文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
高压共轨二甲醚发动机燃料供给系统性能仿真
姓名:耿伟
申请学位级别:硕士
专业:动力机械及工程
指导教师:黄震
20090201
上海交通大学硕士学位论文摘要
高压共轨二甲醚发动机燃料供给系统性能仿真
摘要
随着人类社会和经济的飞速发展,在创造了大量的财富的同时,大量消
耗着可贵的资源和污染着环境。能源紧缺和环境极度恶化的问题凸显出来,
严重制约了社会经济和人类生活质量的进一步提高。而汽车行业是能源消耗
的大户和污染排放的一个主要重要来源。
为应对全球能源紧缺与环境问题突出的挑战,工程师们在动力源领域不断
进行技术的更新换代,得到了大量的研究成果。柴油机在经历过三代电子控
制技术的进步候到达了高压共轨时代,内燃机从此实现了各个工况下的精确
控制;DME(二甲醚)等替代燃料的研究成为当今研究的热点。这些技术和
措施的采用提高了发动机的燃烧的经济性和排放性能,大大缓解了能源紧缺
和环境持续恶化。
DME 具有十六烷值高、碳烟和 NOx 排放小、燃料燃烧充分以及燃烧噪声
小的特点,为解决传统压燃式发动机碳烟和 NOx 排放之间的 Trade-Off 的问
题提供了解决的条件。正因为如此,DME 被认为是压燃式发动机最理想的替
代燃料。电控高压共轨燃油喷射系统具有可独立控制喷油正时、高的喷射压
力、以及柔性控制喷油速率的特点,因此能够实现柴油机排放特性、动力性
和经济性的最佳匹配。DME 在经历了最初作为汽油机的引燃剂到与柴油进行
一定比例的掺烧再到纯 DME 缸内直喷压燃的 3 个发展阶段后,进入了与高压
共轨结合的时代。两者的结合,使高压共轨 DME 发动机兼有 DME 燃烧性能
好以及高压共轨精确灵活控制的特点,成为一个新的研究热点。
为此,上海交通大学内燃机研究所提出了‘达到国Ⅳ排放的 DME 高压共轨
发动机’这一课题,为 DME 在高压共轨上的应用做了大量的研究。在研究过
程中发现,由于 DME 燃料的理化性质与柴油的差异,使其燃料系统的燃料喷
射特性和共轨响应特性发生了较大变化,包括:燃料的喷射时间、喷射持续
期以及喷射量的变化;共轨响应时间,轨压波动的变化以及燃料系统大量的
DME 泄漏等等。
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上海交通大学硕士学位论文摘要
为了研究这些问题出现的原因和解决方法,本文采用数值仿真软件
AMEsim 对无锡油泵油嘴研究所的一套实际的高压共轨燃料供给系统进行了
建模和仿真计算。
本课题的主要工作可以归纳如下:
(1) 高压共轨燃料系统的结构原理分析以及模型的建立
在对该高压共轨燃料系统的结构和工作原理进行分析后,对燃料系统
进行了假设和简化。针对高压共轨燃料系统的主要组成部分,包括:共轨
喷油器、高压油泵、共轨管以及控制信号(体现 ECU 控制功能)进行了模型
的搭建。在与实验对比后,证明了该模型搭建正确性和合理性,为研究
DME 喷射特性和轨压响应特性的研究工具。
(2) DME 喷射特性、共轨响应特性以及泄漏的研究
利用搭建好的模型研究了 DME 的燃料喷射特性、共轨响应特性以及
其泄漏的特点,并且与柴油对比得到了以下的结论:①DME 的喷射较柴
油滞后,其最大喷射速率以及循环体积喷射量均大于柴油;②DME 的轨
压响应调整时间较柴油长,轨压调整过程平缓,稳态下轨压波动较柴油
小;③增大喷油器孔径后,DME 的轨压波动增大,在相同的发动机动力
性能下,DME 的轨压波动大于柴油;④DME 的泄露量很大,不可忽略,
需采用减小配合间隙、增大 DME 粘度和偶件接触长度以及降低喷射压力
的方法减少 DME 的泄漏。
(3) 气穴现象对 DME 喷射特性的影响的研究
DME 理论喷射量与实际喷射量有着一定的差距。为此,本文研究了
一种液压现象——气穴现象对 DME 喷射特性的影响,得到了以下的结论:
①气穴现象对 DME 的喷射特性有着较大的影响,使其喷射时控制腔内的
压力下降量减少、针阀开启持续期变短,导致 DME 的喷射量减少。②可
以采用增大回油节流孔直径、减小进油节流孔直径以及减小针阀弹簧预紧
力等方法来减小气穴现象对 DME 燃料喷射特性的影响。
关键词: DME,高压共轨,喷射特性,轨压响应,AMEsim
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PERFORMANCE SIMULATION OF DME HIGH PRESSURE
COMMON RAIL FUEL SYSTEM
ABSTRACT
With the devel