Elimination of Fuel Pressure Fluctuation and Multi-injection Fuel Mass Deviation of High Pressure Common-rail Fuel Injection System

The influence of fuel pressure fluctuation on multi-injection fuel mass deviation has been studied a lot,but the fuel pressure fluctuation at injector inlet is still not eliminated efficiently.In this paper,a new type of hydraulic filter consisting of a damping hole and a chamber is developed for elimination of fuel pressure fluctuation and multi-injection fuel mass deviation.Linear model of the improved high pressure common-rail system（HPCRS）including injector,the pipe connecting common-rail with injector and the hydraulic filter is built.Fuel pressure fluctuation at injector inlet,on which frequency domain analysis is conducted through fast Fourier transformation,is acquired at different target pressure and different damping hole diameter experimentally.The linear model is validated and can predict the natural frequencies of the system.Influence of damping hole diameter on fuel pressure fluctuation is analyzed qualitatively based on the linear model,and it can be inferred that an optimal diameter of the damping hole for elimination of fuel pressure fluctuation exists.Fuel pressure fluctuation and fuel mass deviation under different damping hole diameters are measured experimentally,and it is testified that the amplitude of both fuel pressure fluctuation and fuel mass deviation decreases first and then increases with the increasing of damping hole diameter.The amplitude of main injection fuel mass deviation can be reduced by 73%at most under pilot-main injection mode,and the amplitude of post injection fuel mass deviation can be reduced by 92%at most under main-post injection mode.Fuel mass of a single injection increases with the increasing of the damping hole diameter.The hydraulic filter proposed by this research can be potentially used to eliminate fuel pressure fluctuation at injector inlet and improve the stability of HPCRS fuel injection.

STRUCTURE PARAMETERS DESIGN AND PERFORMANCE TEST OF FUEL INJECTION SYSTEM

Based on the numerical simulation analysis, structure parameters of the high pressure fuel pump and common rail as well as flow limiter are designed and the GD-1 high pressure common rail fuel injection system is self-developed. Fuel injection characteristics experiment is performed on the GD-1 system. And double-factor variance analysis is applied to investigate the influence of the rail pressure and injection pulse width on the consistency of fuel injection quantity, thus to test whether the design of structure parameters is sound accordingly. The results of experiment and test show that rail pressure and injection pulse width as well as their mutual-effect have no influence on the injection quantity consistency, which proves that the structure parameters design is successful and performance of GD-1 system is sound.

双升程电控喷油器多次喷射油量波动特性研究

为实现船用柴油机高压共轨系统喷射的柔性和稳定控制,提出一种双升程电控喷油器,基于搭建的喷油器AMESim仿真模型,探究了喷油器不同多次喷射模式下的油量波动特性.结果表明:大升程预喷模式下的主喷量标准差随预喷量的增加先上升后下降,而小升程预喷模式下的主喷量标准差随预喷量呈幅值逐渐降低的波动变化趋势.总体上,在预喷量为161~660 mm^(3)范围,小升程预喷模式在降低主喷量波动程度方面比大升程预喷模式更占优势.预喷射采用小升程喷射模式且预喷量一定时,升程切换延迟为0.2 ms的靴形主喷模式在降低主喷量波动程度方面略优于相同主喷脉宽或相同单次喷射油量的大升程主喷模式.大升程和小升程后喷模式下的后喷量标准差随主喷脉宽和目标后喷量均呈波动变化趋势,且小升程后喷模式下的后喷量标准差波动程度更小.与大升程后喷模式相比,小升程后喷模式在降低后喷量波动程度方面更占优势.

回油背压对高压共轨喷油器喷油特性影响的研究

高压共轨喷油器是柴油机高压共轨电控系统中最重要的一个部件,其喷油特性(如喷油器量)的优劣将直接影响发动机的性能表现。喷油器的喷射特性不仅受到喷油器的结构参数的影响,同时在喷射过程中还受到外界工作环境的影响,比如喷油器喷射时发动机缸内的背压,以及喷油器工作时的回油通道中的背压。本文主要对某高压共轨喷油器进行台架试验测试,研究喷油器回油背压对喷油特性的影响,并分析产生影响的原因,为开发新型的燃油喷射系统提供试验数据。

基于LabVIEW的比例压力控制阀自动测试系统

根据某公司比例压力控制阀的出厂测试要求,本文设计了一套比例控制阀自动测试系统。该系统基于LabVIEW编程和PLC控制,可实现共轨管稳定的超高压供给,并自动实现比例压力控制阀的耐久测试、流量滞环测试及压力-流量测试,且操作简便,满足企业需求。

大流量高压共轨供油泵参数敏感性分析

某柴油机需要较大供油流量,为优化大流量高压共轨供油泵(简称大流量泵)参数,使供油量及容积效率达标,搭建了大流量泵液力系统仿真模型并进行试验验证,应用蒙特卡洛方法仿真计算大流量泵在不同系列参数下的性能,通过线性回归与随机森林回归进行参数敏感性分析。结果表明:2种回归分析方法计算结果基本一致,大流量泵在标定工况下的供油量和容积效率的高敏感性参数均为柱塞直径、进油阀座锥角、进油压力、柱塞升程和进油计量阀内径。

喷油特性对F-T煤制油压力振荡影响规律研究

为了减小燃烧噪声,确定影响柴油机高频压力振荡的关键因素,在某型电控高压共轨柴油发动机上燃用的清洁代用燃料Fischer-Tropsch(F-T)煤制油,选取柴油机典型运行工况,研究不同喷油特性条件下柴油机燃烧压力振荡的时域和频域特性。结果表明:推后主喷提前角和提前预喷提前角会使放热率降低,压力振荡幅值减小,气缸压力级也有明显减小的趋势;减小预喷油量会使压力升高率和放热率降低,气缸声压级减小,压力振荡现象减缓,使燃烧更加柔和;提高喷射压力,会使喷油速率增大,燃油雾化效果增强,混合气放热率提升,放热率曲线也随之上升,气缸声压级增大,发动机缸内燃烧压力振荡幅值增大。喷射压力是影响压力振荡的最显著的参数,喷射压力从85MPa上升至115MPa时,压力振荡幅值增加一倍以上;预喷油量对F-T煤制油发动机的燃烧压力振荡影响不显著;同时压力振荡的产生与放热率的变化呈现出较强的相关性。

超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的结构设计及喷油特性分析

针对现有喷油器存在的喷油速率低、喷油脉宽大、响应速率慢的问题,提出了一种超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的设计方案。简述了该高压共轨式喷油器的整体设计及工作原理,并且在Jiles-Atherton磁滞模型和液压传动理论基础上建立数学模型;采用COMSOL建立了驱动部分仿真模型,并进行输出位移和应力特性分析,采用AMESim建立了喷油器整体模型,并进行喷油速率分析;搭建试验平台,验证了超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器设计方案的有效性。结果显示:当线圈电流为3.6 A时,超磁致伸缩棒的最大输出位移可达52μm;在160 MPa的压力下喷油最低脉宽从1 ms降低到0.15 ms,并且无论脉宽长短,其脉宽-喷油量均具有良好的线性度。结果表明,提出的设计方案可行,为研制出一种高性能的高压共轨式喷油器奠定了理论和技术基础。

基于高压共轨燃油系统和废气再循环的柴油发动机低排放研究

柴油发动机的排放会对环境和人类健康造成不良影响,高压共轨燃油系统和废气再循环技术是目前柴油发动机低排放技术中应用广泛的技术方案。该文基于柴油机排放污染物生成机理,系统论述了高压共轨燃油系统的基本原理和优势,探讨了其在柴油发动机低排放方面的应用、实现方法与应用特点,并提出了未来研究的方向。研究结果表明,高压共轨燃油系统和废气再循环技术可以有效降低柴油发动机的排放量,但仍存在一些技术问题需要解决,如NOx和PM的同时降低等。因此,未来的研究应注重对这些问题的深入探究,并继续优化和改进这些技术方案。

进出油阀参数对高压供油泵流量的影响分析

基于共轨燃油喷射系统高压供油泵模型,研究了进出油阀参数对高压供油泵流量的影响,结果表明:进油阀弹簧预紧力的大小对高压供油泵流量影响很大,过大或过小都会使高压供油泵流量减小;进油阀阀孔直径、升程过小会造成进油节流,使高压供油泵流量减小;进油阀阀芯质量过大会使高压供油泵高转速流量减小;出油阀阀芯质量过大会造成高压供油泵流量波动。

Design and optimization of a novel electrically controlled high pressure fuel injection system for heavy fuel aircraft piston engine

The heavy fuel compression ignition engines are widely equipped as aircraft piston engines. The fuel injection system is one of the key technologies that determines the performance of engine. One of the main challenges is to precisely control the injected fuel quantity and flow rate in the presence of pressure fluctuation. This challenge is even more serious for heavy fuel. An original design for electrically controlled high pressure fuel injection system called Multi-Pumppressure-reservoirs fuel injection System(MPS) was demonstrated to reduce the pressure fluctuation and help keep injection stable. MPS was compared with an ordinary high pressure Common Rail fuel injection System(CRS). This work established one-dimensional AMESim and mathematical models for both CRS and MPS to study the effect of different structures and geometric parameters on the pressure fluctuations. The calculations show that the average fuel pressure fluctuation of MPS can be reduced by 57% for the crankshaft speed of 1900 r/min, and the pressure fluctuation before injection reduced by 100%. It is concluded that the pressure performance of MPS is less sensitive to pressure reservoir volume than that of CRS, and there is an opportunity for further volume reduction.

EFFECTS OF INJECTION STRATEGY ON D.I. DIESEL ENGINE COMBUSTION

Experiments are conducted to develop an understanding of how split injections can affect the combustion and emission characteristics of a D.I. diesel engine with a common-rail injection system. The ratio of the amount of fuel injected between two injection pulses and the injection interval is varied keeping the injected fuel quantity constant. Results show that under the 70D90-10 injection pattern, the engine achieves the lower NOx-smoke emissions and BSFC compared with the single injection pattern. The heat release rate and the temperature show that the split injections increase the initial premixed burn and retards the diffusion burn. With the balance of these two effects, the maximum in-cylinder temperature decreases while the 50% heat release point is held at almost the same crank angle. Therefore, both NOx emission and BSFC are improved while keeping the smoke emission at the same level.

基于LQR的高压共轨系统喷油量观测器设计

为了实时获取燃油喷射信息,提出了一种基于线性二次型调节器(LQR)控制的循环喷油量闭环观测方法.根据燃油流动过程机理,建立了瞬时共轨压力与喷油率的动态数学模型,设计了基于状态空间模型的喷油规律闭环观测器,采用LQR方法设计了反馈增益,并分析了目标函数中的加权矩阵对观测器跟踪性能的影响规律.最后,利用仿真及试验对闭环观测性能进行了验证,结果表明:喷油量观测值与实际值误差小于5%,该闭环观测器可以实现喷油量的准确观测,对于高效、精确灵活的燃油喷射控制具有重要的应用价值.

预喷参数对轻型车用高压共轨柴油机振动影响

以某一轻型车用四缸高压共轨柴油机为研究对象,研究了预喷参数对柴油机整机振动的影响。在不改变柴油机零部件的前提下,改变预喷油量和主、预喷时间间隔,对比分析各参数下柴油机整机的振动情况。试验结果表明:随着预喷油量的增加,整机振动变大。怠速工况下预喷对整机振动影响更为明显。预喷油量的确定必须要由主、预喷时刻以及循环喷油量共同决定才能实现减振;存在最佳主、预喷时间间隔使整机振动最小,并且这一时间间隔与喷油量及主喷时刻相关。

喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响研究

超高压共轨系统能够通过控制喷油与增压时序之间的关系,实现可调喷油速率喷射,进而影响柴油机喷油特性。为探明喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响规律和成因机理,在介绍系统数学模型的基础上,建立了超高压共轨系统的仿真模型,并利用性能试验验证了模型的准确性,分析了在不同共轨压力下,喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响。结果表明:(1)随喷油脉宽的增加,喷油速率曲线形态均近似于靴形,且大喷油速率范围占整个喷油过程的比例逐渐增大,同时,喷油开启延迟保持不变,喷油关闭延迟在喷油脉宽较小时(0.6~1 ms),增加幅度明显,而在喷油脉宽较大时(1~1.4 ms),基本保持不变。(2)随着增压脉宽增加,在小喷油脉宽条件下,喷油速率曲线形态近似于靴形,且保持不变;但在大喷油脉宽条件下,喷油速率可能会出现类似于“倒靴形”的曲线形态,这是由于在喷油还未结束时,增压装置电磁阀控制信号的关闭造成增压压力迅速下降。

可变喷油规律高压共轨系统喷油特性随喷油脉宽的影响

可变喷油规律高压共轨系统能够通过控制增压时序与喷油时序之间的关系,实现可调喷油规律喷射,进而影响柴油机喷油特性。为探明可变喷油规律高压共轨系统喷油特性随喷油脉宽的影响规律和成因机理,在系统数学模型的基础上,建立了可变喷油规律高压共轨系统的仿真模型,并利用性能试验验证了模型的准确性,分析了在不同共轨压力下,喷油脉宽对可变喷油规律高压共轨系统喷油特性的影响。结果表明:随着喷油脉宽的增加,喷油速率曲线形态均近似于靴形(即有一个明显的拐点),且大喷油速率范围占整个喷油过程的比例逐渐增大;同时,在喷油脉宽较小时,喷油持续期随喷油脉宽变化的线性度较差,而在喷油脉宽较大时,喷油持续期与喷油脉宽基本上呈线性关系。

超高压共轨系统喷油特性随增压脉宽的影响

超高压共轨系统能够通过控制增压时序与喷油时序之间的关系,实现可调喷油规律喷射,进而影响柴油机喷油特性。为探明超高压共轨系统喷油特性随增压脉宽的影响规律和成因机理,在介绍系统数学模型的基础上,建立了超高压共轨系统的仿真模型,并利用性能试验验证了模型的准确性,分析了在不同共轨压力下,增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响。结果表明:在小喷油脉宽条件下,随着增压脉宽的增加,喷油速率曲线形态近似于靴形,且保持不变。同时,喷油特性参数随增压脉宽的改变均保持不变,只是随着共轨压力的变化而发生变化。在大喷油脉宽条件下,随着增压脉宽的增加,喷油速率可能会出现类似于“倒靴形”的曲线形态。

共轨系统喷油量偏差及压力波动的抑制研究

为有效对喷油器入口处产生的压力波动进行抑制,采用新型阻尼滤波器进行压力波动控制效果的试验研究。在不同滤波器容腔体积、喷射控制策略和轨压下,研究在长度更长、直径更小的高压油管中的滤波效果。研究表明:添加滤波器后,单次喷射控制策略下可有效减小喷油量波动幅度。多次喷射控制策略下,预主喷策略下,容腔体积为1720 mm^(3)时的主喷油量偏差幅度比容腔体积0 mm^(3)时的主喷油量偏差幅度减小55.0%~67.9%;主后喷策略下,容腔体积为1720 mm^(3)时的后喷油量偏差幅度比容腔体积0 mm^(3)时的后喷油量偏差幅度减小80.8%~82.5%。预主喷策略下,容腔体积为1720 mm^(3)时的主喷油量波动幅度仅比容腔体积28000 mm^(3)时的主喷油量波动幅度分别增大了0.2 mg、0.4 mg和0.3 mg;主后喷策略下,容腔体积为1720 mm^(3)时的后喷油量波动幅度仅比容腔体积28000 mm^(3)时的后喷油量波动幅度分别增大了0.3 mg、0.4 mg和0.7 mg。

喷油策略对柴油机高原起动过程性能影响研究

基于高原环境模拟装置,以单缸柴油机为试验对象,进行了0~4000 m海拔起动性能试验,研究了喷油策略对柴油机变海拔起动性能的影响。结果表明,海拔从0增至4000 m的过程中,起动升速期和过渡期时间分别延长14.2%、15.8%。平原工况下,随着轨压的提高,过渡期先增加后降低,但升速期逐渐降低,起动总时间缩短。海拔4000 m时,过渡期与升速期均随轨压先增加后降低。在平原工况下,采用阶梯型喷油策略能够有效缩短过渡期,减少起动时间,起动时间较原机策略缩短6.1%,提高过渡转速能够抑制转速上冲,缩短起动时间。当海拔为4000 m时,增加初始阶段循环喷油量及过渡转速均能缩短过渡时间,改善起动性能。

柴油/天然气双燃料发动机油气耦合分层燃烧

针对柴油/天然气反应活性控制压缩点火发动机低负荷热效率低、未燃CH_(4)和CO排放高等问题,本文提出了一种发动机双进气道双阀燃气独立喷射方法,通过三维CFD仿真,对比研究了双阀燃气喷射比例对缸内油气耦合分层、燃烧以及排放特性的影响规律。结果表明:双阀燃气喷射比例对缸内混合气形成和燃烧过程有重要影响,通过微量柴油分段喷射和调整双阀燃气喷射比例,缸内能够形成高低反应活性燃料的耦合分层,缸压和放热率峰值增加,峰值相位提前,燃烧持续期缩短,未燃CH_(4)和CO排放总体呈现下降趋势。当双阀中直管燃气喷射比例为80%时,不仅能够提高发动机热效率,并且可以在NO排放不增加的情况下实现CH_(4)和CO排放的同时降低。