Система инжекции дизельного Engine

Откройте модель

Этот пример показывает линейную многоэлементную систему закачки дизельного топлива. Он состоит из кулачкового вала, лифтового насоса, четырех линейных нагнетательных насосов и четырех форсунок.

Модель

Описание системы закачки

Система закачки дизельного топлива, моделируемая данной моделью, показана на схеме ниже.

Фигура 1. Принципиальная схема системы закачки

Структура системы воспроизводится H. Heisler, Vehicle and Engine Technology (второе издание), 1999 год, и классифицируется как линейная многоэлементная система впрыска. Он состоит из следующих основных модулей:

Кулачковый вал
Подъемный насос
Линейный инжекционный насос с четырьмя насосными элементами, по одному элементу на цилиндр двигателя
Инжекторы

Кулачковый вал содержит пять кулачков. Первый - эксцентриковый кулачок для приведения в действие подъемного насоса. Остальные четыре приводят в действие плунжеры нагнетательного насоса. Кулачки установлены таким образом, что насосные элементы подают топливо в порядке срабатывания и в правильный момент в цикле операции двигателя. Подъемный насос подает топливо на вход элементов насоса впрыска. Каждый элемент инжекционного насоса состоит из кулачкового плунжера, нагнетательного клапана и блока регулятора. Цель регулятора состоит в том, чтобы контролировать объем топлива, подаваемого плунжером в цилиндр двигателя.

Цель симуляции состоит в том, чтобы исследовать всю операцию системы. Цель диктует степень идеализации каждого компонента в системе. Все системные модули будут описаны более подробно в следующих разделах.

Примечание: Модель системы не представляет какую-либо конкретную систему впрыска. Все параметры рабочей области были назначены на основе практических факторов и не представляют конкретных параметров производителя.

Подсистема кулачкового вала

Модель кулачкового вала построена из пяти кулачковых моделей. Имеется четыре кулачка параболического профиля и один эксцентриковый кулачок. Этот профиль движения вычисляется как функция от угла вала, полученная путем интегрирования угловой скорости вала. Кулачок, который управляет плунжером инъекционного насоса, имеет параболический профиль, под которым последующий элемент движется вперед и назад при постоянном ускорении. Оно описывается следующим набором уравнений:

$x = 2 s \left(\frac{\theta - \theta_E}{\alpha}\right)^2, \quad \textrm{if} \quad \theta_E \le \theta < \theta_E + \frac{\alpha}{2}$

$x = s \left[1 - 2 \left(1 - \frac{\theta - \theta_E}{\alpha}\right)^2 \right], \quad \textrm{if} \quad \theta_E + \frac{\alpha}{2} \le \theta < \theta_E + \alpha$

$x = s, \quad \textrm{if} \quad \theta_E + \alpha \le \theta < \theta_R$

$x = s \left[1 - 2 \left(\frac{\theta - \theta_R}{\beta}\right)^2 \right], \quad \textrm{if} \quad \theta_R \le \theta < \theta_R + \frac{\beta}{2}$

$x = 2 s \left(1 - \frac{\theta - \theta_R}{\beta}\right)^2, \quad \textrm{if} \quad \theta_R + \frac{\beta}{2} \le \theta < \theta_R + \beta$

где

является последующей позицией
является последующим штрихом
$\theta$ - угол кулачка (с рассчитанным углом фазы)
$\theta_E$ - начало угла удлинения
$\alpha$ - угол расширения,
$\theta_R$ - начало угла уборки
$\beta$ - угол отвода

В результате в начале угла удлинения последующий элемент начинает движение вверх и достигает своего верхнего положения после поворота вала на дополнительный угол удлинения. Последующее устройство запускает возврат штриха в начале угла уборки, и для завершения этого движения требуется угол уборки. Различие между дном удлинения и началом уборки устанавливает угол падения в полностью выдвинутое положение. Профиль реализован в языковом файле Simscape ParabolicCam.ssc использование блока Simscape Component.

Каждый из четырех параболических кулачков смещен друг от друга на фазу угол. Таким образом, соответствующие положения поршня насоса впрыска также смещены друг от друга. Чтобы добиться этого, на короткий период initialization_time после начала симуляции на каждый параболический кулачок посылается соответствующая скорость вала инициализации, чтобы повернуть его на правильный угол фазы. После initialization_timeНачинается основной фрагмент системной симуляции впрыска топлива.

Следующий график показывает удлинение каждого инжекционного насоса при вращении кулачкового вала. Когда удлинитель равен нулю, все топливо было вытеснено из насоса. Порядок срабатывания цилиндров двигателя 1-3-4-2.

Профиль эксцентрикового кулачка вычисляется формулой

$x = \varepsilon \left( 1 - \cos \theta \right)$

где $\varepsilon$ - эксцентриситет. Уравнение реализовано с использованием блоков физического сигнала в библиотеке Simscape Foundation Library.

Подсистема подъемного насоса

Модель подъемного насоса, которая является насосом поршневого и диафрагменного типа, построена из Гидропривода одностороннего действия (IL) блока и двух блоков запорного клапана (IL). Обратные клапаны моделируют входной и выходной клапаны, установленные с обеих сторон подъемного насоса (см. Фигуру 1). Контакт между роликом штока насоса и кулачком представлен блоком Translational Hard Stop. Блок Translational Spring моделирует две пружины в насосе, которые поддерживают постоянный контакт между роликом и кулачком.

Подсистема насоса закачки

Линейный нагнетательный насос является насосным модулем с четырьмя элементами. Каждый элемент подает топливо в форсунку, которая вытесняет топливо в свой цилиндр двигателя. Все четыре элемента идентичны по проекту. Подсистема Инжекционного насоса представляет поршень насоса и механизм управления насосом, в то время как Подсистема Инжектора моделирует инжектор, установленный непосредственно на цилиндре двигателя (см. Фигуру 1).

Поршень насоса колеблется внутри цилиндра насоса, управляемого кулачком (см. Фигуру 1). Плунжер моделируется как Гидропривод одностороннего действия (IL) блок. Когда плунжер движется вниз, ёмкость заполняется топливом под давлением, развиваемым подъемным насосом. Топливо входит через два отверстия, входной порт и порт разлива (см. фигуру 2 ниже).

Фигура 2: Взаимодействие плунжера с отверстиями управления в стволе

Модель механизма управления плунжером основана на следующих допущениях:

1. Существуют три отверстий переменного сечения, смоделированных блоками Отверстия Золотника (IL) в цепи управления: входной порт, порт разлива и отверстие, образованное спиральной канавкой и портом разлива. Отверстия входного отверстия и отверстия разлива зависят от движения плунжера, в то время как открытие отверстия спиральной канавки является функцией движения плунжера и вращения плунжера. Для простоты перемещение, создаваемое вращением плунжера, представлено как источник линейного движения, который объединяется с перемещением плунжера.

2. На рисунке ниже показаны все размерности, необходимые для параметризации блоков Отверстие золотника (IL):

Фигура 3: Схема размерностей инжекционного плунжера

где условные обозначения и соответствующие имена параметров рабочей области

$D_{in}$ - диаметр отверстия входного порта (inlet_orifice_diameter)
- диаметр отверстия порта разлива (spill_orifice_diameter)
- штрих плунжера (plunger_stroke)
$h_{in}$ - расстояние между входным отверстием и положением верхнего плунжера (-plunger_stroke + safety_gap + inlet_orifice_diameter + inlet_offset)
$h_{s}$ - расстояние между отверстием порта разлива и верхним положением плунжера (-plunger_stroke + safety_gap + spill_orifice_diameter)
$h_{hg}$ - расстояние между отверстием порта разлива и верхним ребром спиральной канавки

Входное отверстие обычно расположено выше, чем отверстие разлива. Это представлено параметром рабочей области inlet_offset.

3. При параметризации отверстий верхнее положение плунжера принимается за источник, а движение в восходящем направлении рассматривается как движение в положительном направлении. Поэтому входное и выходное отверстия должны открываться с отрицательным перемещением золотника, а спиральное отверстие канавки должно открываться с положительным перемещением золотника, поскольку оно открывается при движении плунжера вверх.

4. Эффективный штрих плунжера plunger_stroke - safety_gap - inlet_orifice_diameter - inlet_offset. Расстояние между отверстием порта разлива и верхним ребром спиральной канавки $h_{hg}$ может регулироваться вращением плунжера. Эта регулировка моделируется путем смещения сигнала положения плунжера к отверстию спиральной канавки управляющим сигналом. Чем больше сигнал управления, тем раньше открывается отверстие спиральной канавки, таким образом уменьшая объем топлива, подаваемого в цилиндр. Максимальное значение управляющего сигнала равно эффективному штриху. При этом значении отверстие спиральной канавки остается открытым все время.

Подсистема инжектора

Модель инъектора основана на блоке Гидропривода одностороннего действия (IL) и блоке Игольчатый Клапан (IL). Игольчатый клапан обычно закрывается усилием, развиваемым предварительно нагруженной пружиной. Когда сила, развиваемая в полости привода, преодолевает упругую силу, игольчатый клапан открывается и позволяет впрыскивать топливо в цилиндр двигателя.

Результаты симуляции из возможностей

Результаты симуляции из Simscape Logging

На этом графике показаны положения и скорости потока жидкости нагнетательного насоса 1 и инжектора 1 на выходе. Эффект профиля кулачка показан в перемещении насоса закачки 1. Во время второй половины штриха кулачка топливо выходит из насоса впрыска и переходит в форсунку. Топливо выходит из форсунки через игольчатый клапан. Форсунка моделируется как полость привода с предварительно нагруженной пружиной, которая действует, чтобы временно хранить топливо от насоса впрыска и более плавно выталкивать его из форсунки.

Документация