共轨喷油器关键参数对总成油量的影响分析

马宁

摘要：共轨喷油器是高压共轨系统中最复杂的部件，共轨喷油器的结构参数对它的工作性能有很大的影响，甚至关系到整个共轨系统的工作性能，本文对影响共轨喷油器总成油量的关键参数进行研究，在以往仿真数据的基础上，通过一系列试验方案的设定和对比，真实的反应喷油器控制阀套进出油孔流量、进出油节流孔孔径、孔径比、控制柱塞直径、针阀密封座面直径、针阀弹簧预紧力等关键参数对喷油器总成油量的影响，并着重分析了产生影响的原因，研究结果为开发新型乃至更高压力的喷油器提供了依据。

Abstract： Common rail injector is the most complex parts in a high pressure common rail system， the structural parameters of common rail injector has a great influence on its working performance， even relates to the performance of the common rail system， in this article， the impact on the injector quantity of common rail injector key parameters are studied， through a series of contrast experiments， analysis in and out of the oil injector orifice aperture， aperture ratio， flow coefficient， control plunger diameter， diameter of needle valve sealing seat surface， the needle valve spring pre-tightening force and other key parameters on the influence of the total amount of fuel injector， and emphatically analyzes the causes of influence， The results provide a basis for the development of new and even higher pressure injectors.

关键词：共轨喷油器;试验;关键参数;影响;分析

Key words： common rail injector;experiments;key parameters;influence;analysis

0  引言

共轨喷油器是高压燃油喷射系统的核心部件之一，在整个燃油喷射系统中承担着喷射功能的实现和控制，其性能决定了高压共轨燃油喷射系统的工作状态 [1]，共轨喷油器总成喷油量的变化对发动机的排放至关重要，研究和分析影响喷油器总成油量对自主研发共轨喷油器开发能力具有重要意义。

1  关键参数对喷油器总成油量的影响分析

1.1 控制阀套进出油孔流量的影响

图1是选取了控制阀套进油节流孔（简称A孔）与出油节流孔（简称Z孔）的流量比分别为1.30、1.34、1.40三组数据在轨压为1200bar下的油量特性曲线，图1中可以看出A、Z孔流量比对油量特性的影响也是比较大的，随着流量比的增大，在相同脉宽下的喷油量随之增大，而且喷油量的增加量随着脉宽的增加也逐渐变大，随着脉宽加大，油量增加的斜率相对一致。

1.2 控制阀套进出油孔A/Z的影响

图2是在轨压为1200bar，流量系数一定的前提下，不同出油节流孔A孔与进油节流孔Z孔孔径比（以下简称A/Z）下，喷油器总成油量线脉的比较。试验方案分为7组，A/Z比从1.1到1.4，步长为0.05。由图2可见，A/Z比对喷油器总成油量线脉的影响较为明显，在相同的控制脉宽下，喷油量随着孔径比的增大而增大。在脉宽700us时，属于喷油器总成油量变化率的转折点，该点前后的线脉斜率变化较大。随着A/Z增大，线脉前部的斜率不断变大，随着A/Z的变大，在脉宽<700us的喷油范围内，喷油量随控制脉宽的变大，增加幅度更大，此处会造成喷油量波动范围较大，油量标准差较大，对大油量更易控制，小油量调控方面存在一定难度;在脉宽>700us的喷油范围内，随着控制脉宽的逐渐变大，喷油量增加幅度变小。与<700us脉宽时相比，需要增加更多的脉宽才能达到增加同样的喷油量的目的和效果。

1.3 控制阀套进出油孔孔径的影响

除了控制阀套A/Z比变化对喷油量有很大的影響外，在孔径比不变（A/Z=1.2）的情况下，试验结果表明，油量线脉的形态受孔径变化的影响较大，如图3所示。脉宽为800us左右时，为喷油量变化的转折点。脉宽<800us时，喷油量受孔径变化的影响很小，小油量范畴所受影响较小，变化趋势不明显，但喷油量随着脉宽的增加上升斜率较大;当脉宽>800us时，油量线脉开始出现明显分叉，喷油量随着脉宽的增加上升斜率较小，A、Z孔径越大，喷油量反而越小。

1.4 控制柱塞直径的影响

从图4中可以看出，控制柱塞直径越小，线脉的变化斜率越大、变化趋势越快。控制柱塞之所以对喷油特性产生如此明显的影响，一个原因是理想状态下，作用在针阀承压面上的液压力不变，当控制柱塞直径变小时，作用在控制柱塞-柱塞升程调整垫片-针阀上的压力变小了，相当于增加了针阀的开启速度。从而喷油量变大;另一原因是在相同的进、出油节流孔径下，因为小直径柱塞在相同的工作位移所需排出油量体积较小，即控制腔容积较小，从而运动速度较快，针阀开启快，喷油持续期增大，最大喷油速率增大[2]，从而喷油量大。

1.5 针阀座面直径的影响

图5为在其他参数相同的前提下，喷油量受不同针阀座面直径的影响，结果显示，随着针阀座面直径的增加，相同脉宽下的喷油量减小，其原因是控制柱塞直径相同，其承受压力不变，而针阀座面直径变大导致针阀的承压环带面积减小，从而针阀向上的压力变小，而控制柱塞向下的压力不变，从而使得针阀落座运动变快，开启变慢，使得喷油量减小。

由于针阀的开启速度除了受调压弹簧预紧力影响外，主要是由控制柱塞顶部与针阀承压环带上的液压力差决定的，因此，在喷油器设计时，控制柱塞承压面积与针阀承压面积须一起考虑。

1.6 针阀弹簧预紧力的影响

在共轨喷油器中，与作用在针阀上的液压力相比，调压弹簧的作用力可以说很小，但它的变化依然对喷油器总成油量线脉的影响依然明显。图6是轨压为1200bar时，在不同调压弹簧预紧力下的油量曲线对比。如图6，从整个曲线来看，预紧力对特性曲线形态影响不大，但对喷油量有一定的影响。在相同的控制脉宽下，喷油量随预紧力的增大而减小。随着预紧力的增大，喷油器开启延时滞后而关闭延时提前，从而造成喷油量减少[3]。

2  结论

喷油器进出油节流孔孔径、孔径比及流量、控制柱塞直径、针阀座面直径、针阀弹簧预紧力等参数对喷油量线脉都有明显的影响，在喷油器的设计中应该重点考虑。当然影响喷油器特性的参数不只上面所列举的这些，还有许多参数都对喷油器的特性非常重要，比如弹簧刚度、运动件的质量、油嘴喷孔孔径以及各控制腔容积的大小等等，针对以上研究结果，现阶段高压共轨喷油器喷油量的研究仍然需要不断优化，在未来发展过程中，仍要加强相应的研究，结合不同方面的可变影响因素，找出最佳匹配方案，以提升共轨喷油器整体喷油特性，进而提升高压共轨燃油系统运行的有效性和效率，高压共轨喷油器的对比试验能很好地反映喷油器总成特性，此次试验会对开发更高压力的喷油器提供较高的参考价值和指导作用。

参考文献：

[1]张勇，蒙国尤，肖怡，汪宇航，赵晋.共轨喷油器参数优化研究[J].机床与液压，2019（05）.

[2]谢立哲，张幽彤，李丕茂，宋国民，相楠.共轨喷油器控制腔容积对喷射规律的影响[J].车用发动机，2014（04）.

[3]谈德荣.共轨喷油器垫片对其性能的影響分析[J].汽车实用技术，2017.