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),實現(xiàn)供油和噴油的獨立控制;進(jìn)行了雙電磁閥燃油系統(tǒng)的實驗;采用AMESim 軟件建立了雙閥燃油系統(tǒng)仿真模型。對雙電磁閥燃油系統(tǒng)特性進(jìn)行的仿真分析表明：通過改變供油和噴油的時間間隔,在保持噴射提前角下可實現(xiàn)不同的噴油規(guī)律;在供油過程中通過2 次噴油控制可以實現(xiàn)預(yù)噴射;通過加長供油時間,可以在低轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)高壓噴射。該雙電磁閥方案實現(xiàn)了供油和噴油的獨立控制,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 ` 。國外典型的雙閥燃油系統(tǒng)有德爾福的以泵噴嘴為基礎(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2 個電磁閥實現(xiàn)供油和噴油的獨立控制,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,并基于實驗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 個電磁閥分別為單體泵泵端的溢流閥( spill valve ,簡稱SV) 和共軌噴油器嘴端的針閥控制閥(needle cont rol valve ,簡稱NCV) 。SV 閥為常開電磁閥,供油凸輪頂起供油柱塞形成的壓縮燃油通過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)開始形成高壓, 實現(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,針閥不能開啟。   當(dāng)NCV 閥開啟,針閥上端高壓燃油與低壓油路導(dǎo)通,上端壓力降低,針閥開啟,燃油開始噴射,實現(xiàn)噴油的電子控制。
如果在NCV 閥開啟之前將SV 閥關(guān)閉,油泵將在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生高壓燃油,直到NCV 閥開啟噴嘴開始噴油,NCV 閥打開和SV 閥關(guān)閉之間的時間間隔將決定噴油的開啟壓力和噴射過程中的平均噴油壓力。如果在NCV 閥關(guān)閉時還保持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)閉同時打開SV 閥卸油,針閥關(guān)閉的作用將同時來源于油壓的降低和針閥回位彈簧力,實現(xiàn)快速斷油。由此可見,雙電磁閥燃油系統(tǒng)通過2 個電磁閥的組合,實現(xiàn)噴射過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)實驗
2. 1 實驗系統(tǒng)
采用的雙閥燃油系統(tǒng)部件參數(shù)見表1。

實驗中,采用Dspace/MicroAutoBox 設(shè)計開發(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Kistler 壓力傳感器用于測量油管壓力,采用電流卡鉗來測量NCV 閥和SV 閥的驅(qū)動電流。
212 實驗結(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)動時刻不變,調(diào)整NCV 閥的驅(qū)動持續(xù)期和SV 閥的驅(qū)動時刻和持續(xù)期。為了防止在NCV 閥關(guān)閉后油管壓力過高,在控制時保證NCV 和SV 閥同時斷電,驅(qū)動電流特性如圖2 所示。

圖2 NCV 閥和SV 閥的控制電流曲線

圖3 是3 次噴射實驗中的油軌壓力。顯然,由于SV 閥相對于NCV 閥的控制時間不同,3 次噴射對應(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 閥直接采用通過實驗獲得的閥桿位移特性來模擬電磁閥的控制,NCV閥是采用實驗獲得的電磁力來仿真。

圖4 雙電磁閥燃油系統(tǒng)仿真模型

第2 節(jié)實驗的計算結(jié)果和相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)比較如圖5 所示。3 種工況下的油管壓力的實驗結(jié)果和仿真結(jié)果比較一致,說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 油管壓力的實驗和仿真結(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 ,噴射時刻相同,調(diào)整SV 閥和NCV 閥的控制時刻,對應(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 種工況對應(yīng)的燃油特性見表2 。

圖6 控制邏輯關(guān)系曲線

3次仿真中,噴油的時刻和噴油量相同,但是噴油壓力、開啟壓力、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。這說明,在同轉(zhuǎn)速下,通過改變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)在每一個循環(huán)間是獨立的,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)動機(jī)如果采用一缸一套的安裝,還可以實現(xiàn)各缸獨立噴油特性的調(diào)整,為發(fā)動機(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)閉建立油管高壓過程中,通過控制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。圖10 是在凸輪轉(zhuǎn)速為100 r/ min 時實現(xiàn)高壓噴射的仿真結(jié)果。

圖10 凸輪轉(zhuǎn)速為100 r/ min 時燃油壓力曲線

仿真結(jié)果表明,通過延長SV 閥和NCV 閥開啟時間的間隔,雙閥系統(tǒng)能充分利用供油凸輪增加供油能力,產(chǎn)生較高的開啟油壓,實現(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),實現(xiàn)了供油和噴油的獨立控制。
(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現(xiàn)不同的噴油規(guī)律,實現(xiàn)噴射規(guī)律柔性可調(diào)。