论文总字数：12321字

摘 要

在能源越发短缺的今天,柴油机燃油经济性显得格外重要。同时,为了满足日益严格的排放法规,不断提高燃油喷射压力和实现多次喷射已成为柴油机实现降低排放必不可少的手段。当前,柴油机供油系统所需的喷射峰值压力已由50MPa～80MPa增加到160MPa以上，共轨系统甚至达到了200MPa;同时,为了解决排放以及喷射压力提高后的噪声振动问题,多次喷射的策略也日益广泛地应用到了柴油机系统中。电控喷油器是共轨系统的核心部件之一，其动态响应的好坏直接影响着柴油机的性能与排放，压电晶体喷油器因压电执行器动作迅速，几乎没有延迟时间，具备优良的动态响应，其应用越来越广泛。为了描述其性能，已经对系统的不同元件进行了几何和液压方面的完整测绘。通过测绘获得的信息已用于创建一维模型，该模型已在商业软件AMESim中实现并针阀用大量试验数据进行了验证。本设计旨在研究压电晶体式电控喷油器的动态响应特性，为喷油规律研究及动态响应改良奠定技术基础。

关键词：喷油器，建模，柴油，压电

Abstract

Today, with increasing energy shortages, the fuel economy of diesel engines is extremely important. At the same time, in order to meet increasingly stringent emission regulations, continuously increasing fuel injection pressure and achieving multiple injections have become indispensable means for diesel engines to reduce emissions. At present, the peak injection pressure required by the diesel engine fuel supply system has increased from 50 MPa to 80 MPa to more than 160 MPa, and the common rail system has even reached 200 MPa; at the same time, in order to solve the problem of noise and vibration after emission and increased injection pressure, many The strategy of secondary injection is also increasingly widely applied to diesel engine systems. The electronically controlled injector is one of the core components of the common rail system. Its dynamic response directly affects the performance and emissions of the diesel engine. The piezoelectric crystal injector has almost no delay due to the rapid action of the piezoelectric actuator. Excellent dynamic response, its application is more and more widely. In order to describe its performance, a complete survey of the geometric and hydraulic aspects of the different components of the system has been carried out. The information obtained through surveying and mapping has been used to create a one-dimensional model, which has been implemented in the commercial software AMESim and verified with a large amount of test data. This design aims to study the dynamic response characteristics of piezoelectric crystal electronically controlled injectors, and lays the technical foundation for the study of fuel injection laws and the improvement of dynamic response.

KeyWords：injector,modeling,diesel,piezoelectric

目录

第1章绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外的研究现状 1

1.3研究的主要内容 2

第2章建立模型 3

2.1模型介绍 3

2.1.1介绍 3

2.1.2结构及特点 3

2.1.3工作原理 4

2.2建模思路 4

2.3模型搭建 5

第3章动态响应研究分析 6

3.1进油孔 7

3.2出油孔 9

3.3控制腔容积 11

3.4柱塞间隙 12

3.5小结 14

第4章总结与展望 14

4.1总结 14

4.2展望 15

参考文献 15

致谢 18

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第1章绪论

1.1目的及意义

在能源越发短缺的今天,柴油机燃油经济性显得格外重要。同时,为了满足日益严格的排放法规,不断提高燃油喷射压力和实现多次喷射已成为柴油机实现降低排放必不可少的手段。当前,柴油机供油系统所需的喷射峰值压力已由50MPa～80MPa增加到160MPa以上，共轨系统甚至达到了200MPa;同时,为了解决排放以及喷射压力提高后的噪声振动问题,多次喷射的策略也日益广泛地应用到了柴油机系统中。电控喷油器是共轨系统的核心部件之一，其动态响应的好坏直接影响着柴油机的性能与排放，压电晶体喷油器因压电执行器动作迅速，几乎没有延迟时间，具备优良的动态响应，其应用越来越广泛。本设计旨在研究压电晶体式电控喷油器的动态响应特性，为喷油规律研究及动态响应改良奠定技术基础。

1.2国内外的研究现状

电控喷油器是汽油机发动机的重要组成之一，发动机工作稳定性、经济性和环保性等基本性能都受到电控喷油技术状况好坏的直接影响。电喷系统设计时最先考虑的关键问题是电喷发动机喷油器的动态响应及流量特性。汽车电控系统要求保证各工况的空燃比，就需要通过得到精确的喷油器的流量特性来实现喷油的精确性:在实际生产中，由于生产过程和制造工艺的复杂多样性和各种干扰因素的影响，产品质量的稳定性往往难以控制，在大批量生产中体现得更为明显。因此，研制开发相关检测设备，对电控喷油器的动态响应和流量特性进行检测与监控，有着极其重要的意义。

西门子公司作为国际上压电式共轨系统研究的领先者,从2000年开始已经生产了近1500万个压电晶体电控喷油器,这些喷油器装配在300万台汽车上,取得了良好的经济和环保效应。中国目前在压电式共轨系统以及该方面的研究正处于起步阶段，无锡油泵油嘴研究所经过几年的努力,已开发出了具有自主知识产权的压电式共轨系统。

高压喷油的基本目的是改善雾化质量，是满足不同阶段排放法规要求的有效技术之一。目前，泵喷嘴系统喷油压力可达200MPa以上，美国威斯康辛大学开发的电控泵喷嘴系统(UHIP-S)最高喷油压力已达260MPa。BOSCH公司第1代共轨系统的喷油压力只有135MPa，第2代达到160MPa,第3代已经达到180MPa，第4代将增大到220MPa。新型电控喷油系统的最高喷油压力已超过250MPa,超高压电控喷油系统的最大喷射压力可达300MPa。

国内也通过对压电陶瓷材料的组成及工艺的改进,来提高压电应变常数及耐压强度,进而提高微位移器的位移量,实现大位移、小体积等特点的。该产品的工作电场强度较高,且压电陶瓷的介电损耗会随着电场强度的提高而变大，一般高灵敏材料都是软性压电材料,该类材料在电场强度为400V/mm时的介电损耗一般在80%左右,如此高的介电损耗则大量的电能将转变成热能，器件的温度将快速升高而导致器件损坏，本研究的产品工作电场将达到1500～2000V/mm,在如此高的电场下,必须降低压电陶瓷材料的强场损耗,但对于高灵敏材料来讲,既要保持其高的灵敏度,又要降低其强场损耗,确有很大的难度。本研究通过对压电陶瓷材料的改进,提高压电应变常数(d33≥720×1012m/V)及耐压强度,并降低了场强损耗(介质损耗降低到1%),以增大执行器的位移量,真正实现了大位移、小体积,为喷油器总成的设计提供了较大的方便。

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