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康明斯电控机构的优势和数据及模拟计算

发布来源:重康电力(深圳)有限公司  发布日期: 2024-12-28  访问量:33

摘要:电控型康明斯柴油发电机燃料供给机构的具体构成是供油泵、共轨和喷油泵。其基础工作机理是供油泵将燃油加压成高压,供入共轨内;共轨实际上是一种燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发电机汽缸内。电控共轨系统中的喷油器是一种由电磁阀控制的喷油阀,电磁阀的开启和关闭由计算机控制。本文介绍了对QSK60-G23型康明斯柴油发电机电子喷射燃油机构应用AVL公司HYDSIM软件进行建模和模拟计算的方法,并对模拟计算结果与实测数据进行了比较,对HYDSIM软件的适用性和局限性进行了初步探求。

      根据图1原理示意图和图2构成示意图,康明斯电子喷射燃油系统的机理是燃油由发电机凸轮轴驱动的齿轮泵经滤清器从油箱中抽出,通过一个电磁紧急关闭阀流入供油泵。此时的压力约为0.5MPa,然后,油流分为两路,一路经安全阀上的小孔作为冷却油通过供油泵的凸轮轴室流入压力控制阀,然后流回油箱。另一路充入3缸供油泵。在供油泵内,燃油压力上升到135MPa或更高,供入共轨。共轨上有一个压力传感器和一个通过切断油路来控制流量的压力控制阀康明斯发电机参数表。用这种步骤来调节控制单元设定的共轨压力。高压燃油从共轨流入喷油咀后又分为两路:一路直接喷入燃烧室,另一路在喷油期间,与针阀导向部分和控制柱塞处泄漏出的燃油一起流回油箱。

      康明斯柴油发电机采用P型喷油器,用压板压在汽缸盖油嘴孔内。柴油通较高压油管进入喷油咀高压油管接管,然后再进入喷油嘴,油嘴回油通过接管与汽缸盖之间的空间汇集到汽缸盖体内的回油通道引出。

      康明斯电喷机型采用的电喷单元ECM是发电机的大脑,它的智能升级帮助康明斯不断满足全球严格的排放和油耗法规。电喷单元的控制屏、探头都是基于全球化的工程平台开发,所有产品都经过严格的评估验证和匹配,不管在移动发电机组还是固定发电机组,在国内外市场积累了丰富的产品经验和良好的电子架构。这些都支持CEFS能够快速辨认市场需求,关于国内复杂的应用环境对控制模块和传感器进行改善优化,完成大量的开发验证并较终将可靠稳定的产品投入市场。

      AVL HYDSIM软件是运用于流体液压机构和液力-机械机构动态叙谈的专业流程,尤其在发电机燃油喷射机构的开发中得到广泛应用,其计算结果对于解述燃油喷射步骤有较好的定性及定量参考性。康明斯发电机公司运用该软件对康明斯QSK60-G23系列柴油发电机燃油电子喷射装置进行了建模模拟,在发电机不同工作工况下的模拟计算均给出了较好的结果。

      根据电控系统原型中的作用划分(泵-管-嘴),模拟计算模型也相应详细划分为三大部分,即“电控泵”、“高压油管”、“喷油咀”;凸轮型线、燃油进油压力、气缸压力等则作为输入边界条件。实物中的油孔、管子在模型中均用管子表示,其长度、孔径、壁厚从零件图纸中提取;各类容积的数值则是通过在三维CAD建模软件中进行三维建模后对实物的容积腔进行计算取得。模型也对局部地方适当进行了简化,对于一些不太重要或无法模拟的细微结构则忽略不计,如:高压油管与喷油泵迸油管接头锥面连接处的微小容积等。电控机构中一些较重要的数据(如:电磁阀开闭时刻流通截面积与时间的函数关系),在不能获得准确真实参数的情况下,通过参考Hydsim软件本身供应的一些案例及反复计算比较和修正,确定了这些数据。其中,电控系统高压油泵模型构成如图3所示,共轨管及轨压探头模型构成分别如图4(a)与图4(b)所示。

      从康明斯QSK60-G23系列柴油发电机实际性能测试的试验参数中选择表1中五个工况,用HYDSIM软件分别进行计算模拟,然后将每个工况的计算结果与实测实验数据进行对比分述。

      如前所述,因为缺乏部分关键结构的参数(如电磁阀部分),为检修所建立模型的有效实用性和保证后续计算结果的可靠性, 对模型进行初步计算验证并对一些模型数据进行修正调节是很有必要的。柴油发电机起动时喷油量修正曲线所示,冷却水温度修正曲线所示。

      为此,把工况1的模拟计算用于对模型的计算验证,即:通过修正模型参数使得工况1的模拟计算的结果与发电机实际测试所获得的参数尽可能一致康明斯柴油发电机控制面板。然后在不改变模型数据的前提下进行工况2~5部分的模拟计算,若其计算结果仍能基本保持与实测实验数据的一致性,则可以认为建立的模拟模型是成功的,该模型可以用于以后对该电控装置的装置解读及布置改善。

      主要作法是,在工况1的计算模拟中给定供油的起点和供油连续期,计算获得装置中各容积腔压力波形、喷油量流量特点、凸轮表面接触应力等数据,再与实测数据或其他软件的计算结果比较。在工况1的计算模拟取得成功后,在工况2的计算模拟中则换用另一种算法——DSIM软件的自动优化计算作用,即:给定目标喷油量(同时给定供油始点),由软件自动优化逼近该数值,最后得到该工况下的各压力波形、供油连续期、凸轮表面接触应力等参数。对于工况3~5,主要是希望领悟HYDSIM软件对小流量喷射步骤的模拟效果,因此仍采用与工况1相同的参数输入形式进行了计算。

      工况1计算完成后,在HYDSIM软件的后排除环境PP2中以曲线的形式对部分模拟计算结果数据与实际测试数据进行了对比。图4显示的是高压油管压力波曲线,可以非常直观地看出,计算结果与实测数据吻合得很好。计算曲线与实测曲线走向基本一致,形状完全相似,二者的较大压力值虽有区别,但较大压力点产生的位置基本一致,均为柴油发电机上止点后7度主轴转角处。同时,用康明斯发电机公司自行开发的凸轮计算软件(A软件)得到的凸轮表面接触应力也与用HYDSIM软件的计算结果非常接近,对比状况见图5。

(2)工况2的计算结果表明,通过HYDSIM软件的优化逼近算法也得到了理想的结果,供油持续期的计算值与实测值相差仅0.3CA°。模拟计算与实测的较高高压油管压力值的下降幅度相同。见表2。这从另一个步骤验证了所建立模型的稳定性和适用性。

(3)工况3~5是空载工况的模拟,计算结果中高压油管压力波与实测压力波曲线基本一致,但喷油量参数指标出现很大的区别,如表3。

      阐明认为发生这种差异的原因可能有三点:

(1)实测循环供油量值本身计算不准。该实测值是假定“各缸供油量完全一致”,再根据柴油发电机在该工况时的油耗进行16缸油量的算术平均计算得到的,而实际过程中,尤其是低负荷和空载时柴油发电机各缸工作状况差别很大(个别汽缸实际上甚至可能根本不工作)康明斯发电机中国官网,造成不一样汽缸的实际供油量远高于或远低于平均值。

(2)空载工况时模型参数选定不合适。与大负荷工况相比,空载工况的供油量很小,而流量系数等数据随流量的大小是变化的,因为没有实测的经验参数,康明斯发电机公司在计算中没有也不能做到相应地改变这些数据。

(3)模拟计算软件本身的不足。与AVLHYDSIM软件专家Dr.Valdas Caika交流后,他认为空载工况本身不稳定,震荡大,完全正确模拟很困难。

图5  柴油发电机高压共轨系统燃油流量修正曲线  柴油发电机高压共轨机构防冻液温度修正曲线

      通过选定适当的数据建立合适的模型,运用HYDSIM软件对康明斯QSK60-G23系列柴油发电机电子燃油喷射装置的作业程序可以实现比较有效的模拟计算浅析,其计算结果精度和可信度偏高,与实测结果吻合较好,因此计算的结果对探讨柴油发电机燃油喷射装置有一定的指导意义。模拟计算是一个领会阐述喷射步骤的有效办法,但必须有真实正确的试验数据(如:流量系数、节流系数等)支持才有可能建立一个较可信可靠的模型,做到较为精确的计算模拟。同时,用实际检测结果对模型进行修正和验证也是必要的。

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