汽車(chē)高壓油管的壓力控制

楊興宇

摘要：本文以汽車(chē)內(nèi)高壓油管的壓力為研究對(duì)象，建立單向閥時(shí)長(zhǎng)控制模型和三次函數(shù)擬合模型，并給出優(yōu)化方案。運(yùn)用模型求出使汽車(chē)內(nèi)高壓油管的壓力達(dá)到相對(duì)平衡時(shí)單向閥開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)為0.28s，凸輪角速度為0.15rad/ms。結(jié)合實(shí)際情況，得到最優(yōu)單向減壓閥控制方案為96.9ms工作一次，每次工作時(shí)間3.91ms使高壓油管內(nèi)的壓力保持平衡，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗蜷y時(shí)長(zhǎng)控制;三次函數(shù)擬合;優(yōu)化模型

0 ?引言

汽車(chē)的高壓油管內(nèi)燃油進(jìn)出的間歇性工作過(guò)程會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)壓力變化，使噴出的燃油量出現(xiàn)偏差，影響汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。現(xiàn)有一汽車(chē)的高壓油管改變單向閥開(kāi)啟的時(shí)長(zhǎng)、調(diào)整高壓管內(nèi)凸輪的角速度和增加單向減壓閥，使高壓管內(nèi)壓力穩(wěn)定在100MPa左右。如果將高壓油管內(nèi)壓力增加到150MPa，當(dāng)分別經(jīng)過(guò)約2s、5s和10s調(diào)整后均能達(dá)到穩(wěn)定。本文將針對(duì)問(wèn)題給出相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，調(diào)整高壓油管內(nèi)壓力變化，提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

1 ?單向閥時(shí)長(zhǎng)控制模型

1.1 單向閥時(shí)長(zhǎng)控制問(wèn)題分析

通過(guò)設(shè)置單向閥每次開(kāi)啟的時(shí)長(zhǎng)，使汽車(chē)內(nèi)高壓油管的壓力穩(wěn)定在100MPa左右，針對(duì)此問(wèn)題建立單向閥時(shí)長(zhǎng)控制模型。據(jù)已知燃油壓力、密度畫(huà)出圖像，擬合出函數(shù)表達(dá)式。得出當(dāng)壓力為160MPa時(shí)燃油密度，通過(guò)進(jìn)出高壓油管的流量表達(dá)式，可知單位時(shí)間流入和噴出的噴油總量。為滿(mǎn)足管內(nèi)壓力恒定，列出進(jìn)油量與噴油量的關(guān)系式，求出開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)。結(jié)合模型，讓管內(nèi)的壓力從100MPa增加至150MPa，經(jīng)過(guò)約2s、5s和10s的調(diào)整，使管內(nèi)壓力均能穩(wěn)定在150MPa。

1.2 模型假設(shè)

①汽車(chē)的高壓油管不發(fā)生形變。

②汽車(chē)內(nèi)高壓油管的壓力改變不影響其溫度變化。

③汽車(chē)的高壓油管在噴油和供油過(guò)程中無(wú)油量損耗。

1.3 符號(hào)說(shuō)明

綜上汽車(chē)的單向閥每次開(kāi)啟的時(shí)長(zhǎng)為0.28s時(shí)，高壓管內(nèi)壓力盡可能穩(wěn)定在100MPa。每次開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)為0.34s時(shí)，分別經(jīng)過(guò)2s、5s、10s調(diào)整后，管內(nèi)壓力穩(wěn)定在150MPa。

2 ?三次函數(shù)擬合模型

2.1 確定凸輪角速度問(wèn)題分析

汽車(chē)的高壓油管內(nèi)壓力穩(wěn)定在100MPa左右，為確定凸輪的角速度。本文建立三次函數(shù)擬合模型。求出噴油嘴一個(gè)周期內(nèi)噴出總油量[2]，由周期內(nèi)針閥升程與時(shí)間的關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三次函數(shù)擬合，得出圖像和回歸函數(shù)表達(dá)式。結(jié)合噴油嘴實(shí)際模型與針閥升程關(guān)系，得出不同時(shí)刻下噴油嘴的針閥與密封座橫截面的空隙面隨時(shí)間變化情況。根據(jù)周期內(nèi)油管的流量，積分算出總油量?；趩?wèn)題1為穩(wěn)定管內(nèi)壓力恒定，高壓油泵的進(jìn)油量與出油量相等，求出進(jìn)入油管流量。進(jìn)而得出總時(shí)間。凸輪在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)柱塞上下移動(dòng)過(guò)程中，求解出總時(shí)間，分別代入當(dāng)壓力為0.5MPa、100MPa和160MPa時(shí)，時(shí)間變化情況。分析確定出凸輪角速度。

2.2 符號(hào)說(shuō)明

h：針閥的高度;r：針閥的半徑;R：以針閥為中心到圓錐的水平距離。

2.3 模型建立及求解

隨著針閥上升，針閥底端距噴孔高度h隨時(shí)間變化而改變。進(jìn)行三次函數(shù)擬合，得出回歸函數(shù)表達(dá)式：

已知汽車(chē)噴油嘴高壓油管的內(nèi)腔長(zhǎng)度、內(nèi)直徑、供油入口的直徑、噴油器的工作次數(shù)、每次工作的時(shí)間，高壓油泵在入口處提供的壓力恒為160MPa，高壓油管內(nèi)的初始?jí)毫?00MPa的情況下凸輪的角速度？棕=0.15rad/ms時(shí)，高壓油管內(nèi)的壓力才能穩(wěn)定在100MPa左右。

3 ?噴油管優(yōu)化模型

3.1 噴油管優(yōu)化問(wèn)題分析

安裝一個(gè)單向減壓閥，使得高壓油管內(nèi)燃油的壓力減小，給出可行的控制方案，建立優(yōu)化模型。由于噴油嘴增多，噴油情況有兩種：第一，兩個(gè)噴油嘴同時(shí)噴油，頻率完全相同;第二，兩者交錯(cuò)進(jìn)行噴油，可視作單個(gè)頻率加倍。由于油量增倍，供油頻率需加倍，周期減半，凸輪角速度加倍，會(huì)減小噴油嘴數(shù)量改變所引起的管內(nèi)壓力變化。為有效控制管內(nèi)燃油壓力，安裝單向減壓閥，讓多余的燃油在壓力下回流到外部低壓油路中。已知噴油嘴工作和關(guān)閉的單位周期為100ms，工作周期為42s，當(dāng)噴油嘴工作兩個(gè)周期后，剩余油量會(huì)使管內(nèi)壓力增大，需開(kāi)啟減壓閥，讓燃油回流到外部低壓油路中，減小管內(nèi)壓力。

3.2 噴油管優(yōu)化模型建立及求解

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