高壓共軌系統水擊壓力波動消振措施研究

由于共軌系統噴油器關閉引起的水壓強度波動，影響了多次噴油量的精確控制，并影響了共軌系統噴油機的燃燒噪聲和排放。Henein等柴油機共軌系統結構緊湊,要合理地將蓄能器安裝在共軌系統中較理想的位置非常困難.孔板消振器降低了噴射系統的流動效率,減小了噴油量.普通腔型濾波器屬于低通濾波器,容積較大,不適于安裝在緊湊的共軌系統;H型濾波器具有濾波頻帶寬,結構簡單,壓力損失小,衰減效果好的優點.因此,筆者根據高壓共軌系統的結構特點設計H型諧振型濾波器,進行濾波效果研究.1公共軌系統h型濾波的設計1.1h型濾波器的原理H型濾波器是在主管路的分支管路3后面再接一個容腔4,如圖1所示,其等效電路為一電感和電容的串聯.依據流體傳輸管道動力學的電傳輸線理論,H型濾波器的傳遞矩陣為式中:p由邊界條件式中:V為濾波器容積,V=V1.2h型濾波器透射系數透射系數α式中:ρ由式(7)可知,H型濾波器的阻抗只有虛部,得H型濾波器透射系數式中:ρ為柴油密度;ω為壓力波動角頻率.令a可得到諧振角頻率式中:ω可知,當濾波器的諧振角頻率ω1.3h-h濾波的結構設計H型濾波器的諧振角頻率ω較大的諧振腔容積V為取得良好的濾波效果,需將濾波器靠近振動源安裝,因此將復合H型濾波器安裝在噴油器的入口處.2噴油器入口壓力試驗使用的噴油系統采用Bosch電磁式第二代共軌系統,噴油器高壓供油管管長均為30,cm、內徑為2,mm.裝備EFSIFR8420單次噴射儀測量多次噴射的噴油量和噴油率曲線,Kistler4067瞬態壓力傳感器測量噴油器入口壓力2.1復合h型濾波器前后單次噴射油量對比加入復合H型濾波器后對單次噴射油量產生了一定影響,如圖2所示,軌壓為100,MPa時加入復合H型濾波器前后單次噴射油量對比.加入復合H型濾波器后,由于減小了噴射過程中噴射壓力的下降,單次噴射油量與原系統單次噴射油量相比略有提高,在噴油脈寬為0.4~1.4,ms內噴油量提高幅度在2%以內.2.2復合h型濾波器對噴油量波動的影響在高壓共軌系統中,用壓力波動衰減率K式中:Δp圖3顯示軌壓為100,MPa下,噴油脈寬為0.4,ms、0.7,ms、1.0,ms和1.4,ms時,加入復合H型濾波器后的單次噴射壓力波動過程和噴油率曲線,并與原系統單次噴射壓力波動和噴油率曲線進行對比.通過對比加入復合H型濾波器前后的壓力波動,可以發現所有的單次噴射在加入復合H型濾波器后壓力波動的振幅峰值顯著降低.原系統的最大峰-峰值為43.2,MPa,發生在噴油脈寬為0.7,ms;加入復合H型濾波器后系統的最大峰-峰值為4,MPa,發生在噴油脈寬為0.4,ms.加入復合H型濾波器后在針閥開啟階段,噴油壓力下降值(約2,MPa)明顯小于原系統的開啟壓力下降值(約16,MPa),因此針閥開啟延時減小,關閉延時增大,延長了噴油持續期.在中小脈寬時,加入復合H型濾波器后的噴油過程中壓力一直高于原系統的噴油壓力.因此,在噴油脈寬為0.4~1.0,ms下,加入復合H型濾波器后最大噴油率比原系統的最大噴油率均大,如圖3a和圖3b所示.在大脈寬時,加入復合H型濾波器后的噴油過程后期壓力低于原系統的噴油壓力,這是因為原系統中,針閥開啟產生的膨脹壓力波經共軌返回,生成的壓縮壓力波到達了噴油器,增大了此時的噴油率.因此,在噴油脈寬為1.0~1.4,ms下,加入復合H型濾波器后最大噴油率比原系統的最大噴油率均小,如圖3c和圖3d所示.加入復合H型濾波器,水擊壓力波動的振幅和周期都發生了明顯的改變,高壓管內的壓力波動特性與普通高壓共軌系統有了很大差別.一般在噴油器入口處存在有兩個明顯可見的壓力波動,一是水擊壓力波動,另一個為軌壓波動.在普通高壓共軌系統中,由于水擊壓力波動振幅遠大于軌壓波動振幅,因此在多次噴射中,水擊壓力波動是噴油量波動的主要影響因素.加入復合H型濾波器后,水擊壓力波動得到了明顯衰減,波動振幅與軌壓波動振幅相當.圖4a中噴油脈寬為0.4,ms,在噴油結束后,存在兩種壓力波動,一種周期為0.6,ms,另一種周期為4,ms.由于改變了系統的結構,使得水擊壓力波動的周期由原系統的1.5,ms減小至0.6,ms.在試驗中軌壓的調整周期為4,ms,因此周期4,ms的壓力波動是由于ECU控制高壓油泵PCV閥調整軌壓產生的.圖4a中周期0.6,ms的水擊壓力波動峰峰值為3.5,MPa,大于周期4,ms的軌壓波動峰峰值1.5,MPa.由于噴油脈寬為0.4,ms的噴射持續期接近水擊壓力波動周期的1/2,因此產生較大的水擊壓力波動;而噴油量較小,產生的軌壓波動也較小.結果表明,隨著噴油脈寬增加,噴油量增大,軌壓波動增大.圖4b中噴油脈寬為1.4,ms,噴射結束后,軌壓波動的峰峰值為5.3,MPa,而水擊壓力波動不再明顯.圖5顯示了加入復合H型濾波器前后的單次噴射壓力波動峰-峰值隨噴油脈寬的變化關系,其中加入復合H型濾波器后的壓力波動峰-峰值,取水擊壓力波動峰-峰值和軌壓波動峰-峰值中的較大值.可以看到,加入復合H型濾波器后的壓力波動峰-峰值均明顯低于原系統的壓力波動峰-峰值,且最大值不超過5.3,MPa,基本不隨噴油脈寬波動.為找到最佳的共軌系統濾波裝置,同時設計了Q型和T型濾波器.Q型濾波器根據波的干涉原理設計最優結構參數,T型濾波器根據波的諧振原理選取透射系數α2.3復合h型濾波器的預噴油量波動為驗證濾波器對多次噴射油量波動的影響,進行軌壓為100,MPa、主預噴射中預噴0.4,ms和主噴0.6,ms油量波動試驗結果如圖7a所示,加入復合H型濾波器后預噴油量H型m3復合h型濾波器(1)利用流體傳輸管道動力學的基本原理,根據高壓共軌系統結構特點設計了諧振型復合H型濾波器,結果證明加入復合H型濾波器后,水擊壓力波動得到了明顯衰減,波動振幅與軌壓波動振幅相當,水擊壓力波動的周期降低,衰減率很高,在7.8~23.7內.(2)復合H型濾波器對共軌系統水擊壓力波動的消振和濾波效果在所有噴