共轨系统高压油泵柱塞副的泄漏特性数值仿真研究

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1、共轨系统高压油泵柱塞副的泄漏特性数值仿真研究肖同镇2015年1月中图分类号：TK421UDC分类号：621.8共轨系统高压油泵柱塞副的泄漏特性数值仿真研究作者姓名肖同镇学院名称机械与车辆学院指导教师向建华副教授答辩委员会主席魏春源教授申请学位工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月NumericalSimulationontheLeakageFlowCharacteristicsoftheHigh-pressurePlungerPairClearanceCandidateName：TongzhenXiaoSchoolorDepar

2、tment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:AssociateProf.JianhuaXiangChair,ThesisCommittee:Prof.ChunYuanWeiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:PowerEngineering&EngineeringThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015北京理工大学硕士学位论文摘要柱塞偶件是高压油泵总成中最重要和最精密的零件之一，在

3、喷油压力升高时，其配合间隙易出现泄漏量增加或柱塞卡死等问题，造成发动机运转不良。柱塞偶件的密封特性已成为提高共轨系统燃油喷射压力必须考虑的问题，本文针对柱塞副的燃油泄漏问题主要开展了以下研究：（1）简要介绍了高压油泵的工作原理，建立了重要零部件的精确物理模型，并对油泵柱塞腔的压力建立过程和柱塞副的燃油泄漏进行了理论研究，全面分析了高压油泵的工作特点，以及提高燃油喷射压力、有效控制油泵燃油泄漏量所面临的关键技术问题。（2）考虑燃油的弹性模型和粘性模型，在Fluent中运用动网格和用户自定义功能UDF模拟柱塞的压缩和球阀的开启，对高压油泵柱塞压缩过程的流场特性进行了数值模拟，得到

4、了柱塞腔压力变化规律和油泵出口流量特性。并通过可视化研究，分析柱塞副中油膜压力场分布与燃油流速变化规律，探讨柱塞副中的燃油生热机理，实现了柱塞副的泄漏特性研究。同时开展了燃油物性模型、几何结构和柱塞运动规律对油泵内部流动特性的影响规律研究。（3）针对柱塞偶件的高压变形问题，运用AnsysWorkbench建立柱塞偶件与间隙油膜的双向流固耦合模型，研究了柱塞偶件变形与油膜流场的耦合特性。将六种结构改进方案的流固耦合计算结果进行对比，明确了可显著减少燃油泄漏量的柱塞偶件结构的改进方向，对高压油泵的开发和结构优化具有一定的参考价值。关键词：高压油泵；柱塞副；泄漏；动网格；流固耦合；

5、I北京理工大学硕士学位论文AbstractPlungercoupleisoneofthemostsophisticatedandthemostimportantpartsonthehigh-pressureoilpumpassembly.Whentheinjectionpressureincreases,itwillbringtheproblemoftheseizureandscuffingoftheplungerandthefuelleakagebetweenplungeranditsbarrel,consequentlyadversetheenginerunning.Th

6、esealingofplungercouplingsshouldbetakenintoconsideration,hencethispaperdidthefollowingresearchoftheleakageproblemontheclearancebetweenplungeranditsbarrel:(1)Introducedthehigh-pressurepumpworksbrieflyandestablishingtheprecisephysicalmodeloftheimportantpartsonpump.Apartfromthat,thetheoretical

7、researchofchamberpressureestablishingprocessandleakageontheclearanceweredeveloped.Eventually,thispaperanalyzedtheworkingcharacteristicsofthepumpandthekeytechnologiesofdecreasingtheleakageandimprovingtheinjectionpressurecomprehensively.(2)WeappliedFluentt