面向可控喷油特性的超高压共轨技术理论研究及其实现

The fuel injection law is one of main factors influencing diesel engine's combustion,furthermore,optimization fuel injection laws can provide a key technical measure to improve combustion and decrease fuel consumption and exhaust emissions.Taking a new super-high pressure (above 200MPa)injection system as an research object,aiming at controllable fuel injection law,based on hydraulic amplification the fuel injection mechanism of super-high pressure injection system,the forming process and restraining method of fuel pressure fluctuation and controlling strategy are carried out,which not only expand the commom-rail system pressure-time adjusting principle in theory,but also in practical explore the improvement countermeasures based on the law and the optimization effect of double pressure hydraulic amplification factors of super-high pressure common rail system.The project put forwards a new technology and its relization method of super-high pressure based on hydraulic amplification,leading development directionof commom-rail technology,which has important theory significance and better applications prospect.

喷油规律是影响柴油机燃烧的主要因素之一，优化喷油规律是改善燃烧实现低燃油消耗、低排放的重要技术措施。本项目以一种新型超高压共轨系统(轨腔压力大于200MPa)为研究对象，以实现优化燃烧所需的不同喷油规律为目标，开展基于液力放大的超高压共轨喷射机理、超高压共轨喷射下压力波动形成机理及抑制以及优化喷油规律的控制策略研究。理论上进一步拓展共轨系统压力-时间调节原理的潜力，探索基于液力放大的双压超高压共轨系统各因素的影响规律及优化改进对策。本项目创新性地提出了基于液力放大的超高压共轨技术及其实现方法，是共轨技术的发展方向，具有重要的理论意义，推广应用前景广阔。

柴油机高压共轨电控燃油喷射技术是现代先进柴油机标志性技术之一。燃烧理论的发展，对喷油规律及喷油压力提出了更高的要求，如喷油率可调、多次喷射以及超高压喷射等，以实现柴油机不同工况下更灵活的喷射控制。但现行常规高压共轨系统存在一定缺陷：系统部件一直处于高压状态，导致出现机械应力高和燃油泄漏问题；喷油率近似矩形，无法灵活实现喷油率形状的改变。因此，本基金项目以实现优化燃烧所需的不同喷油压力和喷油规律为目标，提出了超高压共轨系统的实现技术和方法，为柴油机研发人员提供了向更低油耗和排放以及更高升功率进一步优化的技术可能性。本基金项目开展的主要工作有：在充分调研超高压共轨系统结构组成及工作原理的基础上，基于HYDSIM软件建立了超高压共轨系统的仿真模型，利用模型研究了系统的压力特性和喷油规律控制特性，并对电控增压器的结构参数进行了灵敏度分析，确定了需要优化的主要结构参数，而后通过ISIGHT优化工具对上述参数进行了优化（以最大增压压力和最小控制回油为优化目标），获得了最佳的参数组合，同时，针对电控增压器增压室内存在的压力波动现象展开研究，分析了其产生原因，并提出了结构改进方案以抑制压力波动；建立了超高压共轨系统内部流场的三维CFD模型，分析了内部流场特性，研究了部件结构对流场的影响；采用多线程控制技术结合微电子控制技术，完成了电控单元的软、硬件设计以及测试验证，并研究了电控单元控制策略，实现了超高压共轨系统的优化控制；利用Fire软件建立了喷油器喷孔内部流场和燃烧室的仿真模型，研究了在超高压喷射条件下，喷射背压、喷孔直径、喷射夹角以及喷油规律对喷孔内部流动特性、燃油雾化特性以及燃烧排放特性的影响；设计了超高压共轨系统增压压力与喷油规律试验台架以及喷雾特性测试平台，通过超高压共轨系统增压压力与喷油规律试验台架开展了增压压力和喷油规律试验研究，将试验结果与模型仿真结果进行了对比，验证了所建模型的准确性，并分析了增压比和控制时序对增压压力和喷油规律的影响，同时，通过超高压共轨系统喷雾特性测试平台开展了喷雾特性试验研究，分析了喷油规律对喷雾贯穿距和喷雾锥角的影响。通过本基金项目的研究，进一步拓展了共轨系统压力-时间调节原理的潜力，对于柴油机在结构设计方面的改进和性能的提升方面理论指导意义重大，工程需求迫切。