料與空氣的混合氣形成都是關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放好壞的最重要的環(huán)節(jié)?；旌蠚庑纬墒且粋€(gè)燃料的空間分布特性問題,它取決于燃料的噴霧、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀之間的密切配合,其中燃料的噴霧是至關(guān)重要的。燃料的噴霧特性:噴油率、噴油器噴出燃油油束的貫穿距離和錐角、油滴的尺寸和速度,以及分布特性等,對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量就構(gòu)成了噴霧測(cè)量。在電子燃油噴射的汽油機(jī)中霧化過程是通過

30、噴油器的壓力噴射形成霧化并部分汽化,其中的液滴與空氣接觸且接觸到熱的物體表面(如進(jìn)氣門進(jìn)一步汽化而形成的。在理想情況下,混合氣中的燃油在進(jìn)氣道中已大部分汽化并混合,當(dāng)進(jìn)氣門打開后,混合氣經(jīng)進(jìn)氣門流入氣缸,在缸內(nèi)與殘余廢氣混合,并在燃燒開始時(shí)完全汽化。典型的進(jìn)氣道噴射情況見圖1-1。為了改善燃油汽化,需要使噴霧中液滴尺寸小,液滴的分布密度均勻。小尺寸的液滴容易與空氣均勻混合,而且所需的汽化熱也比較少。通常霧柱的噴射錐角越大,液滴尺寸越小。然而,過大的錐角會(huì)使霧柱大于進(jìn)氣門頭部,可能引起濕壁現(xiàn)象(液滴凝聚在進(jìn)氣道的表面而導(dǎo)致燃燒控制惡化。圖1-1 進(jìn)氣道噴射1.3.2.1 噴霧的形成和作用噴霧是傳

31、質(zhì)、傳熱的重要基礎(chǔ)。只有當(dāng)燃料與空氣充分接觸,形成可燃混合氣時(shí),才有可能燃燒。當(dāng)燃料以一定的高壓和速度經(jīng)噴油器噴射后,會(huì)形成如圖1-2所示的噴注(或稱為油束。圖1-2 油束由于周圍空氣的動(dòng)力作用,液體噴注被撕裂成片、帶、線、泡或大顆粒的油滴,此過程稱為一級(jí)霧化。進(jìn)一步,空氣動(dòng)力作用將這些液片、帶、線、泡或大顆粒的油滴再粉碎成細(xì)小的油滴,空間分布的細(xì)小油滴由于表面張力的作用而成為球形,此過程稱為二級(jí)霧化。油束中央的速度較大,但油滴密集,濃度較大;邊上油粒分布松散,直徑較小。外部細(xì)小油滴最先蒸發(fā)并與空氣混合形成可燃混合氣。這種燃料的霧化將大大增加燃料與空氣接觸的表面積,即蒸發(fā)表面積,增加燃料與助燃

32、劑氧氣接觸的機(jī)會(huì)。接觸面積越大,可燃混合氣越多,燃燒越完善。對(duì)于油滴,若只有1個(gè),則球形油滴的直徑為9.7mm,表面積為;但如果通過高壓噴霧,將其霧化成為2.99×107個(gè),則霧化油滴的平均直徑為,所有油滴的表面積之和將為,燃燒反應(yīng)機(jī)會(huì)大大增加。電源電壓將影響到噴油器線圈產(chǎn)生的電磁提升力。當(dāng)電源電壓較低時(shí),噴油器針閥延遲t1和開啟反應(yīng)t2均增加,從而使有效噴油時(shí)間縮短。另外,低電壓還會(huì)使燃油泵轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)燃油輸出壓力低于壓力調(diào)節(jié)器可調(diào)節(jié)的工作范圍時(shí);供油系統(tǒng)的壓力降低,進(jìn)一步減少了噴油量。由于汽車上的電源電壓一直在變動(dòng),當(dāng)發(fā)電機(jī)接通時(shí)蓄電池電壓可降至11V,高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電機(jī)電壓又可高

33、達(dá)14V。為了獲得穩(wěn)定的空燃比控制,對(duì)電源電壓的校正是十分重要的。電源電壓的校正通常采用加上一段脈寬進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?。所補(bǔ)償脈寬的長(zhǎng)短與噴油器特性及其驅(qū)動(dòng)器類型有關(guān)15。1.4研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題研究目標(biāo):設(shè)計(jì)并搭建電控噴油器測(cè)試臺(tái)架。通過建立的測(cè)試臺(tái)架完成對(duì)電控噴油器的性能測(cè)試和評(píng)估。研究?jī)?nèi)容:主要包括測(cè)試臺(tái)架供油系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與布置、測(cè)試系統(tǒng)電控單元的設(shè)計(jì)、噴油器流量特性測(cè)試、噴霧特性測(cè)試以及用Visual Basic 6.0對(duì)測(cè)試系統(tǒng)操作軟件的設(shè)計(jì)。同時(shí)在建立的測(cè)試系統(tǒng)上對(duì)汽油機(jī)噴油器進(jìn)行大量特性參數(shù)測(cè)試試驗(yàn),結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析并研究噴油器的重要特性流量特性與

34、噴霧特性等參數(shù)。研究成果:完成汽油機(jī)電控噴油器測(cè)試系統(tǒng)的臺(tái)架設(shè)計(jì)與搭建,根據(jù)本系統(tǒng)完成了電控噴油器的流量特性和噴霧特性的測(cè)試試驗(yàn),通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和研究,驗(yàn)證了測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)用性、穩(wěn)定性以及可靠性。通過電控系統(tǒng)和操作軟件的設(shè)計(jì)使該臺(tái)架達(dá)到全自動(dòng)控制程度。第2章 噴油器特性及其工作原理2.1噴油器的結(jié)構(gòu)電控噴油器是汽油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵的執(zhí)行器。它接受ECU 控制的噴油脈沖信號(hào),精確地計(jì)算燃油噴射量。因此,它是一種加工精度非常高的精密器件,因此要求其動(dòng)態(tài)流量范圍大、抗堵塞和抗污染能力強(qiáng)以及霧化性能好。為了滿足這些性能要求,則有各種不同結(jié)構(gòu)型式的電控噴油器,主要有軸針式,球閥式和片閥式

35、等。圖2-1 軸針式電磁噴油器1-濾清器;2-插座;3-電磁線圈;4-噴油器體;5-銜鐵;6-擋塊;7-針閥圖2-1為軸針式電控噴油器的結(jié)構(gòu)圖。它主要由噴油器體、噴油嘴、針閥、套在針閥上的銜鐵以及根據(jù)噴油脈沖信號(hào)產(chǎn)生電磁吸力的電磁線圈組成。電磁線圈無(wú)電流時(shí),噴油器內(nèi)的針閥被螺旋彈簧壓在噴油器出口處的錐形密封閥座上。電磁線圈通電時(shí),產(chǎn)生磁場(chǎng)吸引銜鐵上移,銜鐵帶動(dòng)針閥從其座面上升約0.1mm,燃油從精密環(huán)形間隙中流出。為使燃油充分霧化,針閥前端磨出一段噴油軸針。噴油器吸動(dòng)及下降時(shí)間約為l1.5ms。噴油器用專門的支座安裝。支座為橡膠成型件,從而形成隔熱作用,防止噴油器中的燃油汽化產(chǎn)生氣泡,有助于提

36、高發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫起動(dòng)性能。另外,橡膠成型件可保護(hù)噴油器不受過高振動(dòng)應(yīng)力的作用。視發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式的不同,噴油器或是經(jīng)燃油管或經(jīng)帶保持夾的連接插座與燃油軌連接?，F(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)具有較低的燃油消耗率和較高的功率,各種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣空氣流量范圍擴(kuò)大,因此噴油器的動(dòng)態(tài)流量范圍必須隨之增大。減輕閥針質(zhì)量并提高彈簧預(yù)緊力,對(duì)獲得寬廣的動(dòng)態(tài)流量范圍十分有效。同時(shí),用球閥簡(jiǎn)化計(jì)量部分的結(jié)構(gòu),有助于提高噴油量精度。此外,噴油器體和蓋用高導(dǎo)磁不銹鋼制成,提高了耐蝕性。圖2-2 噴油器結(jié)構(gòu)示意圖1-下墊圈;2-下密封圈;3-閥桿;4-下管套;5-銜鐵;6-上管套;7-線圈套;8-彈簧定位套;9-接線片;10-濾網(wǎng)組件;

37、11-上密封圈; 12-上墊圈;13-彈簧;14-線圈;15-閥座;16-球閥;17-噴孔片; 18-擋圈圖2-2為球閥式噴油器的結(jié)構(gòu)圖。它與軸針式電控噴油器的主要區(qū)別在于閥針的結(jié)構(gòu)。球閥式的閥針是由鋼球、導(dǎo)桿和銜鐵用激光束焊接成整體制成的,由于采用了短的空心導(dǎo)桿,其質(zhì)量減輕到只有普通軸針式閥針的一半。為了保證燃油密封,軸針式閥針必須有較長(zhǎng)的導(dǎo)向桿,而球閥具有自動(dòng)定心作用,無(wú)需較長(zhǎng)的導(dǎo)向桿。因此,球閥式的閥針質(zhì)量輕,且具有較高的燃油密封能力,明顯優(yōu)于軸針式針閥。當(dāng)噴油脈沖輸入電磁線圈時(shí),產(chǎn)生電磁吸力,固定在閥針上的銜鐵被向上吸起,閥針抬離閥座,燃油開始通過計(jì)量孔噴出。當(dāng)噴油脈沖終止時(shí),吸力消失

38、,閥針在彈簧力作用下返回閥座,于是噴油結(jié)束。因此,每次脈沖的噴油量取決于輸入電磁線圈的工作脈沖的寬度。片閥式電控噴油器最早是英國(guó)Lucas(盧卡斯公司研制開發(fā)的,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是質(zhì)量輕的閥片和孔式閥座。它們與磁性優(yōu)化的噴油器總成結(jié)合起來,使噴油器不僅具有較大的動(dòng)態(tài)流量范圍,而且抗堵塞能力較強(qiáng)。電磁線圈可按任何特性值繞制,但典型的一種是低電阻型噴油器,阻值為2-3,用于電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。另一種是高電阻型噴油器,阻值為13-17,用于電壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。燃油從噴油器頂部注入。當(dāng)噴油器處于未激勵(lì)狀態(tài)(針閥關(guān)閉時(shí),閥片被螺旋彈簧力和液壓力壓緊在閥座上。當(dāng)來自微機(jī)控制裝置的噴油脈沖通過噴油器線圈繞組時(shí),即產(chǎn)

39、生磁場(chǎng);在電磁力足以克服彈簧力和液壓力的合力之前,閥片仍將壓緊在閥座上一旦電磁力超過兩者的合力,閥片即開始脫離:閥座上的密封環(huán),被鐵心吸住,于是具有壓力的燃油進(jìn)入閥座密封環(huán)中的計(jì)量孔。反之,一旦來自微機(jī)控制裝置的噴油脈沖結(jié)束,電磁力開始衰減,但是閥片仍瞬時(shí)保持閥開啟狀態(tài),直到噴油器彈簧力克服衰減的電磁力為止。當(dāng)彈簧力大于衰減的電磁力時(shí),閥片將脫離擋圈返回到閥座上,切斷燃油噴射。為了適應(yīng)各種發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì),一般噴油器產(chǎn)品均有上部進(jìn)油與下部進(jìn)油兩種。前面給出的幾種均是上部進(jìn)油式的,圖2-3給出了下部進(jìn)油噴油器的一個(gè)例子。圖2-3 底部進(jìn)油的噴油器1-電磁線圈;2-濾網(wǎng);3-電插頭;4-噴油器體;5-

40、鐵芯;6-閥體;7-針閥底部供油式噴油器主要用于中央燃油噴射系統(tǒng)中,這個(gè)系統(tǒng)允許在節(jié)氣門安裝一個(gè)或多個(gè)的噴油器。這種設(shè)計(jì)允許在噴油器的燃油噴射部位進(jìn)行包裝,以便噴油器安裝在節(jié)氣門的正上方。底部供油式噴油器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以消除蒸汽。通過與噴油器外部直接相聯(lián)的通道,蒸汽更容易被消除。這個(gè)蒸汽消除通道只需要較低的燃油壓力(100kPa,同時(shí)能保證燃油的正常供應(yīng)。盡管底部供油式噴油器主要運(yùn)用于中央燃油噴射系統(tǒng),但已有用于進(jìn)氣道噴射的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。2.2驅(qū)動(dòng)電路形式汽車上的噴油器普遍使用的驅(qū)動(dòng)電路是電流式驅(qū)動(dòng)電路和電壓式驅(qū)動(dòng)電路。在一個(gè)給定的循環(huán)率下以精確的時(shí)間增量向噴油器供給電壓脈沖。這些脈沖和循環(huán)精確

41、度通常保持在一定誤差范圍內(nèi)。圖2-4和圖2-5分別給出了兩種驅(qū)動(dòng)電路的原理性電路圖。電流式驅(qū)動(dòng)電路通過控制電路給出兩種水平的電流來控制噴油器,電流曲線如圖2-4所示。驅(qū)動(dòng)電路以一定電壓供給噴油器直到達(dá)到預(yù)先確定的電流峰值,以此來加速噴油器的開啟,為了將噴油器完全打開的不穩(wěn)定性降到最低,要對(duì)噴油器和驅(qū)動(dòng)器特征進(jìn)行匹配以確保在噴油器完全打開之后峰值轉(zhuǎn)換才發(fā)生;而后電流下降并保持在一個(gè)較低值,以保證噴油脈寬持續(xù)時(shí)間;當(dāng)噴油器接到斷電信號(hào)后,電流下降到一個(gè)更低值,使噴油器內(nèi)剩磁減少,以此來加速噴油器的關(guān)閉。圖2-4 低阻型噴油器驅(qū)動(dòng)電路電流曲線電流驅(qū)動(dòng)方式的回路中沒有使用附加電阻。低電阻噴油器直接與電

42、源連接,因而回路阻抗小,觸發(fā)脈沖接通后,電磁線圈電流上升快,針閥能快速打開,從動(dòng)態(tài)響應(yīng)角度看是相當(dāng)有利的,它可以縮短無(wú)效噴射時(shí)間。在電流驅(qū)動(dòng)方式的回路中,增加了電流控制回路。當(dāng)脈沖電流使電磁線圈電路接通后,它能控制回路中的工作電流。當(dāng)控制回路根據(jù)微機(jī)輸出的脈沖信號(hào)使功率三極管導(dǎo)通時(shí),能及時(shí)接通噴油器電磁線圈電路。其電路是:電源正極噴油器電磁線圈三極管電流檢測(cè)電阻接地電源負(fù)極。由于在開始階段,三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),回路阻抗小,噴油器電磁線圈的電流在極短的時(shí)間內(nèi)就很快上升,保證了針閥以最快的速度升起。當(dāng)針閥升到全開位置時(shí),其電磁線圈的電流達(dá)到最大,一般稱為峰值電流或提升電流。噴油器的結(jié)構(gòu)不同,工

43、作情況不同,其峰值電流也不同,一般為4-8A(電源電壓為14V時(shí)。在噴油器電磁線圈電流增大的同時(shí),電流檢測(cè)電阻的電壓降也不斷增大。電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)(此時(shí)恰好針閥升至全開位置,電流控制回路使三極管在噴油期間以約20MHz的頻率交替地導(dǎo)通和截止,使針閥在全開位置時(shí)通過噴油器電磁線圈的電流降至較小的保持電流,一般保持電流平均值在1-2A左右,該電流足以維持針閥在全開位置。由于電流控制回路的作用,限制了針閥全開時(shí)的電流值,可以達(dá)到防止電磁線圈發(fā)熱以及減小功耗等優(yōu)點(diǎn)。由于電流驅(qū)動(dòng)方式中電流的特點(diǎn),它又稱為提升-保持式驅(qū)動(dòng)器。由于在功率管截止時(shí)噴油器電磁線圈存在電感,在線圈兩端可能產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),此

44、電動(dòng)勢(shì)與電源電壓一起作用在功率管上,可能將其擊穿而損壞。為了保護(hù)功率管和縮短噴油器關(guān)閥時(shí)間,在驅(qū)動(dòng)回路中常設(shè)有消弧回路。優(yōu)點(diǎn)能將噴油器的開啟和關(guān)閉時(shí)間減少到最小,也就是說能使噴油器動(dòng)態(tài)流量的線性范圍增加;對(duì)噴油器內(nèi)部磨損和摩擦的變化有較低的敏感性;對(duì)最小工作電壓以及工作電壓的變化有較低的敏感性;低電壓時(shí)的性能好。缺點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電路熱量不易散失,與飽和式驅(qū)動(dòng)器相比,電路也較為復(fù)雜。圖2-5 高阻型噴油器驅(qū)動(dòng)電路電流曲線電壓式驅(qū)動(dòng)電路在整個(gè)噴油脈寬范圍內(nèi)向噴油器供一穩(wěn)定的電壓,其電流曲線如圖2-5所示。這種驅(qū)動(dòng)電路一般用在高電阻線圈(一般是12到16的噴油器上。其優(yōu)點(diǎn)是熱量主要通過噴油器散失而不會(huì)留在驅(qū)

45、動(dòng)電路中,電路也更加簡(jiǎn)單,伴隨的缺點(diǎn)則是動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差,降低了噴油器的可用流量范圍。優(yōu)點(diǎn)熱量主要通過噴油器或整流電阻器散失而不會(huì)留在驅(qū)動(dòng)器電路中。與峰值式驅(qū)動(dòng)器相比,電路更加簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)該系統(tǒng)固有的慢速動(dòng)態(tài)響應(yīng)降低了噴油器的可用流量范圍。由于要考慮到熱量的散失,使用這種電路的噴油器的動(dòng)態(tài)噴油率對(duì)工作循環(huán)更敏感。這種驅(qū)動(dòng)器的感應(yīng)抑制,可能是電容的電阻或者齊納擊穿,由于電路中電流衰減率的變化,會(huì)明顯的影響噴油器的單脈沖噴油量。這種衰減會(huì)造成噴油器關(guān)閉時(shí)間的變化。噴油器驅(qū)動(dòng)電路如圖2-6所示。以2-6(a電壓驅(qū)動(dòng)電路為例,該電路采用光電耦合器將控制信號(hào)輸出電路與噴油器驅(qū)動(dòng)電路相隔離,從而抑制噴油器驅(qū)動(dòng)電

46、路的高頻干擾進(jìn)入控制電路部分,以保證其正常工作。同時(shí)使用功率晶體管作為噴油器驅(qū)動(dòng)器,為了保證噴油器脈寬的完整周期而保持完全開路,這種驅(qū)動(dòng)器一般和具有高電阻線圈(一般是12到16的噴油器或者具有低電阻線圈和整流電阻器的噴油器同時(shí)使用。圖中電阻R和二極管C在噴油器關(guān)閉時(shí)提供放電通路,以防止功率三極管損壞,它們和噴油器線圈組成了噴油器的消弧電路。圖2-6 噴油器驅(qū)動(dòng)器的原理性電路a電壓驅(qū)動(dòng)電路 b電流驅(qū)動(dòng)電路1-輸入脈沖;2-功率三級(jí)管;3-消弧回路;4-噴油器;5-附加電阻(高電阻噴油器除外;6-電流控制回路;7-電流檢測(cè)電阻低電阻噴油器與電壓驅(qū)動(dòng)方式配合使用時(shí),應(yīng)在驅(qū)動(dòng)回路中加入附加電阻。這是因

47、為在低電阻噴油器中減小了電磁線圈的電阻,減少了匝數(shù)以及減小了電感。其優(yōu)點(diǎn)是噴油器本身響應(yīng)特性好,但由于電磁線圈電阻的減小會(huì)使電流增加,會(huì)加速電磁線圈因發(fā)熱而導(dǎo)致的損壞,為此在回路中要設(shè)置附加電阻。附加電阻與噴油器的連接方式如圖2-7所示。電壓驅(qū)動(dòng)方式的回路較簡(jiǎn)單,但由于在回路中加入了附加電阻,回路阻抗大,導(dǎo)致經(jīng)過噴油器的電流減小,噴油器產(chǎn)生的電磁力降低,從動(dòng)態(tài)響應(yīng)角度看,稍有不利。圖2-7 附加電阻與噴油器的連接方式2.3噴油器工作特性圖2-8 噴油器機(jī)構(gòu)示意圖在電控汽油噴射裝置中,噴油器作為一個(gè)關(guān)鍵部件,它必須精確地計(jì)量燃油并形成噴霧,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)作高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),在一個(gè)噴油周期內(nèi)從開啟、噴油到回位

48、僅幾個(gè)毫秒,為了使噴油器在如此短的過程中有足夠的噴油量,就要求其具有很高的頻響特性16。另外,它的流量特性對(duì)汽油機(jī)與電控系統(tǒng)的匹配有很大影響。因此,通過建立數(shù)學(xué)模型研究其噴射過程具有重要實(shí)用意義,有助于了解各種參數(shù)對(duì)噴油器性能的影響程度,可為噴油器的開發(fā)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供一條新的有效手段。由于電控噴油器在工作時(shí),其中的燃油流動(dòng)、電路和磁路都達(dá)不到穩(wěn)定的工作狀態(tài),幾乎大部分時(shí)間都工作在過渡過程中,這一特點(diǎn)決定了電控噴油器噴射過程建模的復(fù)雜性17。噴油器的噴射過程可分為針閥開啟、全開和關(guān)閉三個(gè)主要過程:(1開啟過程是指從接通驅(qū)動(dòng)脈沖起到針閥全開的過程18。(2全開過程是指針閥升程為最大值的過程19。(

49、3關(guān)閉過程是指從切斷驅(qū)動(dòng)脈沖起到針閥由彈簧推回而落座的過程。由電控噴油器的噴射過程可知:在針閥開啟和關(guān)閉時(shí),噴油器處于動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)。由于針閥的位移,使磁路磁阻發(fā)生變化,造成電路中的電感發(fā)生改變,引起電磁吸力變化從而又影響到針閥的運(yùn)動(dòng)20。針閥的位移也使噴油器內(nèi)的燃油流動(dòng)產(chǎn)生壓力波動(dòng),導(dǎo)致針閥所受液體伴隨之發(fā)生變化,也反過來影響針閥的運(yùn)動(dòng)。另外針閥與閥座間相碰撞而產(chǎn)生的振動(dòng)也會(huì)影響噴油器的工作特性21?？梢哉J(rèn)為電控噴油器是一個(gè)由電路、磁路、流體運(yùn)動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)22,各個(gè)系統(tǒng)是相互作用、相互影響的,四個(gè)子系統(tǒng)相互關(guān)系如圖2-9所示。圖2-9 噴油器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2-10 等效

50、磁路 圖2-11 等效電路圖2-10和圖2-11是電磁線圈的電磁模型,其中圖2-10是等效磁路,圖2-11是等效電路。根據(jù)圖2-10由磁路歐姆定律可知(2-1在計(jì)算模型中采用漏磁系數(shù)法23,因此磁路磁阻便由三部分組成:工作氣隙磁阻和滑動(dòng)氣隙磁阻和導(dǎo)磁體磁阻。即:(2-2其中,(2-3式中,為氣隙截面積,為銜鐵外徑,為銜鐵內(nèi)徑,為真空磁導(dǎo)率,為工作氣隙。(2-4式中,為滑動(dòng)氣隙,為滑動(dòng)氣隙的長(zhǎng)度。(2-5式中,為導(dǎo)磁體的磁路長(zhǎng)度,為導(dǎo)磁體的磁導(dǎo)率。為導(dǎo)磁體的磁阻系數(shù),球閥在非全開時(shí),導(dǎo)磁體的磁阻相對(duì)于氣隙磁阻可以忽略不計(jì),此時(shí)取;球閥全開時(shí),導(dǎo)磁體中的磁通密度很容易達(dá)到飽和,此時(shí)導(dǎo)磁體的磁導(dǎo)率就變得很小,導(dǎo)磁體的磁阻不可忽略,取。由麥克斯韋爾定理可知,工作氣隙為時(shí)芯管組件所受的電磁力為:由圖2-11可知,電感為常量時(shí)的線圈電壓平衡方程為:(2-7電感不為常量時(shí)的線圈電壓平衡方程為:(2-8 式中,為線圈電阻,電感為:(2-9 其中為線圈箍數(shù),為漏磁系數(shù)。燃油在噴油器中的流動(dòng)是可壓縮非穩(wěn)定流動(dòng),其流動(dòng)較為復(fù)雜,芯管組件在沿流線方向的各個(gè)截面處所受的力各不相同24。流體對(duì)芯管組件的合力由燃油壓力和芯管組件運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的剪切力組成。即:(2-10 本文中,由于芯管組件外形上的不規(guī)則性,為簡(jiǎn)化計(jì)算過程,假設(shè)、均為常數(shù),阻力系數(shù)可表示為:開啟遲滯階段時(shí),取;球閥處于全開狀態(tài)時(shí),;球閥升起過程中