1.1设计选题的目的和意义

柴油机与汽油机相比有着高效、节能的特点,常用于农用机械。喷油系统是柴油机实现低排放、低噪声目标的关键。为了满足当下法律法规以及日常使用需求，柴油机喷油系统应满足以下要求: 1)高压喷射及喷射压力灵活可控;2)喷射定时可柔性调节;3)可控喷油率。高压共轨喷射系统在结构上仍采用与传统喷射系统类似的泵-管-喷嘴类型，但其特点是喷油器和高压油泵独立控制，在控制方式上不仅喷射时刻和喷射量采用时间控制，而且喷射压力也任意控制。高压共轨喷射系统采用共轨方式供油，直接把高压燃油通过共轨送往各缸喷油器，喷射压力波动小，各喷油器之间相互影响小，喷射压力控制精度高，喷油量控制精确。电控喷油器是高压共轨系统中最复杂的部件，采用结构相对简单的二通阀，通过喷油器的通电时刻和通电持续时间来控制喷射定时和喷油量。使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，有利于柴油机燃烧过程的全程优化。它的结构参数以及工作性能的好坏对可燃混合气的形成和燃烧过程有着决定性的作用，从而直接影响了整个高压共轨系统的工作性能，可以说是决定柴油机的动力性、经济性及排放性的重要因素，对于喷油器参数的研究、设计有着重要的意义。

1.2 国内外关于该论题的研究现状

柴油机喷油系统电控技术经历了三个阶段:时间控制阶段、压力控制阶段、压力-时间即共轨式控制阶段,目前正处于第三阶段的发展与成熟期。共轨式电控喷射系统根据共轨压力的高低可分为中压共轨式电控喷射系统和高压共轨式电控喷射系统。高压共轨喷油系统是建立在直喷技术、预喷射技术和电控技术基础之上的一种全新概念的喷油系统。其特点是：喷油压力的建立与喷油过程无关；喷油压力、喷油过程和喷油持续期不受负荷和转速的影响；喷油定时与燃油计量完全分开,可以自由调整每缸的喷油量和喷油始点；能实现预喷射、△喷射、靴型喷射、快速喷射、后喷射和多段喷射。

目前典型的高压共轨喷射系统，根据生产厂家不同分为德国Bosch公司开发生产的CR系统、日本电装公司开发生产的ECD-U2型高压共轨喷射系统、意大利Fiat集团开发生产的Unijet系统以及美国BKM公司开发生产的Servojet系统等，其中CR系统在国内市场比较普及。CR系统采用的二位二通电磁阀式喷油器是通过电磁阀控制柱塞顶部回油阀的开启时刻和开启持续时间来控制喷射时刻和喷射量，因此柱塞腔内的压力变化规律直接影响针阀的升程规律，从而直接影响喷油规律，影响柱塞腔内压力变化规律的主要因素有柱塞腔容积大小以及进油孔和回油孔直径比等。ECD-U2系统采用的二位三通电磁阀式喷油器喷油量取决于喷油器针阀开启持续时间，即针阀通电脉宽长度；喷射定时则取决于电磁阀的通电时刻。

哈尔滨工程大学的马修真[6]等人为研究电控喷油器参数对高压共轨系统循环喷油量波动的影响，利用 AMESim 仿真平台建立了电控高压共轨喷油系统数值仿真模型，并通过在高压共轨系统试验台上试验，验证了仿真模型的准确性。接着在此基础上对循环喷油量波动进行分析，揭示了喷油器参数对循环喷油量波动的影响规律。最后进行了量化分析，得到了喷油器参数变化引起的循环喷油量波动百分比的变化规律。结果表明，衔铁残余气隙、电磁阀预紧力、出油孔直径、进油孔直径、针阀预紧力和针阀升程是影响高压共轨系统循环喷油量的主要电控喷油器参数，衔铁残余气隙、电磁阀预紧力、出油孔直径、进油孔直径、针阀预紧力和针阀升程是影响高压共轨系统循环喷油量的主要电控喷油器结构参数。

同济大学的董尧清[12]等人针对一台实际的电控共轨中重型车用柴油机,以一成熟的高压共轨系统为模型,利用液力计算软件Hydsim进行模拟计算,分析并预测了共轨系统喷油器主要结构参数,包括喷孔数、喷孔直径、喷油器流量系数、调压弹簧预紧力和刚度、针阀等运动件质量、进油量孔和出油量孔直径、油压活塞上方控制腔容积、喷油背压等对喷油规律的影响。
江苏大学的吕峰[13]等人利用CFD软件对1115型柴油机在采用不同喷油器参数时的喷油及燃烧过程进行数值模拟,并分析了不同情况下的柴油机缸内燃油浓度场、示功图,排放等。结果表明：随着喷油器孔数增加、孔径减小,油柱破碎时间缩短，燃油蒸发雾化速度加快，空气利用率提高；油束贯穿距离下降，燃油碰壁现象减弱，燃烧室壁面附近的燃油量减少；油气混合速度提高，滞燃期内形成的可燃混合气量增加，燃油燃烧速率和压力升高率上升，碳烟排放量下降，但发动机零部件机械负荷和燃烧噪声增加、NOx排放量上升。