理论教育 系统匹配的一般方法优化

系统匹配的一般方法优化

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了提高工作的技术水平,柴油机燃料供给系统的匹配一般依据的开发流程和方法如下。此后尚需企业与生产技术人员确认系统的选型,并确定相关的产品型号。视喷油泵型号不同,预行程大小可通过调节喷油泵挺柱总成高度或在柱塞套凸缘下加装垫片的方法予以调整。

系统匹配的一般方法优化

为了提高工作的技术水平,柴油机燃料供给系统的匹配一般依据的开发流程和方法如下。

1.燃料供给系统的选型

从事柴油机产品研发的人员根据所开发柴油机的用途、市场定位环保法规基本要求,依据国内外相关生产企业现生产的产品性能(配机单缸功率、最大循环喷油量、最高允许的工作转速和最大喷射压力等)选择合适的燃料供给系统的种类、结构形式及生产企业。此后尚需企业与生产技术人员确认系统的选型,并确定相关的产品型号。

2.燃料供给系统主要参数的确定

在燃料供给与调节系统的形式和型号确定后,需要对其具体匹配的主要参数作出设计计算,确定匹配方案。现以传统的柱塞式喷油泵燃料供给系统为例加以说明。

设计计算分为主要参数的估算、燃料供给系统模拟计算和柴油机工作过程模拟计算三部分。主要参数的估算在国内众多企业都已开展,一般分为设计计算法和经验图表估算法两种。经验图表估算法是根据企业多年进行匹配工作所积累的数据以及收集的国内外数据图表,在设计时进行类比查找以确定技术方案;设计计算法是按基本计算公式和经验系数估算以确定技术方案。现用设计计算法加以说明。

(1)喷油泵参数的选择

1)柱塞直径dp和有效供油行程he。喷油泵的柱塞直径dp和有效供油行程he参数的选择,见5.3.1节,此处不再重复。

2)凸轮最大升程、供油持续期和供油预行程确定。根据柱塞直径dp校验所选喷油泵是否合适,选定喷油泵后,可为其配用几种凸轮轴,每种凸轮轴的凸轮型线亦可不同,即最大供油速率并不相同,根据柴油机燃烧室形式和增压度选择一种凸轮型线,由此确定最大升程hmax(见式5-8),有关凸轮形式的介绍与分析见5.3.3节,此处不再重复。

前已说明,当循环供油量一定,在凸轮型线及柱塞有效行程he确定后,柱塞预行程大小就决定了供油持续期的长短和平均供油速率的大小。预行程hps增大,平均供油速率随之增大,供油持续期缩短,从而可提高喷油压力和喷油速率。视喷油泵型号不同,预行程大小可通过调节喷油泵挺柱总成高度或在柱塞套凸缘下加装垫片的方法予以调整。

一般凸轮最大升程hmax与柱塞直径dp之比在0.95~1.2之间,目前趋势是尽可能采用大的凸轮升程。

(2)喷油器参数的选择 喷油器的主要结构参数有喷油器喷孔面积、孔径和喷孔数等;喷油器调整参数有针阀开启压力等。关于这些参数的选择见6.1.3和6.3节,此处亦不再重复。

上述参数确定后,即基本上选定了燃料供给系统的型号,其他参数如喷孔夹角、喷油嘴压力室容积、高压油管结构参数等的确定就较为简单了,一般采用经验类比法即可。最后还需根据柴油机性能和用途方面的特定要求(如起动提前、调速控制要求),对燃料供给与调节系统进行某些专项设计与调整。

3.燃料供给系统性能的模拟计算(www.daowen.com)

燃料供给系统性能的模拟计算是根据上述初步计算后求得的参数,用自主开发的燃料供给系统喷油过程的计算程序或某些商用软件(如AVL公司的Hydsim或Ricardo公司的Finject程序)进行模拟计算研究,得出喷油特性(喷射压力、喷油规律、喷油时间和针阀升程等参数)计算结果,并进行变参数的分析、对比,以优化所选取的系统的参数。有关燃料供给系统液力过程计算的基本理论和方法见3.4节。

另外,还可以进行柴油机燃烧过程模拟计算,即在燃料供给系统模拟计算的基础上,利用柴油机工作过程模拟计算软件(如Boost、GT-Power、Wave等软件)就燃料供给系统参数对柴油机工作过程的性能影响进行仿真分析,根据对柴油机性能、排放等的指标要求,选取较优的方案。

模拟计算可以优化方案,减少样品试制和试验的工作量,但也要求相关的工程技术人员具有比较全面的专业知识与实践经验,只有这样才能在建模和经验数据上作出正确的选择,不致产生不合理乃至误导匹配工作的结果。

4.燃料供给系统在喷油泵试验台和喷油器试验台上的调整与试验

(1)燃料供给系统样品调试 试制的样品零件经检验合格并装配完成后,需在喷油泵试验台上进行调试,测定喷油泵总成的速度特性、调速器起作用点转速、高速停油转速(与柴油机调速率有关)等。对出油阀开启压力、供油预行程、多缸供油间隔角、各缸供油均匀性等进行检查。还要在喷油器试验装置上,对喷油器开启压力、喷雾角度、雾化质量进行检查,若条件允许还需对喷油器流量值进行测量并加以分组。

需要特别说明的是,在喷油泵试验台试验时采用的是试验台上的标准喷油器和标准高压油管,其结构和尺寸与实际产品不同,因此测得的循环喷油量等数值与实际柴油机的情况并不完全一致,其差异应由燃料供给系统制造厂通过计量油量传递试验,负责给予修正和补偿。

(2)喷油(时间)特性试验 在有试验条件的情况下,应对调试后的燃料供给系统样品进行喷油特性试验,根据柴油机不同工况(循环喷油量和转速),测量喷射压力、针阀升程、喷油规律,由试验结果判断喷油持续期、喷油滞后期等是否满足柴油机的要求,以便匹配方案的综合优化。对于电控燃料供给系统,不仅要对其机械液力系统进行试验,还要对电子控制系统进行调试。

5.燃料供给系统与柴油机在试验台上的实机匹配试验

发动机试验台上进行实机试验,是对燃料供给系统与柴油机匹配方案好坏的最直接评价。试验用柴油机应运转正常,需经20~30h的磨合,以保证柴油机运行后性能稳定和试验结果可靠,以便进行比较。

试验中一般先进行喷油(供油)提前角调整试验,再进行喷油器的参数,如开启压力、喷孔直径、喷孔数及油嘴伸出高度等的匹配试验,此后再对供油端参数,如机械式喷油泵的预行程、柱塞直径及凸轮轴等进行调整试验。待总体方案参数确定后,有时还要对喷油器的参数进行微调。

试验时一般先进行功率、扭矩特性、燃油消耗率、烟度是否达标的考核,然后进行工作稳定性、调速率及机油消耗率等性能试验。一般在动力性、经济性和烟度合格后,再进行有害排放物、噪声振动及冷起动的测量考核。值得注意的是,试验时要进行柴油机多个工况的性能测量与考核,特别是对标准或法规中有考核工况的性能进行测量,为了降低排放和噪声振动,应特别注意对部分负荷工况下燃料供给系统的调整。一般试验应包括标定转速、最大扭矩转速、最低工作稳定转速的负荷特性试验和全负荷速度特性试验,这样可使柴油机在全部工作面上有代表性工况均得到考核。

在试验过程中,若试验仪器条件具备,在测量柴油机性能的同时,最好进行喷油压力、气缸压力(示功图)和针阀升程的测量,以便将这些测量结果与柴油机性能结合在一起分析,找出匹配参数调整方向,优化方案,以减少试验次数。

当柴油机性能都达到要求后,则可进行柴油机全性能试验(也有称定型试验),然后再装配3~5台样机,分别进行可靠性、耐久性及用户使用考核,有时还需进行某些专项性能试验考核。

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