文档介绍：二甲醚发动机低压共轨系统轨压特性研究
张光德,李梦,谢露,孙敬
(武汉科技大学汽车与交通工程学院,湖北武汉,430081)
摘要:以二甲醚发动机燃油系统为研究对象,建立发动机低压共轨系统的仿真模型,分析影响共轨管压力建立时间和压力波动的主要因素,并探讨了共轨管内的燃油压力特性。结果表明,共轨管的容积、内径、长度、长径比、油泵供油压力对共轨压力特性的影响较大,合理地选择共轨管尺寸和供油压力,既能维持共轨压力的稳定,也能保持较短的压力响应时间。
关键词:二甲醚;发动机;轨压特性;仿真
二甲醚十六烷值较高,自燃温度低,滞燃期比柴油短,很适合作为柴油机的替代燃料。二甲醚含氧量高,能有效抑制碳烟生成,实现零碳烟排放,,可大幅度减低柴油机的最高燃烧温度,减少NOX的排放;%,为获得良好的动力性,(体积)。二甲醚理论混合气热值与柴油基本相当,二甲醚发动机的升功率可达到柴油机的同等水平。二甲醚可压缩性较高,若直接用于常规的泵-管-嘴形式的燃油供给系统,致使其泵端和嘴端压力上升及下降都比柴油慢,压力上升始点延迟,实际喷油始点滞后,喷油后油管中有较大的残余压力,引起二甲醚的二次喷射,造成热效率的急剧下降和排放的增加[1]。因此常规的泵-管-嘴形式的喷射系统不适合作为二甲醚的供油系统。基于二甲醚沸点低、饱和蒸汽压高、黏度低等特点,结合内燃机均值燃烧(HCCI)理论,本研究设计了低压电控燃油喷射系统,构建二甲醚可控预混合燃烧(CPC)系统[2]。此系统主要由主燃烧室和预混合室组成,喷油器在压缩行程初期将二甲醚喷入预混合室,由于二甲醚具有良好的挥发性,因此可以将喷油器的喷射压力控制在10 MPa左右。为
此,本文以二甲醚发动机燃油系统为研究对象,建立二甲醚低压共轨系统的仿真模型,并分析共轨管结构参数的改变和供油压力等因素对轨压特性的影响,以期为低压共轨系统的优化提供依据。
1 二甲醚低压共轨供油系统
工作原理
为解决二甲醚低黏度导致的磨损问题,用隔膜泵取代传统喷油泵,使用磨损自补偿喷油器代替传统喷油器,所构建低压共轨燃油系统如图1所示。二甲醚发动机低压共轨系统主要由储液罐、隔膜泵、共轨管、磨损自补偿喷油器和电控单元(ECU)等部件组成。氮气瓶给储液罐内的二甲醚加压2MPa使其保持液体,低压油从储液罐进入隔膜泵,加压后经油管进入共轨管,再经油管分配到喷油器入口处。
ECU综合分析各种传感器信号,发出指令控制喷油器电磁阀的开启时刻和持续时间,控制喷油器的喷油时刻和喷油脉宽,并控制喷油泵压力调节阀的信号输入,使喷油泵输出燃油保持合理的压力。压力传感器能实时监测共轨管内的压力,并将压力信号反馈到ECU。限压阀是共轨管的安全阀,当共轨压力过大时,开启限压阀进行泄压。
数学描述
低压共轨系统模型由容器类模型、运动件模型、管类模型、电磁类模型和流体特性子模型等组成。对于系统中的管道模型,燃油在油管内的流动主要考虑连续方程(质量守恒)、动量方程(动量守恒)和物态方程[3-4]。
连续方程(质量守恒)
连续方程建立在质量守恒的基础上,时间和位置的偏微分方程为
动量方程(动量守恒)
动量方程是在动量守恒的基础上建立的。对