進油閥參數對大流量高壓共軌供油泵容積效率的影響

魏子朝，喬信起，王先勇，顧 堅，高廣新

（1.上海交通大學 機械與動力工程學院，上海 200240；2.中國一汽無錫油泵油嘴研究所，江蘇，無錫 214063）

高功率密度柴油機需要大供油流量，這要求高壓共軌供油泵在最高轉速不變的前提下，盡量提高容積效率。供油泵容積效率損失主要由柱塞與柱塞偶件間隙泄露和柱塞腔的死容積引起。一般情況下，通過增加柱塞偶件密封長度[1]等方法減小柱塞偶件間隙泄露量，通過優化柱塞腔內結構[2]等方法減小死容積。實際上，除上述兩類容積效率損失外，泵進油閥在工作中也會造成一定的容積效率損失。進油閥結構參數影響閥芯升程（和時面值、節流損失）進而影響泵的容積效率。阿道爾夫基于泵閥的受力分析和魏氏效應導出了應用至今的描述泵閥運動的二階非線性常微分方程。唐輝等[3]利用仿真和試驗研究了影響泵容積效率損失的因素，但未定量研究進油閥參數對泵容積效率損失的影響。吳楚等[4]仿真研究了進油閥開啟壓力對泵容積效率損失的影響，但仿真樣本點較少，涉及的參數少。范麗云等[5]仿真研究了進油閥結構參數對泵容積效率損失的影響，并分析了導致容積效率損失總體變化趨勢的原因，國外IANNETTI等[6]也做了類似研究，且考慮了嚴重空化等極端條件下泵容積效率損失的變化規律。但目前國內外相關研究均未分析泵進油閥引起容積效率損失的構成，也未能進一步分析其中規律。

本研究當中兩組患者接受治療后，有效率，肢體運動水平，生活質量水平均交治療前明顯改善，且治療組優于對照組，提示溫針在腦卒中后偏癱的治療中一定程度優于普通針灸，能夠有效恢復患者的肢體功能，提高患者的生活質量。機理可能在于，溫針綜合艾火之熱效應加針刺的效能，行氣活血、溫通經絡，改善腦組織的供血供氧，促進血液循環，增加局部組織的新陳代謝，改善微循環，從而減輕神經元細胞的損傷 。

本文將進油閥工作引起的容積效率損失由產生原理的不同分為節流容積效率損失和回流容積效率損失，并通過仿真研究WJ大流量高壓共軌供油泵（簡稱WJ泵）的進油閥參數對進油閥開啟壓力和閥芯最大升程的影響，進而分別研究對兩類容積效率損失的影響。WJ泵的進油閥相較于普通供油泵，閥芯升程更大，運動狀態更復雜，對容積效率損失的影響更明顯。

1 供油泵結構與流體動力學建模

在WJ泵內，進油閥與出油閥及凸輪柱塞配合工作，如圖1所示。供油原理為：凸輪旋轉帶動柱塞往復運動。當柱塞下行，柱塞腔內部形成負壓，進油閥開啟，低壓油路燃油進入柱塞腔，此過程出油閥保持關閉；當柱塞上行，柱塞腔內燃油被壓縮為高壓燃油，出油閥開啟，高壓燃油從柱塞腔流出進入高壓共軌，此過程進油閥保持關閉。

圖1 供油泵內部結構

供油泵進油閥由閥芯、進油閥彈簧和閥座組成。WJ泵的進油閥結構如圖2所示，其球形閥芯的力平衡方程[7]可由式（1）描述，閥芯有效受力面積A[8]可由式（2）求得：

(1)濾餅的固體回收率高達99.81%。濾液濃度1.1 g/L，說明濾液是比較清的，所攜帶的固體量僅是入料量的0.18%。表征了尾煤壓濾機起到了固液徹底分離的作用。需要指出的是，壓濾機入料中小于0.03 mm粒級細泥含量接近70%，采用的是80網目(孔徑約為0.18 mm)的單絲濾布，雖然煤漿注入濾室的瞬間，濾液濃度較高，但當細泥在濾布上形成濾餅后，此濾餅就成為了過濾介質，對細泥起到了阻留作用，濾液從而更清靜。

（1）航道工程。本工程采用單向航道，航道規模按80000DWT散貨船乘潮進出港設計。設計航道寬度為166m，邊坡1：8，底寬為262m。航道設計底高程為-17.5m。見方案圖1。

圖2 WJ泵的進油閥結構

進油閥流量系數Cv[9]可由式（3）計算得到：

所以，對于這個問題沒有百分之百的回答。我通常在拍攝時關閉合焦提示音，但如果有人喜歡在拍攝過程中打開提示音，又不會干擾其他人，那么我認為也是完全可以接受的。

WJ泵尺寸較大，因此柱塞腔內部死容積也比普通高壓供油泵大。通過仿真發現，供油泵死容積大小能夠影響進油閥球閥的運動狀態。圖12為WJ泵在不改變死容積大?。ū３衷廊莘e）、采用小死容積與無死容積3種情況下吸油一次進油閥閥芯運動狀態的對比。由圖12可知，WJ泵在吸油過程中進油閥閥芯振動比較劇烈，且柱塞腔死容積越大，進油閥閥芯的振幅越大。原因在于凸輪帶動油泵柱塞往復運動，當柱塞位于上止點時速度為0，當柱塞下行時速度開始增加，而柱塞腔死容積越大，進油閥開啟延遲越高，當進油閥開啟時柱塞下行速度已經較大，大量燃油迅速流經進油閥球閥進入柱塞腔，使球閥在最大升程附近產生較大振動。

由于閥芯的慣性以及進油閥入口壓力波動，在供油泵吸油時進油閥閥芯常常發生振動，并會產生流量脈動[10]。

燃油密度ρ與燃油壓力p之間關系的經驗公式[11]為：

式中：m為閥芯質量；x為閥芯升程；ρ為燃油密度；A為閥芯有效受力面積；vf為閥芯與閥座間平均過流速度；vi為進油閥入口流速；x0為彈簧預壓縮量；R為閥芯半徑；r為球閥關閉時閥芯與閥座密封壁面接觸線半徑。

仿真考慮了燃油可壓縮性以及柱塞在柱塞腔內高壓下的形變，并假設如下：

泵的進油閥彈簧參數會影響進油閥開啟壓力和閥芯最大升程，進而影響泵的容積效率。進油閥開啟壓力與泵轉速無關，開啟壓力過小會導致進油閥密封不可靠，開啟壓力過大會導致進油閥開啟延遲或無法開啟。閥芯最大升程與供油泵容積效率密切相關。在高轉速下，閥芯最大升程過小會導致進油閥節流，使泵吸油不足，容積效率降低，還會導致氣蝕現象的產生，降低進油閥壽命。此外，屈鐸等[12]通過研究還發現進油閥節流會使燃油流經進油閥后的截面速度不均勻度ξ增加；閥芯最大升程過大會導致進油閥響應滯后于柱塞，閥芯回落延遲，造成進油閥回流，使泵容積效率降低。

供油泵柱塞下行吸油過程中，如果進油閥閥芯最大升程過小，閥芯與閥座密封壁面間可能會出現節流，從而導致節流容積效率損失。一般情況下，隨著供油泵轉速升高，進油閥流量增大，節流容積效率損失Δηt也會隨之增大。

式中：Δηt為節流容積效率損失；ΔVt為因節流少吸入的燃油體積；Δηr為回流容積效率損失；ΔVr為進油閥回流的燃油體積；V為柱塞腔容積。

2 建立供油泵仿真模型

采用AMESim軟件搭建WJ泵液力仿真模型，如圖3所示。仿真模型包含輸油泵、低壓油路調壓閥、進油計量閥、WJ泵進出油閥和凸輪柱塞結構等。輸油泵采用擺線內嚙合齒輪泵，輸油泵模型[13]的搭建能夠很好地模擬供油泵前端低壓油路的壓力波動。

圖3 供油泵液力仿真模型

式中：ρ0為一個標準大氣壓下的燃油密度。

（1）燃油溫度恒定為40℃。

《小鎮上的將軍》發表并獲獎之前，我的一次次投稿四處碰壁，頭破血流。而那之后，直到今天，情況并無太大改觀。退稿好像是我這種平庸的不穩定的寫作的一個標配，不離不棄。

（2）共軌端壓力恒定為180 MPa。

翻譯工作坊是介于語言課程與研討會的中間實體，譯者也是一名報告員。翻譯工作坊是一個具有相同志趣和方向的小群體聚集在一起，對某些文本翻譯進行研究、討論，相互交流、相互合作、進行知識經驗的分享，最終解決存在的問題。（呂亮球，2014）翻譯工作坊現已逐漸發展為是一種互動性和實踐性較強的課堂活動組織形式。翻譯工作坊教學的主要理念是讓每個學生成為課堂教學過程中積極參與的親歷者。（張萬防，2013）通過翻譯工作坊的形式，可將學生從傳統的“灌輸式”翻譯課堂中脫離出來，充分體現“以學生中心”的教學理念。

綜而言之，康、乾二帝對江南景觀的選擇與寫仿，滿足了他們放松身心、漫游勝境的需求以及將天下名園勝景歸為己有的愿望，對江南景觀產生了重要影響。從宏觀角度來說，康、乾二帝與江南景觀之間的互動，也促進了滿漢之間、南方與北方、宮廷與江南的文化藝術交流，實現了清王朝從地理格局大一統向政治文化格局大一統的轉變。

為驗證該仿真模型，在一固定系列的結構參數下，進行試驗驗證。圖4為試驗現場，表1為試驗主要設備，圖5為試驗臺架布置示意圖。

圖4 試驗現場

表1 試驗主要設備

圖5 試驗臺架布置示意圖

圖6比較了不同軌壓-轉速工況下供油泵容積效率仿真與試驗結果?？梢?，由于供油泵實際工作過程的軌壓波動，以及不同轉速下燃油溫度的差異對運動粘度的影響，仿真結果與試驗結果存在一定誤差，但供油泵容積效率隨轉速變化趨勢的仿真結果與試驗結果總體上一致，且誤差均在5%以內，驗證了供油泵仿真模型搭建的正確性。

圖6 供油泵容積效率仿真與試驗結果對比

3 仿真結果與分析

通過仿真研究WJ泵進油閥彈簧參數對進油閥開啟壓力和閥芯最大升程的影響，進而研究閥芯最大升程與進油閥節流容積效率損失Δηt及回流容積效率損失Δηr的關系。

3.1 進油閥彈簧參數與開啟壓力及閥芯最大升程的關系

仿真計算了WJ泵在其最大工作轉速nmax下進油閥彈簧參數與進油閥開啟壓力及閥芯最大升程的對應關系，如圖7和圖8所示。仿真中進油閥的進油壓力在1 000 kPa附近波動。由圖7可知，WJ泵轉速一定，進油閥開啟壓力隨彈簧預壓縮力的增大而線性增大，且與彈簧剛度無關。由圖8可知，WJ泵轉速一定，進油閥閥芯最大升程隨彈簧預壓縮力的增大而減小，也隨彈簧剛度的增大而減小。上述關于WJ泵的結論均符合一般規律。

（3）低壓油路中進油計量閥保持全開，并以等效節流孔替代。

圖7 開啟壓力與進油閥彈簧參數的關系

圖8 閥芯最大升程與進油閥彈簧參數的關系

3.2 進油閥閥芯最大升程與節流容積效率損失Δηt的關系

綜上，進油閥彈簧參數的選擇應將閥芯最大升程控制在合理范圍內，以減小容積效率損失。本文將上述因進油閥節流和回流引起的容積效率損失分別稱作“節流容積效率損失”和“回流容積效率損失”，定義式為：

圖9為WJ泵在最大工作轉速nmax下，進油閥閥芯最大升程與Δηt的關系，具體計算了3種不同剛度的進油閥彈簧。由圖9可知，轉速一定，Δηt隨進油閥閥芯最大升程的增大而減小，當閥芯最大升程大于0.9 mm后，進油閥不再產生節流容積效率損失。原因在于泵吸油時進油閥閥芯最大升程過小會導致節流，進油閥內外壓差無法吸入足夠體積燃油，并及時填充柱塞腔因柱塞下行增大的那部分容積，而少吸入的燃油體積會隨進油閥節流作用的減弱（或閥芯最大升程的增加）而減少，進而消失。因此，0.9 mm為供油泵在轉速nmax下進油閥不產生節流容積效率損失的閥芯最大升程最小臨界值，進油閥閥芯最大升程大于最小臨界值即可消除節流容積效率損失。

圖9 轉速nmax下的閥芯最大升程與Δηt的關系

圖10為WJ泵進油閥閥芯最大升程的最小臨界值與轉速的關系，具體計算了3種不同剛度的進油閥彈簧。由圖10可知，閥芯最大升程的最小臨界值隨轉速的增大而增大，且與進油閥彈簧剛度無關。原因在于進油閥開啟持續期隨泵轉速的增加而縮短，在吸油量不變的前提下，吸油速率會隨之增加，若保證始終不產生節流，進油閥閥芯最大升程的最小臨界值會增大。

圖10 閥芯最大升程最小臨界值與轉速的關系

在確定了進油閥閥芯最大升程的最小臨界值后，可根據圖8得到對應的進油閥彈簧剛度和預壓縮力的值。

3.1 化療療程影響患者的心理狀態 本研究采用的mFOLFOX6化療方案，是依據衛生部頒布的結直腸癌診療規范(2010版)的要求而制定，有效率達到了33.3% ～48.6%，其初治有效率更是達到了48.3% ～57.9%［3］。根據方案設定，每2周重復用藥，連續6次為1個療程，且根據患者的病情變化，可能需要多個療程。在長達3個月的1個療程里，患者反復入院接受化療，難免產生心理波動和負性情緒，甚至影響治療的正常開展。護理人員對患者開展整體護理的過程中應該注意到這些身心反應，才有利于使患者心理與軀體共同康復。

3.3 進油閥閥芯最大升程與回流容積效率損失Δηr的關系

供油泵柱塞上行的壓油過程中，如果進油閥閥芯最大升程過大，可能會由于閥芯回落延遲較大從而導致回流容積效率損失。一般情況下，隨著供油泵轉速升高，進油閥閥芯回落時間占整個柱塞上行時間的百分比提高，回流容積效率損失Δηr也會隨之增大。

圖11為WJ泵在最大工作轉速nmax下，進油閥閥芯最大升程與Δηr的關系，具體計算了3種不同剛度的進油閥彈簧。由圖11可知，轉速一定，Δηr并不始終隨閥芯最大升程的增大而增大，也可能會出現局部減小的情況。圖12～14的結論解釋了在轉速一定的條件下Δηr不嚴格隨閥芯最大升程的增大而增大的原因。

圖11 轉速nmax下的閥芯最大升程對Δηr的影響

式中：Q為進油閥過流流量；Fp為進油閥幾何結構因子；G為所用燃油相對于水（4℃）的比重；Pi為進油閥入口燃油壓力；P為柱塞腔內燃油壓力。

Meyer 和 Allen又提出了組織承諾的三維測度模型：情感承諾、持續承諾和規范承諾，并在此基礎上編制了一份新的組織承諾量表由24個題項構成，每個維度用8個題項來測量。Meyer，Allen & Smith及Meyer & Allen在之后的研究中又將此量表改為18個題項，每個題項有6個選擇。因為此份量表可以較為全面的反映組織承諾的多維性，因而已經成為目前使用最為廣泛的組織承諾量表。

圖12 死容積大小對進油閥閥芯升程的影響

通過仿真還發現WJ泵吸油時進油閥閥芯的劇烈振動會對Δηr的大小產生影響。圖13和圖14分別為WJ泵在轉速1 590 r/min和1 430 r/min下的進油閥閥芯升程、單位時間進油量隨時間變化曲線。由圖13可知，轉速為1 590 r/min時，柱塞在閥芯升程3個波動周期后開始上行，此時閥芯升程處于波谷，因此，進油閥關閉迅速，回流流量很小。由圖14可知，轉速為1 430 r/min時，柱塞在閥芯升程3個半波動周期后開始上行，此時閥芯升程處于波峰，因此，進油閥關閉延遲較大，回流流量也較大。由圖13和圖14對比可知，在高轉速下，盡管閥芯最大升程較大，但進油閥的回流量也可能較?。粗『迷陂y芯升程處于波谷時開始上行），從而使Δηr較小，這也解釋了在轉速一定的條件下Δηr不嚴格隨閥芯最大升程的增大而增大的原因。

圖13 轉速1 590 r/min下閥芯升程與吸油速率曲線

圖14 轉速1 430 r/min下閥芯升程與吸油速率曲線

為了排除閥芯振動對Δηr的干擾，研究Δηr在整個高轉速區間內的最大值Δηrmax（即柱塞恰好在閥芯升程波峰位置開始上行對應的Δηr）與閥芯最大升程的關系更為合適。圖15為進油閥閥芯最大升程對WJ泵Δηrmax影響規律的仿真曲線，具體計算了3種不同剛度的進油閥彈簧。為了便于比較，閥芯最大升程均為WJ泵最大工作轉速nmax下的對應值。由圖15可知，Δηrmax隨閥芯最大升程（轉速nmax下）的增大而增大，這與經驗相符，且由于閥芯回落延遲無法避免，因此回流容積效率損失無法完全消除。

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圖15 閥芯最大升程（轉速nmax下）對Δηrmax的影響

為了減小Δηrmax，應在閥芯最大升程（轉速nmax下）大于最小臨界值的前提下盡量使之減小，同時可根據圖8得到對應的進油閥彈簧剛度和預壓縮力的值。

4 結論

（1）建立了考慮燃油可壓縮性和柱塞形變的WJ泵液力系統仿真模型，通過與試驗數據對比，證明所建模型的準確性。

（2）WJ泵轉速一定，進油閥開啟壓力隨彈簧預壓縮力的增大而線性增大，且與彈簧剛度無關；進油閥閥芯最大升程隨彈簧預壓縮力的增大而減小，也隨彈簧剛度的增大而減小。

（3）WJ泵轉速一定，Δηt隨進油閥閥芯最大升程的增大而減小，當閥芯最大升程大于某最小臨界值后，進油閥不再產生節流容積效率損失。該最小臨界值隨泵轉速的增大而增大，與進油閥彈簧剛度無關。

（4）WJ泵轉速一定，Δηr并不始終隨閥芯最大升程的增大而增大，也可能會出現局部減小的情況，這是由吸油過程中閥芯振動所導致，且泵柱塞腔死容積越大，進油閥閥芯的振幅越大。

（5）Δηtmax隨閥芯最大升程（轉速nmax下）的增大而增大，且在不產生節流容積效率損失的前提下，回流容積效率損失無法完全消除。