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1、进油计量比例控制式共轨高压泵低压油路分析康睿，夏兴兰，朱蓉甲，刘印（中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所，江苏无锡214063）摘要：进油计量比例控制式共轨高压泵吸油过程中，比例阀处会产生明显的节流损失，如果节流损失过大， 使得低压油路压力过低，产生吸油不足及两缸工作不一致，无法稳定工作。木文利用AMESim建立共轨高压 泵计算模型，并根据实测的供汕效率及低压汕路的压力对模型进行标定，在此基础上，对喷汕泵的工作过程 进行计算分析。结果表明：高转速时，吸油过程中的流速过人是导低压油路压力损失过人的关键因素。通 过低压油路结构改进，实现了共轨高压泵在高转速下的稳定工作。关键词：共轨高压泵，比
2、例阀，低压油路，压力损失,引言高压共轨燃油喷射系统中，传统的预行 程控制式共轨高压泵通过调整低压燃油进 入柱塞室后电磁阀关闭的时刻来控制吸入 柱塞腔的燃油量，由于多余的燃油被排出， 吸入时无需对燃油流量进行计量；因此，低 压油路不存在计量阀引起的局部损失，整个 低压油路损失更小，避免了气穴的产生，使 共轨高压泵在各个转速下均能稳定工作。但 是，与进油计量比例控制式共轨高压泵相比, 预行程控制式共轨高压泵功率消耗更大。进油计量比例控制式共轨高压泵通过 控制比例阀的阀口开度，控制实际进入高压 油泵柱塞腔的流量，进而控制共轨管的压力。 因此，吸油过程中，比例阀阀口会出现 明显的节流损失，若在同样的入
3、口压力下， 进油阀前的压力会远小于预行程式共轨高 压泵；在高转速时，压力损失会更大。如果 设计不合理，进油阀前会产生持续负压和气 穴，出现单缸循环波动及明显的两缸供油不 一致，共轨高压泵无法稳定工作。本文首先利用AMESim建立完整的共轨 高压泵计算模型，利用实测的供油效率及低 压油路的压力曲线对模型进行标定，然后利 用标定后的模型，分析在比例阀开度一定的流速情况下，如何降低共轨高压泵低压油路系统 的压力损失。1模型建立与标定表1给出了该共轨高压泵的一些基本参 数，在建立进油计量比例控制式共轨高压泵 模型之前，首先对电液比例进油计量阀进行 标定，确定共轨高压泵的计算边界。表1共轨高压泵的基本参
4、数凸轮型式三作用凹圆弧凸轮高圧泵缸数2高压泵转向从驱动端看顺时针柱塞直径8. 5mm升程12mm高压控制方式进油计量比例阀输油泵外啮合型1.1比例阀计算及标定比例阀中的比例电磁铁与普通电磁铁 的磁路不同，因此两者的力-位移特性不同; 比例电磁铁的输出电磁力在整个工作行程 内具有水平的吸力特性，即电磁吸力总是与图3进汩计量阀共轨高压泵计算模型负载反力相平衡；因此通过改变电磁铁的驱 动电流控制阀芯的开度，实现流量的调节。 首先对占空比与电磁力的线性关系进行拟 合，图1为比例阀的计算模型。图1比例阀计算模型计算压差为4bar时比例阀的流量，并与 与试验值进行对比，如图2所示：根据实测的泵端入口压力数
5、据，首先计 算比例阀在最大开度时，不同转速和轨压下 的供油效率如图4所示。图2进油计量阀不同占空比流量对比60MPa*辜计算ta+试验值a）轨压6CMPa时不同转速下的供油效率42 *卒160MPa计算值试验值)(4从图中可以看出，同一压差下，比例阀 在不同占空比的流量计算值与试验值基本 相同，即满足比例阀不同开度的流量与输入 的电信号成比例。12共轨高压泵计算及标定利用AMESim搭建完整的共轨高压泵模 型，本文主要研究共轨高压泵吸油过程中， 整个低压油路的压力损失，因此在标定共轨 高压泵供油效率的同时对低压油路中比例 阀后的压力进行计算，以反映真实的进油计 量比例式共轨高压泵中低压油路的压
6、力损 失。共轨高压泵计算模型如图3所示。600800100012001400转 31 Ir/minlb）轨压160MPa时不同转速下的供油效率图4最大开度时，不同转速和轨压下的供油效率从图4可以看出，在比例阀最大开度时 计算和试验所得不同转速和轨压下的供油 效率吻合良好，在高轨压低转速时两者稍有 差别。最大开度时，比例阀后的平均压力如 图5所示。60MPa200400600800100012001400披速（r/mlnl=2一fsdAyfx茎：n试验值600r/min, 120MPa计M实配*小轨压60fPa时不同转速下的比例阀后平均压力160MPa试脸值b)600r/min.轨压120MPa
7、比例阀后压力波动图6不同工况下的比例阀后的压力波动600800100012001400转速（r/mlnlb)轨压160MPa时不同转速下的比例阀后平均压力 图5最大开度时，不同工况下的比例阀后平均压力从图5可以看岀，最大开度时，计算和 试验所得比例阀后的平均压力基本一致，即 计算所得比例阀前后的压力损失与测量结 果一致。图6为计算和试验所得进油计量阀后腔 内的压力曲线，从图中可以看出，计算所得 进油计量阀后的压力波动的幅值与相位均 与测量结果吻合较好。为了分析进油计量阀 变开度时共轨高压泵的工作特性，对76%开 度时的共轨高压泵进行计算，结果如图7所 Zjx O400r/in. 160MPaa
8、)400r/min轨压160MPa比例阀后压力波动【bq】r出诙量Ea)76%开度时，不同转速下的供油效率160MPa一倔26 5 4 3 2 1 0-计值试验值400600800100012001400转 itfr/minlb)76%开度时，不同转速下比例阀后平均压力 图7 76%开度时，不同工况下工作特性从图7可以看出，在76%开度吋，计算所 得供油效率及比例阀后平均压力均与试验值基本一致。因此，在全开度范围内，利用标定后的 计算模型，通过计算比例阀后的压力能反映 整个低压油路的压力损失。2低压油路分析2. 1压力损失进油计量比例控制式共轨高压泵吸油 过程中低压油路的压力损失主要包括沿程
9、压力损失和局部压力损失。沿程压力损失是rti管路中粘性摩擦而 产生的，液体在管路中的流动状态不同，则 产生的沿程压力损失也不同；当管路中流动 状态为湍流时，沿程损失系数不仅与雷诺数 相关，同时还与管壁的粗糙度有关。当液体流经管道弯头、突变截面及阀口 等局部装置时，由于通流截面、流动方向的 急剧变化，产生的局部压力损失Apf可表示 为：PLf乎 （1）其中，为局部阻力系数，p为液体的密 度，v为液体的流速。在共轨高压泵从泵段入口至进油阀前 整个低压油路中，比例阀前后主要为比例阀 阀口突变引起的局部损失，从比例阀后至进 油阀前主要为燃油在管路流动过程中的沿 程压力损失。泵端入口压力5. 5bar,
10、在 1200r/minx轨压160MPa时，计算低压油路 各处的平均压力，结果如表2所示。表2低压油路各处平均压力平均压力bar比例阀前5.5比例阀后1.5进油阀前1.37从表2可以看出，比例阀前后的局部损 失为4bar,而从比例阀后至进油阀前的沿程 压力损失只有0. 13bar；因此，进油计量比 例控制式共轨高压泵中比例阀在吸油过程 中产生的局部损失是导致低压油路压力损 失远大于预行程共轨高压泵低压油路压力 损失的主要原因。随着转速的升高或比例阀开度的减小, 比例阀处的节流作用会更明显，产生更大的 压力损失，使得比例阀后的低压油路压力更 低，进油过程吸油不足，甚至产生持续负压, 出现气穴，导
11、致共轨高压泵在高转速及不同 转速小开度无法稳定工作。共轨高压泵无法稳定工作，由两缸供油 的不均匀度表示：” =MQ皆Qzn） * 00%（2）A Q其中，为油泵缸间供油不均匀度； Qmax为最大单缸供油量；Qmin为最小单缸 供油量；n油泵缸数。比例阀全开时，缸间供油的不均匀度随 转速变化如表3所示。表3不同转速的缸间供油不均匀度转速r/min不均匀度6000. 00%8000. 03%10000. 09%12000. 18%13002. 53%140015.25%1500160018002000从表3可以看出，在1300r/min吋共轨高 压泵两缸供油的不均匀度明显增加，无法稳 定工作；当共
12、轨高压泵转速超过1500i7min 时，低压油路压损过大，出现持续负压，共 轨高压泵无法工作。根据前述分析，主要是 比例阀处的局部压力损失过大导致的；因此, 筒要通过低压油路的改进，降低整个低压油 路的压力损失來改进油泵的工作稳定性。2. 2低压油路改进计算由（1）式可以看出，在一定开度下， 比例阀阀口处的局部阻力系数是确定的，因 此，降低低压油路中燃油的流动速度以降低 比例阀阀口处的局部压力损失，使得在进油 阀前压力不过低导致共轨髙压泵无法工作。要降低低压油路的流速，一方面可以对 泵油部件进行改进，降低吸油过程中柱塞的 下行速度；另一方面可以在低压油路进油阀前通过流通面积的减小加入一定的阻尼
13、作 用，阻尼作用使得流通面积减小处的局部损 失增大，但是降低低压油路的流速，减少比 例阀处的局部损失，而比例阀处的局部损失 减小量远大于阻尼作用产生的局部损失增 大量，最终整个低压油路的压力损失减少, 使共轨高压泵稳定工作，但同时会使供油效 率有所降低。进油阀前的结构如图8所示。图8进油阀结构160MPa时比例阀处流速的对比如图9所示。图9改进前后比例阀处流速的对比从图9可以看出，节流作用能明显的降 低比例阀处的流速，随转速增加，节流作用 越明显，循环进油量减少，供油效率随转速 的增加而降低，但节流作用的产生，使低压 油路的压力损失随转速增加无明显降低。进 油阀前节流作用对比例阀后的平均压力影
14、 响如图10所示：T-有节流从图8可以看出，燃油从1处进入进油阀 前的环形腔，两处流通面积基本相等，进油 阀开启过程中，只在阀座处产生节流作用。 如果将环形腔的面积缩小30%,两处流通而 积的改变，除比例阀以外产生一定的节流作 用，使进油量减少，降低低压油路的流速, 使整个低压油路损失更小；另一方面，进油 阀抬起过程中节流位置的改变会使进油阀 的工作更加稳定；在1200r/min.轨压160MPa 时低压油路各处的平均压力如表4所示：表4改进前后低压油路各处平均压力平均压力bar无节流有节流比例阀前5.55.5比例阀后1.53. 38进油阀前1.372.65从表4可以看出，进油阀前节流作用的
15、存在虽然使得从比例阀后到进油阀前的压 力损失增加，但同时比例阀前后的压力损失 明显降低，整个低压油路的压力损失减小。 由（1）式可知，比例阀前后压力损失的减小 主要由于流速的降低，1200i7min、轨压6008001000 1200 1400 1600 1800 2000Kitk/min图10改进前后比例阀后平均压力的对比从图10可以看出，节流作用使得比例阀 后低压油路的平均压力随转速增加基本保 持不变；即共轨高压泵在高转速时，不出现 持续的负压，无气穴产生，共轨髙压泵能稳 定工作。若无节流作用，随转速增加，低压 油路的流速不断增大，循环进油量不断增加, 当油量的增加无法满足柱塞腔内容积的变
