摘要：采用電控單體泵和電控共軌噴油器構(gòu)建雙電磁閥燃油系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)供油和噴油的獨(dú)立控制;進(jìn)行了雙電磁閥燃油系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn);采用AMESim 軟件建立了雙閥燃油系統(tǒng)仿真模型。對(duì)雙電磁閥燃油系統(tǒng)特性進(jìn)行的仿真分析表明：通過(guò)改變供油和噴油的時(shí)間間隔,在保持噴射提前角下可實(shí)現(xiàn)不同的噴油規(guī)律;在供油過(guò)程中通過(guò)2 次噴油控制可以實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射;通過(guò)加長(zhǎng)供油時(shí)間,可以在低轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)高壓噴射。該雙電磁閥方案實(shí)現(xiàn)了供油和噴油的獨(dú)立控制,具有獲得理想燃油噴射規(guī)律的潛力。
  引言
雙閥控制的智能型噴油系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)高的噴射壓力和斜坡形噴油規(guī)律,還易實(shí)現(xiàn)較高的低速噴射壓力和多次噴射,是柴油機(jī)燃油系統(tǒng)發(fā)展的方向之一`1～2 ` 。國(guó)外典型的雙閥燃油系統(tǒng)有德?tīng)柛５囊员脟娮鞛榛A(chǔ)的E3 雙閥系統(tǒng)`3～4 ` 、Caterpillar公司的HEUI2C 系統(tǒng)以及Bosch 公司的APCRS 雙閥系統(tǒng),這些燃油系統(tǒng)的共同特征都是通過(guò)2 個(gè)電磁閥實(shí)現(xiàn)供油和噴油的獨(dú)立控制,從而使燃油系統(tǒng)更加靈活。
 本文探討一種結(jié)合單體泵電控供油和共軌噴油器電控噴油能力的雙電磁閥燃油系統(tǒng)方案,并基于實(shí)驗(yàn)和仿真研究這種燃油系統(tǒng)的特性。
 1 雙電磁閥燃油系統(tǒng)方案
雙閥燃油系統(tǒng)由電控單體泵通過(guò)高壓油管和共軌噴油器連接組成,原理如圖1 所示。

圖1 雙電磁閥燃油系統(tǒng)原理圖

2 個(gè)電磁閥分別為單體泵泵端的溢流閥( spill valve ,簡(jiǎn)稱SV) 和共軌噴油器嘴端的針閥控制閥(needle cont rol valve ,簡(jiǎn)稱NCV) 。SV 閥為常開(kāi)電磁閥,供油凸輪頂起供油柱塞形成的壓縮燃油通過(guò)SV 閥流回低壓油路,系統(tǒng)內(nèi)不產(chǎn)生高壓。當(dāng)SV 閥關(guān)閉,切斷與低壓油路通道,隨著供油柱塞上行,高壓油管內(nèi)開(kāi)始形成高壓, 實(shí)現(xiàn)供油的電子控制。
NCV 閥是常閉電磁閥,由SV 閥關(guān)閉形成的高壓燃油在噴油器內(nèi)針閥上端產(chǎn)生的壓力比下端高,針閥不能開(kāi)啟。   當(dāng)NCV 閥開(kāi)啟,針閥上端高壓燃油與低壓油路導(dǎo)通,上端壓力降低,針閥開(kāi)啟,燃油開(kāi)始噴射,實(shí)現(xiàn)噴油的電子控制。
如果在NCV 閥開(kāi)啟之前將SV 閥關(guān)閉,油泵將在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生高壓燃油,直到NCV 閥開(kāi)啟噴嘴開(kāi)始噴油,NCV 閥打開(kāi)和SV 閥關(guān)閉之間的時(shí)間間隔將決定噴油的開(kāi)啟壓力和噴射過(guò)程中的平均噴油壓力。如果在NCV 閥關(guān)閉時(shí)還保持SV 閥關(guān)閉,則針閥在關(guān)閉后油管內(nèi)還將維持高壓,可以進(jìn)行多次噴射;如果在NCV 閥關(guān)閉同時(shí)打開(kāi)SV 閥卸油,針閥關(guān)閉的作用將同時(shí)來(lái)源于油壓的降低和針閥回位彈簧力,實(shí)現(xiàn)快速斷油。由此可見(jiàn),雙電磁閥燃油系統(tǒng)通過(guò)2 個(gè)電磁閥的組合,實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)程中燃油壓力的靈活調(diào)整,具有噴射規(guī)律的可調(diào)整能力。
2 雙電磁閥燃油系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
2. 1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
采用的雙閥燃油系統(tǒng)部件參數(shù)見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)中,采用Dspace/MicroAutoBox 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出控制原型,用于雙電磁閥燃油系統(tǒng)的控制。在高壓油管靠近嘴端處夾裝一個(gè)Kistler 壓力傳感器用于測(cè)量油管壓力,采用電流卡鉗來(lái)測(cè)量NCV 閥和SV 閥的驅(qū)動(dòng)電流。
212 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
保持凸輪轉(zhuǎn)速500 r/ min , 每循環(huán)噴油量為80 mm3 ,NCV 控制閥驅(qū)動(dòng)時(shí)刻不變,調(diào)整NCV 閥的驅(qū)動(dòng)持續(xù)期和SV 閥的驅(qū)動(dòng)時(shí)刻和持續(xù)期。為了防止在NCV 閥關(guān)閉后油管壓力過(guò)高,在控制時(shí)保證NCV 和SV 閥同時(shí)斷電,驅(qū)動(dòng)電流特性如圖2 所示。

圖2 NCV 閥和SV 閥的控制電流曲線

圖3 是3 次噴射實(shí)驗(yàn)中的油軌壓力。顯然,由于SV 閥相對(duì)于NCV 閥的控制時(shí)間不同,3 次噴射對(duì)應(yīng)的供油特性不一樣。

圖3 油管壓力曲線

3 仿真分析
3. 1 仿真模型
采用AMESim 軟件建立雙電磁閥燃油系統(tǒng)的模型如圖4 所示。該模型中,SV 閥直接采用通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的閥桿位移特性來(lái)模擬電磁閥的控制,NCV閥是采用實(shí)驗(yàn)獲得的電磁力來(lái)仿真。

圖4 雙電磁閥燃油系統(tǒng)仿真模型

第2 節(jié)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較如圖5 所示。3 種工況下的油管壓力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果比較一致,說(shuō)明仿真模型能夠反映出雙閥系統(tǒng)的特性,因此采用該模型進(jìn)一步分析雙閥燃油系統(tǒng)的特性。

圖5 油管壓力的實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果比較曲線

3.2 噴射特性
保持曲軸轉(zhuǎn)速800 r/ min , 每循環(huán)供油量為100 mm3 ,噴射時(shí)刻相同,調(diào)整SV 閥和NCV 閥的控制時(shí)刻,對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系如圖6 所示,獲得圖7 所示的供油和噴油特性。3 種工況對(duì)應(yīng)的燃油特性見(jiàn)表2 。

圖6 控制邏輯關(guān)系曲線

3次仿真中,噴油的時(shí)刻和噴油量相同,但是噴油壓力、開(kāi)啟壓力、最大噴射速率和噴射持續(xù)期不同,最終的噴射規(guī)律也不一樣。這說(shuō)明,在同轉(zhuǎn)速下,通過(guò)改變SV 閥的提前角和持續(xù)期以及NCV 閥的持續(xù)期,能夠在保持噴射正時(shí)的條件下采用不同的噴射特性獲得相同噴油量,從而在相同工況下實(shí)現(xiàn)靈活的噴射特性。

圖7 噴射特性比較曲線

表2 3 種工況的結(jié)果比較

該雙電磁閥方案中供油和噴油的調(diào)節(jié)在每一個(gè)循環(huán)間是獨(dú)立的,因此能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)間燃油系統(tǒng)的靈活調(diào)整。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)如果采用一缸一套的安裝,還可以實(shí)現(xiàn)各缸獨(dú)立噴油特性的調(diào)整,為發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的性能優(yōu)化提供了非常好的可調(diào)性。
3. 3 預(yù)噴射能力
在凸輪轉(zhuǎn)速500 r/ min 下進(jìn)行預(yù)噴射的仿真。圖8 是SV 和NCV 控制閥的控制邏輯,圖9 是雙閥系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的噴油壓力特性和噴射速率特性。

圖8 閥的控制關(guān)系曲線

圖9 2 次噴射的燃油系統(tǒng)特性曲線

仿真結(jié)果表明,采用雙閥燃油系統(tǒng),在SV 閥關(guān)閉建立油管高壓過(guò)程中,通過(guò)控制NCV 閥多次控制能夠?qū)崿F(xiàn)多次噴射。
3. 4 低速高壓噴射
低速高壓噴射是性能良好的燃油系統(tǒng)需要具備的特點(diǎn)。圖10 是在凸輪轉(zhuǎn)速為100 r/ min 時(shí)實(shí)現(xiàn)高壓噴射的仿真結(jié)果。

圖10 凸輪轉(zhuǎn)速為100 r/ min 時(shí)燃油壓力曲線

仿真結(jié)果表明,通過(guò)延長(zhǎng)SV 閥和NCV 閥開(kāi)啟時(shí)間的間隔,雙閥系統(tǒng)能充分利用供油凸輪增加供油能力,產(chǎn)生較高的開(kāi)啟油壓,實(shí)現(xiàn)低速高壓噴射。
4 結(jié)論
(1) 雙電磁閥燃油系統(tǒng)以電控單體泵和共軌噴油器為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了供油和噴油的獨(dú)立控制。
(2) 雙電磁閥燃油系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)噴,在較低轉(zhuǎn)速下也能夠?qū)崿F(xiàn)高壓噴射,并能在相同工況下實(shí)現(xiàn)不同的噴油規(guī)律,實(shí)現(xiàn)噴射規(guī)律柔性可調(diào)。