中低速柴油机电控喷油器稳健性优化研究

作     者：梁成根 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：雷刚;李亚洲

授予年度：2023年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：电控喷油器 标定 DOE 稳健性优化 内流场仿真分析 

摘      要：电控喷油器作为电控燃油喷射系统的最终喷射端,决定着燃油的喷射质量。目前,其核心技术主要由国外发达国家掌握,而我国虽然在电控喷油器的设计、分析及优化方面已有很多学者和科研机构进行了相关的研究并取得了不错的成果,但与国外企业相比,仍存在着一定的差距,对于在电控喷油器整体性能的可靠性和稳健性的研究涉及并不深,尤其是稳健性方面有必要进行深入研究分析。本论文以某型国产低速柴油机电控喷油器为研究对象,采用理论与仿真建模相结合方法,对电控喷油器进行了仿真模型标定、结构参数分析、稳健性优化和内流场仿真验证,具体研究工作和结论如下:(1)依据电控喷油器的结构组成及工作原理,基于AMESim软件完成了仿真模型的搭建。定义了试验中难以测量的7个参数作为调整变量,采用最优拉丁超立方(OLH)采样方法完成了对仿真模型的标定。结果表明:循环喷油量q、喷油器开启响应过程ac和关闭响应过程df的仿真值与试验值在不同工况下最大误差均在10%之内,证明了模型标定的准确性。(2)为分析喷油器参数的影响特性,采用单因素和部分因子试验方法探究了参数的取值高低水平和影响性能指标的显著性程度。结果表明:球阀直径Dball的变化对针阀开启延迟时间ab和关闭延迟时间de的影响最大,且为竞争关系;针阀升程L的变化对针阀开启时间bc、针阀关闭时间ef和循环喷油量q的影响最大,且影响为同一性;针阀至喷嘴下腔间阀口直径Dvalve、电磁阀弹簧刚度Rsolv、针阀弹簧刚度Rspring和参数间的交互作用均未对各性能指标起显著性作用;其余10个参数则对不同性能指标起到不可忽略的作用。(3)基于AMESim与Isight软件联合仿真的方式,采用均值可靠性采样方法和遗传算法进行了电控喷油器显著性参数的确定性与6σ稳健性分析和优化。通过确定性优化得到了使针阀开启时间bc与关闭时间ef最短的最佳优化方案。但该方案下约束条件针阀开启延迟时间ab、针阀关闭延迟时间de和循环喷油量q的稳健性较低。考虑随机变量的影响,通过6σ优化并进行容差调整得到了约束条件质量水平均在3σ上的稳健性方案。(4)为验证稳健性优化结果的可行性,采用FLUENT软件中动网格技术模拟了针阀的关闭运动,分析了针阀在运动过程中的压力变化和空化现象影响情况。结果表明:喷嘴下腔燃油压力会随着针阀的下压而短暂提高然后迅速降低,随着燃油喷射启闭阀口的减小,喷嘴下腔燃油的压力又逐渐增高至与进油口压力一致。优化后喷油器空化现象主要发生在喷孔位置处,尤其是喷孔近壁面处。