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高压共轨喷油器组件的有限元分析

发布于:2016-02-14 20:21
有限元分析

      柴油机燃油喷射系统具有高压、高脉动的特点以及高的可靠性要求,这就对喷油系统零部件在加工精度、结构刚度、密封性等方面提出较高的要求。在计算机辅助工程方法中,通过仿真计算初步确定设计参数,然后采用有限元分析技术预测在静态和动态条件下结构的合理性,给产品设计及改进提供了可靠的依据。本研究对一种高压共轨整体式喷油器的设计方案,进行了三维有限元分析,得出在预紧力和工作载荷的共同作用下,喷油器体与控制活塞的配合间隙变化以及控制阀座、导向体等喷油器其它重要零部件装配的组合刚度和强度,并根据计算结果提出了喷油器设计方案的改进措施。
      图为高压共轨整体式喷油器结构图,该喷油器由喷油器体、电磁阀、控制室、控制活塞、针阀偶件等部分组成。工作原理如下:高压燃油进入喷油器后分作两部分,一部分经节流阀流入控制室,一部分进入喷嘴腔。电磁阀未开启时,作用在控制活塞上的液力和针阀弹簧预紧力大于针阀承压面上的力,使其不能抬起。电磁阀打开时,控制腔内的燃油泄出,压力降低,针阀抬起,开始喷油。电磁阀关闭后,控制腔压力迅速回升,控制活塞下移,推动针阀快速关闭。在球阀和控制活塞之间设有节孔,阻尼控制腔中的燃油流动。当控制腔回油时,由于节流作用,使腔中的高压燃油经节流孔速度流出,针阀缓慢上升,形成逐渐增加的⊿型喷射率。
      首先利用专业三维造型AppPro/Engineer建立了较为精确的喷油器体、控制活塞、控制阀座、导向体等零件的三维模型,并进行装配,然后将组件模型导入ANSYS中。因为喷油器体的结构和外载荷具有关于ZX平面的对称性,故有限元计算仅用1/2模型,并在对称面上施加对称性约束。在确立边界条件时,控制活塞受到的缝隙中燃油压力取为沿周向的平均压力,因此控制活塞的结构和外载荷具有关于YZ和ZX平面的对称性,有限元计算仅用1/4模型,并在对称面上施加对称性约束。采用ANSYS单元库中的10节点四面体单元SOLID92划分网格,因为四面体单元易于自动生成网格,10节点四面体单元的精度比4节点四面体单元高,共划分31166个单元,47969个节点,有限元模型如图所示。组合部件之间的联接关系采用面对面接触单元模拟。为了便于描述,称喷油器正常安装方位的上方为上,喷油器与高压油管相连一端为左。
      计算中选取了两个典型时刻的工况,载荷最大时,即电磁阀关闭后,控制腔内燃油压力迅速回升,控制活塞下移,推动针阀快速关闭,控制腔内燃油压力达到最高的时刻记为工况1,回油时,即电磁阀打开,控制腔燃油泄出,控制腔压力降低,针阀抬起,形成喷油的时刻记为工况2。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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