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.

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。

积分滑模-主动抗扰的复合轨压控制研究

为解决高压共轨系统采用比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制时出现的轨压控制不精确问题,分别采用模糊PID控制、积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)、ISMC与主动抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)复合控制策略,仿真分析高压共轨系统阶跃及自由加速工况下的轨压偏差。结果表明:对比PID控制,ISMC-ADRC复合控制策略、ISMC策略的超调量均减少77%,稳定时间均减少62%;对比ISMC,采用ISMC-ADRC复合控制策略系统抖振现象减弱,稳定时轨压偏差绝对值静态误差减少80%,且抗干扰能力明显提高。

高压共轨柴油机国产芯片控制系统研究

针对现有高压共轨柴油机电控单元高度依赖进口芯片、自主不足的问题,提出了基于全国产芯片的高压共轨柴油机电控单元方案。所设计的国产控制单元选用兆易创新的GD32F450芯片为控制核心,承担发动机数据采样、处理、存储与控制任务。首先,采用Boost升压电路提供喷油器峰值电流,利用分立器件设计双边驱动与电流反馈电路,在不依赖进口专用芯片的条件下,对喷油器驱动电流进行闭环控制;然后,基于FreeRTOS操作系统,开发高压共轨柴油机底层驱动软件,实现对不同任务调度周期的精准控制;最后,对所设计的电控单元进行了实验验证。结果表明,所设计的国产高压共轨柴油机电控单元功能齐全、工作稳定,双边驱动电路典型峰值电流为22 A,维持电流为10 A,最小喷射间隔时间为200μs,多次喷射性能与Bosch系统相当。发动机不同转速条件下任务调度周期精准、实时性好,研究证实了高压共轨柴油机电控单元全国产化方案的可行性,对推动发动机电控技术自主可控提供了有益参考。

喷油器柱塞副动态泄漏及特性

为了研究高压共轨喷油器柱塞副的动态泄漏特性,建立了柱塞副间隙燃油流动的数学模型,通过有限差分法对数学模型进行数值计算,研究了不同轨压下柱塞副燃油的平均动态泄漏率的变化趋势,与试验值进行对比,验证该数学模型的有效性,并分析了轨压、进口燃油温度、柱塞最大升程和喷射脉宽四种因素对柱塞副动态泄漏量的影响及在不同柱塞速度下,油膜压力、厚度和温度参数的变化趋势。结果表明,在一个喷油循环内,动态泄漏率的变化曲线与控制腔油压变化曲线相似,平均动态泄漏率随着喷油器的轨压、入口燃油温度和柱塞最大升程的增加而增加,但随着喷射脉宽的增加而减小;随着柱塞速度由正速度到负速度的过程,油膜的厚度逐渐变薄,油膜的温度整体上升,油膜的压力变小。

GD-1高压共轨式电控柴油机的起动控制策略研究

基于GD 1高压共轨电控柴油机分析了柴油机起动困难的原因,并在高压共轨电控燃油喷射系统的基础上设计了柴油机起动过程的控制策略,分别对喷油量、喷射压力与燃油喷射进行控制。试验结果表明,采用以上控制策略可有效改善柴油机起动性能。此控制策略可在不增加任何硬件的基础上提高柴油机的起动性能,满足实际车用柴油机的使用要求。

GD-1高压共轨式电控柴油机燃油喷射压力控制策略的研究

基于GD 1高压共轨电控燃油喷射系统,设计了燃油喷射压力的控制策略,根据柴油机的运行参数计算目标喷射压力并选择相应的控制模式。实机试验表明,应用此控制策略可有效控制柴油机的燃油喷射压力,燃油喷射压力的控制精度与响应满足柴油机实际运行的需要。

汽车发动机高压共轨系统轨压特性分析与优化

基于关键零/部件参数,建立了汽车发动机高压共轨喷射系统的数学模型,使用AMESim软件进行仿真模拟,并通过试验分析验证了该仿真模型的准确性。通过对系统轨压波动和压力特性进行仿真分析,得出共轨管长度、内径和高压油管内径是影响系统轨压特性的重要参数。针对原始共轨管和高压油管模型,利用响应曲面法对共轨管和高压油管参数进行优化分析,并得出以平均轨压设定值为目标的共轨管和高压油管的最佳结构参数。经过优化后,汽车发动机高压共轨喷射系统的平均轨压提高了0.65%,整体轨压波动平均值降低了79.48%,单次喷射过程中轨压波动平均值降低了27.89%,平均喷油压力提高了0.63%,其喷油特性得到明显的改善。

GD-1电控柴油机主预喷时间间隔的影响

进行高压共轨式柴油机电控喷油系统功能性测试实验,通过对实验数据的分析,总结了主预喷之间的喷油间隔大小对总喷射油量的影响规律,基于采集到的实时电磁阀电流波形分析了这一规律,并且结合高速电磁阀衔铁以及喷油器针阀的受力模型分析,揭示了实验结果的产生原因。最后,总结了喷油量随着主预喷间隔变化的总体趋势。

GD-1车用电控柴油机高压共轨系统硬件的开发

简要介绍了 GD- 1高压共轨燃油喷射系统的机械执行机构、电气控制硬件的开发及其工作性能 ,该系统的电控单元 (ECU )成功地采用了数据处理功能卓越的 MC6 8332作为主控芯片 ,并通过设计制作的外围电路和控制策略实现了共轨压力、喷油量、喷射定时、喷射速率的可靠控制。实机试验表明 ,采用 GD- 1高压共轨系统后 ,柴油机起动时油压建立迅速 ,起动顺利 ,同时还具有良好的平稳低怠速和低噪声性能。

F-T柴油对电控高压共轨柴油机燃烧特性的影响

在满足国Ⅲ排放的电控高压共轨柴油机上,对比研究了燃用F-T柴油和普通柴油的燃烧特性.在柴油机预、主喷射脉宽未做调整情况下,F-T柴油的滞燃期较柴油明显缩短,预喷射放热峰值明显低于柴油.主喷射时F-T柴油较柴油先着火现象不明显,但两者放热峰值相差不大.F-T柴油的预喷射燃烧持续期较柴油大幅缩短,主喷射时相差不大.后喷射时,F-T柴油先于柴油着火,放热峰值与柴油相当,燃烧持续期略低于柴油.同柴油相比,预喷射时F-T柴油的最高压力升高率明显降低,而主喷射时F-T柴油高于柴油,但只有预喷射时的20%左右.整个燃烧过程柴油缸压略高于F-T柴油.另外,F-T柴油的外特性扭矩略有下降,有效燃油消耗率较柴油平均降低了7.1%,有效热效率平均提高了4.5%.

GD-1高压共轨式电控柴油机的怠速控制策略研究

基于 GD- 1高压共轨式燃油喷射系统 ,根据车辆和柴油机的运行特性设计了开环和闭环控制策略来改善怠速性能 ,同时一些新的调节方法如主动阻尼控制器、各缸平衡控制以及预喷射等也得到了研究和应用。试验结果表明 ,以上怠速控制策略的应用降低了车用柴油机的低怠速稳定转速和转速波动 ,改善了怠速过渡特性 ,提高了车用柴油机的怠速性能。

F-T柴油对电控高压共轨柴油机性能及排放影响的研究

在满足国Ⅲ排放的现代高压共轨柴油机上,研究了掺烧不同比例F-T柴油混合燃料对发动机性能和排放的影响。结果表明,随着掺烧比例的加大,发动机的动力性略有下降,在外特性上,与燃烧国Ⅲ柴油相比,燃用F-T柴油时,扭矩最大下降2.2%,而燃油消耗率最高下降7.1%,有效热效率提高了4.5%。在十三工况的排放上,碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和颗粒(PM)的比排放量较国Ⅲ柴油均有明星下降,其中尤以燃用F-T柴油下降的幅度最大,PM降低了25.5%、NOx降低了11.7%、HC降低了39.3%、CO降低了33.9%。F-T柴油是柴油机的优良替代燃料。

燃用F-T柴油颗粒相多环芳香烃的排放特性

在满足国Ⅲ排放的高压共轨柴油机上,对比分析了燃用F-T柴油和国Ⅲ柴油时,发动机尾气中颗粒相多环芳香烃的排放特性,结果表明,在低、中、高3种转速的负荷特性下,柴油机燃用F-T柴油时,颗粒相总多环芳香烃比排放量为0.01～0.10,μg/(kW.h),与国Ⅲ柴油的比排放量0.04～0.42,μg/(kW.h)相比,有大幅下降,且比排放量随着负荷的增大呈降低趋势.两种燃料排放的颗粒相多环芳香烃中三环的菲及四环的荧蒽和芘含量最多,三者之和占总多环芳香烃的80%以上.此外,F-T柴油菲的比排放量在所有试验工况均低于国Ⅲ柴油;F-T柴油荧蒽和芘的比排放量除在中等转速的中、高负荷略高于国Ⅲ柴油外,其余工况均低于国Ⅲ柴油.

非道路柴油机冷却水套流动传热分析与优化

冷却水套作为柴油机的核心结构,其流动与传热特性直接影响着柴油机的可靠性和使用寿命。以某两缸高压共轨柴油机为研究对象,为了解该发动机冷却水套流动与传热性能,以水套速度场、温度场、换热系数等空间分布参数为判据,重点对冷却水套关键区域的流动和传热特性进行分析,同时提出优化方案。仿真结果表明:发动机整体冷却液流动性差,平均流速低于0.5m/s,缸体进气侧冷却水套上部出现了流动死区;通过对冷却系统性能参数和冷却水套结构进行优化,冷却水套进出口压力损失减小,整体冷却液平均流速较原方案提高了173.91%,整体平均换热系数较原方案提高了41.93%,整体冷却水套流动均匀性得到改善。

高压共轨柴油机燃用F-T柴油的性能与排放特性试验研究

研究了高压共轨柴油机分别燃用国Ⅲ柴油、纯F-T柴油和两者混合油共6种燃油时性能和排放特性。进行了外特性和稳态ESC与瞬态ETC排放试验,并对颗粒物中的可溶性有机物(SOF)和多环芳烃(PAHs)两种成分进行了分析。试验结果表明:随着燃料中F-T柴油比例的提高,发动机输出转矩增大,燃油经济性提高;而稳态和瞬态循环下,CO、NOx、颗粒物和颗粒物中的SOF和PAHs均降低。

柴油机GD-1系统油压控制策略仿真

基于GD-1高压共轨燃油喷射系统,对共轨油压的控制策略进行了研究和仿真。根据发动机工况分别进行开环与闭环的控制策略设计,仿真中引入控制字以在开环与闭环中进行切换,闭环控制中设计了多种控制模式,采用PID控制方法,通过试验进行在线参数整定。利用Matlab/Simulink工具对控制策略进行编程实现和初步仿真,仿真结果表明设计的控制策略能满足发动机实时运行的要求。

基于NSGA-Ⅱ算法的高压共轨喷油器优化设计

针对高压共轨电控喷油器关键结构参数对喷油器的响应特性影响深刻的特点,采用带精英策略的非支配性遗传算法NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ),基于多目标多学科优化平台modeFRONTIER和液压仿真分析软件AMESim,以针阀开启延迟和关闭延迟为目标函数建立了多目标优化模型,对电控喷油器的关键结构参数进行多目标优化设计.结果表明:针阀开启延迟时间降低了16.7%,达到0.25ms;关闭延迟时间降低了15.2%,达到0.78ms.

KH-RT模型对高压喷雾特性仿真影响的研究

用FIRE软件中的KH-RT二次油滴破碎模型对高压共轨喷油器在不同喷射压力和背压下的燃油喷雾过程进行了数值模拟,建立了喷雾闪光测试台架,对油束宏观特性及其喷油规律进行了测试。通过将喷雾贯穿距的计算值与试验值进行对比,对模型中两个主要参数C2和C4对油束喷雾特性的影响进行了研究。研究结果表明,C2对喷雾仿真结果影响较大,在不同的喷射背压下有不同的设置,与喷射压力关系不大,并总结出了C2与喷射环境密度的关系式,C4值对计算结果的影响较弱。通过本研究,可提高CFD软件预测高压燃油喷雾过程的精度。

高原缺氧环境下生物柴油-柴油混合燃料对柴油机燃烧特性的影响

为了研究高原缺氧环境下生物质含氧燃料对柴油机性能及燃烧特性的影响,利用大气模拟装置模拟高原环境下的大气压力,进行模拟海拔2 000 m(大气压力为81 kPa)下高压共轨柴油机燃用纯柴油B0(0号柴油)、B20和B50生物柴油-柴油混合燃料的性能试验研究。试验结果表明:在1 200 r/min下,燃用B20和B50时,气缸压力、放热率和气缸温度峰值相比于燃用柴油均下降,达到峰值的时刻提前1°~2°曲轴转角。在2 200 r/min下,燃用B20时,气缸压力、放热率、气缸温度基本呈下降趋势,而燃用B50时,气缸压力、放热率基本呈现下降趋势,但在60%负荷下,缸压和放热率峰值高于燃用纯柴油,上升幅度分别为5%和2.6%。2 200 r/min下,燃用B50时,气缸温度相比于燃用柴油有所上升,最大上升幅度为4%。在2 200 r/min下,燃用B20和B50时,柴油机当量燃油消耗上升,热效率下降。