CN112211737B - 一种高压共轨喷油器控制室处燃油稳态温升计算方法 - Google Patents

一种高压共轨喷油器控制室处燃油稳态温升计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种高压共轨喷油器控制室处燃油稳态温升计算方法，包括如下步骤：在没有外部功时，节流孔前后的燃油滞止焓守恒，定义节流孔上游和下游目标燃油的位置与孔口距离，对温度和压力求导，对比焓的导数进行从节流孔上游燃油压力到下游燃油压力的积分，得到节流孔上下游压差导致的燃油稳态温升，考虑喷射脉宽重新定义系数，建立不同喷射脉宽下喷油器工作时OZ孔和OA孔处燃油的稳态温升试验数据库，基于试验数据库采用多目标退火方法进行拟合，求解稳态温升方程组，预测在不同喷射脉宽和喷射压差条件下燃油流经OA、OZ孔时的稳态温升值。本发明能够实现对喷油器内燃油流经控制室OA、OZ孔时在不同的喷射脉宽下稳态温升的准确预测。

Description

一种高压共轨喷油器控制室处燃油稳态温升计算方法
技术领域
本发明涉及的是一种高压共轨的计算方法，具体地说是高压共轨燃油稳态温升的计算方法。
背景技术
高压共轨***是现代柴油机实现高效燃烧、超低排放的核心***，而电控共轨喷油器则是高压共轨***的重要部件，保证共轨***以最佳的喷油规律进行喷射。通常情况下，通过嵌入到电控单元中的控制策略进行循环喷油量的精确控制。专利《一种基于学习算法的喷油量波动补偿控制方法》基于LM-BP神经网络构建波动影响因子和喷油量修正值之间的网络关系，通过遗传算法获得补偿喷油量修正值，然而提出的补偿控制方法忽略了共轨喷油器在喷射过程中热效应对循环喷油量的影响。在高压燃油喷射过程中，控制室处燃油通过进油节流孔OZ、出油节流孔OA后会生热，生热现象一方面会使得控制室内燃油物性随温度的改变而改变，另一方面，生热导致控制针阀运动的高速电磁阀动态响应恶化。因此，在高压共轨循环喷油量修正策略研究时，需要考虑到控制室处温升产生的热效应。然而，目前，关于高压共轨喷油器控制室处燃油温升计算方法的相关专利未有公开。
发明内容
本发明的目的在于提供可以准确预测不同喷射压力条件下燃油的温升，为更高喷射压力下喷油量的精确预测控制以及开展喷油器三维热分析提供准确的温升边界条件的一种高压共轨喷油器控制室处燃油稳态温升计算方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种高压共轨喷油器控制室处燃油稳态温升计算方法，其特征是：
(1)设喷油器内高压燃油流经控制室OZ孔和OA孔的过程为绝热节流膨胀过程，在没有外部功时，节流孔前后的燃油滞止焓守恒：
Figure BDA0002723803740000011
上式中，h是温度T和压强P的函数，表示燃油的比焓，u为燃油的速度，下标1和2分别代表节流孔的上游和下游；
(2)定义节流孔上游和下游目标燃油的位置与孔口距离为Y，在这个Y的位置上，节流孔上游燃油流速u1和下游燃油流速u2稳定且相等，即u1≈u2，公式
Figure BDA0002723803740000021
中的比焓是随着燃油温度和压力瞬变的，公式
Figure BDA0002723803740000022
对温度和压力求导后为：
Figure BDA0002723803740000023
上式中，Cp为燃油定压比热容，ρ为燃油的密度，其中体积热膨胀系数β具体表示为：
Figure BDA0002723803740000024
(3)对比焓的导数进行从节流孔上游燃油压力P1到下游燃油压力P2的积分，得到节流孔上下游压差导致的燃油稳态温升为：
Figure BDA0002723803740000025
上式中，ε为燃油连续流经节流孔时压降ΔP和稳态温升ΔT的系数；
(4)高压共轨喷油器的喷射为脉冲喷射，在考虑喷射脉宽的t下重新定义系数ε*：
Figure BDA0002723803740000026
(5)建立不同喷射脉宽下喷油器工作时OZ孔和OA孔处燃油的稳态温升试验数据库，基于试验数据库采用多目标退火方法对公式
Figure BDA0002723803740000027
进行拟合，分别得到OZ孔和OA孔节流温升计算公式的待定系数：
Figure BDA0002723803740000028
(6)定义OZ孔的上游和下游燃油压力及温度分别为POZ-1、TOZ-1和POZ-2、TOZ-2，OA孔的上游和下游燃油压力分别为POA-1、TOA-1和POA-2、TOA-2，求解OA、OZ孔稳态温升方程组：
Figure BDA0002723803740000031
借助上述方程组预测在不同喷射脉宽和喷射压差条件下燃油流经OA、OZ孔时的稳态温升值。
本发明的优势在于：本发明提供了一种高压共轨喷油器控制室处燃油稳态温升的计算方法，该方法能够实现对喷油器内燃油流经控制室OA、OZ孔时在不同的喷射脉宽下稳态温升的准确预测。本发明提供的计算方法可以嵌入高压共轨喷油器喷射特性计算模型内实现喷射特性和温度场的双向耦合预测，提高共轨喷油器喷油量的预测精度。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为采用本发明计算方法得到的稳态温升预测结果和试验数据的对比图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-2，本发明一种高压共轨喷油器控制室节流孔处燃油稳态温升计算方法，其具体步骤包括：
(1)假设喷油器内高压燃油流经控制室OZ孔和OA孔的过程为绝热节流膨胀过程，根据热力学第一定律，在没有外部功时，节流孔前后的燃油滞止焓守恒：
Figure BDA0002723803740000032
上式中，h是温度T和压强P的函数，表示燃油的比焓，u为燃油的速度，下标1和2分别代表节流孔的上游和下游。
(2)定义节流孔上游和下游目标燃油的位置与孔口距离为Y，在这个Y的位置上，节流孔上游燃油流速u1和下游燃油流速u2稳定且相等，即u1≈u2。那么，公式(1)中的比焓是随着燃油温度和压力瞬变的，因此公式(1)对温度和压力求导后为：
Figure BDA0002723803740000041
上式中，Cp为燃油定压比热容，ρ为燃油的密度。其中体积热膨胀系
数β具体表示为：
Figure BDA0002723803740000042
(3)对比焓的导数(公式(2))进行从节流孔上游燃油压力P1到下游燃油压力P2的积分，得到节流孔上下游压差导致的燃油稳态温升为：
Figure BDA0002723803740000043
上式中，ε为燃油连续流经节流孔时压降ΔP和稳态温升ΔT的系数。
(4)公式(4)仅适用于连续流动的流体通过节流孔时温升的计算，而高压共轨喷油器的喷射为脉冲喷射，因此在考虑喷射脉宽的t下重新定义系数ε*：
Figure BDA0002723803740000044
(5)建立不同喷射脉宽下喷油器工作时OZ孔和OA孔处燃油的稳态温升试验数据库，基于试验数据库采用多目标退火方法对公式(5)进行拟合，分别得到OZ孔和OA孔节流温升计算公式的待定系数：
Figure BDA0002723803740000045
(6)定义OZ孔的上游和下游燃油压力及温度分别为POZ-1、TOZ-1和POZ-2、TOZ-2，OA孔的上游和下游燃油压力分别为POA-1、TOA-1和POA-2、TOA-2。求解OA、OZ孔稳态温升方程组：
Figure BDA0002723803740000046
最终，借助公式(7)可以预测在不同喷射脉宽和喷射压差条件下燃油流经OA、OZ孔时的稳态温升值。
从图2可以看出，采用公式(7)的计算结果与试验数据具有很好的匹配性，说明本发明方法可以很好的进行高压共轨喷油器控制室节流孔燃油稳态温升的预测，且具有较高的预测精度。

Claims (1)

1.一种高压共轨喷油器控制室处燃油稳态温升计算方法，其特征是：
(1)设喷油器内高压燃油流经控制室进油节流孔OZ孔和出油节流孔OA孔的过程为绝热节流膨胀过程，在没有外部功时，节流孔前后的燃油滞止焓守恒：
Figure FDA0003628983980000011
上式中，h是温度T和压强P的函数，表示燃油的比焓，u为燃油的流度，下标1和2分别代表节流孔的上游和下游；
(2)定义节流孔上游和下游目标燃油的位置与孔口距离为Y，在这个Y的位置上，节流孔上游燃油流速u1和下游燃油流速u2稳定且相等，即u1≈u2，公式
Figure FDA0003628983980000012
中的比焓是随着燃油温度和压力瞬变的，公式
Figure FDA0003628983980000013
对温度和压力求导后为：
Figure FDA0003628983980000014
上式中，Cp为燃油定压比热容，ρ为燃油的密度，其中体积热膨胀系数β具体表示为：
Figure FDA0003628983980000015
(3)对比焓的导数进行从节流孔上游燃油压力P1到下游燃油压力P2的积分，得到节流孔上下游压差导致的燃油稳态温升为：
Figure FDA0003628983980000016
上式中，ε为燃油连续流经节流孔时压降ΔP和稳态温升ΔT的系数；
(4)高压共轨喷油器的喷射为脉冲喷射，在考虑喷射脉宽的t下重新定义系数ε*：
Figure FDA0003628983980000017
(5)建立不同喷射脉宽下喷油器工作时OZ孔和OA孔处燃油的稳态温升试验数据库，基于试验数据库采用多目标退火方法对公式
Figure FDA0003628983980000021
进行拟合，分别得到OZ孔和OA孔节流温升计算公式的待定系数：
Figure FDA0003628983980000022
(6)定义OZ孔的上游和下游燃油压力及温度分别为POZ-1、TOZ-1和POZ-2、TOZ-2，OA孔的上游和下游燃油压力分别为POA-1、TOA-1和POA-2、TOA-2，求解OA、OZ孔稳态温升方程组：
Figure FDA0003628983980000023
借助上述方程组预测在不同喷射脉宽和喷射压差条件下燃油流经OA、OZ孔时的稳态温升值。
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