关键结构参数对压电式喷油器喷射特性的影响

利用Matlab/Simulink软件,建立了压电驱动器非线性动力学模型,同时耦合其他机-液部分,建立了完整的压电喷油器电-机-液模型,并试验验证了模型的准确性.系统分析了驱动器预紧力、进/出油孔直径、旁通油孔直径、控制腔容积、控制活塞直径和针阀弹簧预紧力等参数对喷油特性和针阀响应特性的影响,并建立了结构参数灵敏度量化指标,对各部件结构参数进行灵敏度量化分析.结果表明:该喷油器特有的旁通油道可有效地减少针阀关闭延迟,下降时间缩短了0.2 ms,有利于喷油器快速断油;适当增大进/出油孔的孔径比可提高针阀开启速度、缩短针阀下降时间;在各结构参数的许可范围内,针阀控制活塞直径和进/出油孔直径在喷油器喷油量以及针阀响应过程的各个时期影响权重最大,旁通油孔直径和控制腔容积主要影响针阀的回位阶段,喷孔直径对针阀上升和下降过程影响较小,但更大程度上改变了循环喷油量.

压电式喷油器多参数优化匹配研究

作为新兴的驱动控制技术,压电式喷射技术由于快速的动态响应特性,为柴油机精确的小油量、多次喷射提供了可靠保证。针对自行研制的压电式喷油器,基于AMESim软件建立了压电喷油器一维电-机-液耦合数学模型,以喷油器针阀响应特性指标为优化对象,获得对喷油器响应特性影响权重较大的结构参数,分别采用正交试验优化(DOE)和遗传算法优化方法对关键结构参数进行多目标优化。结果表明:优化后针阀开启延迟缩短了16%,开启时间减少了23.6%,关闭延迟缩短了13.6%,关闭时间减少了13.3%,针阀响应特性获得了很大提高,有利于实现小油量喷射和多次喷射。

压电驱动器陶瓷材料温度特性研究及模型修正

在压电陶瓷热-电-力多场耦合加载试验台上,对压电驱动器的陶瓷材料在强电场(2 kV/mm)和变温度(30~150℃)下的性能进行了测试,分析了电滞回线、应变回线以及自由电容与介电损耗角正切值随着温度的变化关系,同时建立了考虑温度影响的陶瓷材料的位移特性数学模型,并验证了模型的准确性。结果表明:随着温度的升高,双极强电场下的电滞回线逐渐变得细长,同时剩余极化、最大极化和矫顽场均下降,且温度对剩余极化和矫顽场的影响比对最大极化s的影响更为强烈,应变回线呈现典型的蝶形曲线,负应变随温度的升高而逐渐下降至0.12%;在单极工作电场下,随温度升高,剩余极化变化较小,最大极化升高明显,增加了40%左右;材料的压电常数基本呈线性增加的趋势,自由电容与介电损耗角正切值不断增大,温度越高,增幅越大。

共轨柴油机燃烧室参数对排放性能的影响

利用CFD软件Converge进行数值计算,研究分析了燃烧室结构参数对共轨柴油机排放特性的影响规律,并进行了各结构参数对柴油机排放性能的灵敏度分析。结果表明:NOx排放受口径比影响最大,敞口角是影响Soot排放的关键参数,上止点间隙和碗底圆弧半径是影响排放的次要因素。适当减小口径比以及增大敞口角可以减少Soot与NOx的排放;碗底圆弧半径为15 mm时NOx排放量最少,上止点间隙为6.5 mm时NOx排放量最少,上止点间隙与碗底圆弧半径对Soot排放量影响均很小。

压电驱动器动态特性试验研究

为掌握压电驱动器在复杂力-电工作场中的动态特性,在压电驱动器位移动态测试台架上,对试制的压电驱动器在不同电场(限流电阻、驱动电压)和机械载荷(预紧力)下的输出位移特性、响应特性、输出力特性进行了试验研究。结果表明:试制的压电驱动器输出响应迅速,受限流电阻、预紧力和驱动电压的影响非常小,其频率响应可以达到2 kHz;驱动电压对压电驱动器最大位移输出和稳态位移影响最大,驱动电压升高,输出位移基本呈线性增加;随着限流电阻增加,压电驱动器最大输出位移减小,适当增加限流电阻和预紧力能够抑制位移波动;该压电驱动器在140 V驱动电压、2.2Ω限流电阻的情况下最大位移可达54μm,输出力大于840 N,能够满足压电喷油器球阀升程和球阀抬起力的要求。

基于响应面近似模型的双层喷孔参数优化研究

在共轨柴油机上采用双层交错布置喷孔油嘴可以改善柴油机的经济性和排放性能。针对双层交错布置喷孔油嘴与燃烧室优化匹配问题,采用CFD软件,运用中心组合试验设计方法设计燃油系统参数的试验计算矩阵并进行数值计算;再以响应面近似模型构造燃烧和排放的优化目标函数;最后运用多岛遗传算法对该近似模型进行全局寻优,确定燃油系统参数的优化组合,并在试验台架上进行了优化方案的配机试验。结果表明:小的喷孔直径、较多的喷孔以及适当的上下层喷孔喷射夹角可提高油束的雾化质量。

基于PWM的压电喷油器驱动控制研究

针对自行研制的压电喷油器和压电执行器,基于脉宽调制(PWM)控制方式,设计了以ADμC841单片机和IGBT开关管为核心的六缸压电喷油器驱动控制电路。利用Matlab/Simulink对驱动电路关键参数进行了设计,最后对设计的驱动电路进行了驱动压电执行器和压电喷油器试验。试验结果表明,当压电执行器等效电容为6.8μF时,驱动电压可达180V,峰值电流为25A,驱动电路响应时间小于0.2ms;设计的驱动控制电路可实现压电喷油器的精确快速控制,满足至少两次的多次喷射要求。