[二甲醚发动机凸轮转矩的研究] 转速到6000伤发动机不

　　摘要：本文根据传统柱塞喷油泵的结构，对凸轮进行了简化，并对采用切线凸轮来设计二甲醚发动机喷油泵进行了可行性分析。利用adams软件，对凸轮进行了建模与仿真，分析了凸轮在喷油泵运转过程中，其扭矩及其受到的力的变化规律。研究表明，采用切线凸轮来设计二甲醚发动机喷油泵是可行的。
　　关键词：凸轮；二甲醚发动机；扭矩；仿真；喷油泵
　　中图分类号：U464.136 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）04-0012-04
　　Research of Cam Torque in DME Engine
　　YAO Qiang，ZHANG Guang-de，WANG Wei-hua，YOU Cai-xia，ZHANG Wang
　　（School of Automobile and Traffic Engineering，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China）
　　Abstract：Based on the structure of traditional plunger pump，the cam has been simplified，and carried out a feasibilityanalysis on the tangent cam design of the DME engine fuel injection pump. Adams software is used to build the modeling and simulation and analyzes the variation of the torque and forces the cam in the pump during operation. Studies have shown that using tangent cam design the DME engine fuel injection pump is feasible.
　　Key words：cam；DME engine；torque；simulation；fuel pump
　　随着石油短缺，迫切的需要寻找新型的代用燃料来解决石油短缺的问题。二甲醚因其着火性好，燃烧效率高、来源广泛等突出优点，已成为柴油机比较有发展前途的清洁代用燃料之一［1］。但二甲醚的理化特性需对传统柴油机喷油泵进行改进，凸轮作为二甲醚喷油泵推动柱塞运动的重要部件，对流量、压力的变化都有着直接影响。因此，需要研究凸轮扭矩随所受力的变化规律。
　　1 概述
　　喷油泵是柴油机的一个重要组成部分，被视为柴油发动机的”心脏”部件，它一旦出问题整个柴油机将工作失常。
　　DME在常温、常压下是气态的，沸点较低，粘度只有柴油的0.05～0.1倍。很明显，如果直接将其在现有的柴油机上使用，将会带来两方面的问题：第一，其供油系统管路容易产生气阻现象，柴油机供油系统的柱塞副、出油阀与出油阀座、针阀与针阀体三大相对运动的精密偶件会因为润滑不良加快磨损并引起泄漏的问题；第二，由于二甲醚的热值低，必须加大喷油泵中柱塞直径和柱塞的有效行程，加大喷油器中喷油孔直径等方法来提高发动机每循环供油量。
　　因此，必须对柴油机喷油泵进行改进，对二甲醚喷油泵所能达到的压力进行精确计算，凸轮轴的扭矩大小起着关键的作用。
　　目前喷油泵凸轮扭矩测量主要有两种方式：一是采用细长弹性轴作传感器，测量其扭转角度位移（相位差法），或测量其表面的应力（应变法）；二是采用低惯量、大电流电动机拖动喷油泵，测量电机的瞬态功率和瞬态转速，从而换算瞬态驱动扭矩。前一种方案测量平均扭矩比较有效，对测量瞬态扭矩往往响应性不够，测量结果不理想。后一种方案，由于实验设备比较昂贵，目前国内还没有采用此原理的专用设备。为了解喷油泵工作能力提高之后，其驱动扭矩峰值的变化，本文采用测量泵端压力和计算的方法求解喷油泵的驱动扭矩。喷油泵的泵端压力采用压阻式压力传感器测量。根据传统柱塞喷油泵的结构（见图1），若忽略摩擦阻力，竖直方向作用在滚轮中心的力主要有柱塞弹簧力、运动质量的惯性力和喷油泵的泵端压力作用在柱塞上的压力［3，4］。
　　2 发动机凸轮扭矩算法的推导
　　2.1 柱塞的运动过程
　　柱塞在向上运动的全行程中，包括预备行程、减压带行程、有效行程和剩余行程。各行程如图2所示。
　　（1）柱塞的预备行程h1：柱塞从下止点上升到其上端面将进油孔完全关闭时所移动的距离。
　　（2）柱塞的减压带行程h2：柱塞从预备行程结束到出油阀开启（减压带开始离开阀座的导孔）时所移动的距离。
　　（3）柱塞的有效行程h3：柱塞从出油阀开启，到柱塞的螺旋线或斜槽上线打开回油孔时移动的距离。
　　（4）剩余行程h4：柱塞从有效行程结束（开始回油），上升到上止点时移动的距离。
　　2.2 简化模型
　　凸轮的简化模型如图3所示。
　　弹簧力为Fsp；惯性力为Fm；泵端压力作用力为Fp；运动质量为m；凸轮升程为h；弹簧刚度为k；弹簧预紧力为F0；凸轮转速为n；泵端压力为p；柱塞直径为dp。
　　在图3中，弹簧力为：
　　Fsp=kh+F0 （1）
　　惯性力为：
　　Fm=m■■2 （2）
　　泵端的压力作用力：
　　Fp=p■ （3）
　　则竖直方向的力为：
　　F=Fsp+Fm+Fp （4）
　　式中：F为沿柱塞运动方向向下加在滚轮上的力；F1为沿滚轮凸轮接触面法向的作用力；F2为垂直于挺柱体导向孔的侧向力；α为F1和F1之间的夹角，即F的压力角；对滚轮作受力分析［5，6］，如图1。