随着人类社会和经济的飞速发展,在创造了大量的财富的同时,大量消耗着可贵的资源和污染着环境。能源紧缺和环境极度恶化的问题凸显出来,严重制约了社会经济和人类生活质量的进一步提高。而汽车行业是能源消耗的大户和污染排放的一个主要重要来源。为应对全球能源紧缺与环境问题突出的挑战,工程师们在动力源领域不断进行技术的更新换代,得到了大量的研究成果。柴油机在经历过三代电子控制技术的进步候到达了高压共轨时代,内燃机从此实现了各个工况下的精确控制;DME(二甲醚)等替代燃料的研究成为当今研究的热点。这些技术和措施的采用提高了发动机的燃烧的经济性和排放性能,大大缓解了能源紧缺和环境持续恶化。DME具有十六烷值高、碳烟和NOx排放小、燃料燃烧充分以及燃烧噪声小的特点,为解决传统压燃式发动机碳烟和NOx排放之间的Trade-Off的问题提供了解决的条件。正因为如此,DME被认为是压燃式发动机最理想的替代燃料。电控高压共轨燃油喷射系统具有可独立控制喷油正时、高的喷射压力、以及柔性控制喷油速率的特点,因此能够实现柴油机排放特性、动力性和经济性的最佳匹配。DME在经历了最初作为汽油机的引燃剂到与柴油进行一定比例的掺烧再到纯DME缸内直喷压燃的3个发展阶段后,进入了与高压共轨结合的时代。两者的结合,使高压共轨DME发动机兼有DME燃烧性能好以及高压共轨精确灵活控制的特点,成为一个新的研究热点。为此,上海交通大学内燃机研究所提出了‘达到国Ⅳ排放的DME高压共轨发动机’这一课题,为DME在高压共轨上的应用做了大量的研究。在研究过程中发现,由于DME燃料的理化性质与柴油的差异,使其燃料系统的燃料喷射特性和共轨响应特性发生了较大变化,包括:燃料的喷射时间、喷射持续期以及喷射量的变化;共轨响应时间,轨压波动的变化以及燃料系统大量的DME泄漏等等。为了研究这些问题出现的原因和解决方法,本文采用数值仿真软件AMEsim对无锡油泵油嘴研究所的一套实际的高压共轨燃料供给系统进行了建模和仿真计算。本课题的主要工作可以归纳如下:(1)高压共轨燃料系统的结构原理分析以及模型的建立在对该高压共轨燃料系统的结构和工作原理进行分析后,对燃料系统进行了假设和简化。针对高压共轨燃料系统的主要组成部分,包括:共轨喷油器、高压油泵、共轨管以及控制信号(体现ECU控制功能)进行了模型的搭建。在与实验对比后,证明了该模型搭建正确性和合理性,为研究DME喷射特性和轨压响应特性的研究工具。(2) DME喷射特性、共轨响应特性以及泄漏的研究利用搭建好的模型研究了DME的燃料喷射特性、共轨响应特性以及其泄漏的特点,并且与柴油对比得到了以下的结论:①DME的喷射较柴油滞后,其最大喷射速率以及循环体积喷射量均大于柴油;②DME的轨压响应调整时间较柴油长,轨压调整过程平缓,稳态下轨压波动较柴油小;③增大喷油器孔径后,DME的轨压波动增大,在相同的发动机动力性能下,DME的轨压波动大于柴油;④DME的泄露量很大,不可忽略,需采用减小配合间隙、增大DME粘度和偶件接触长度以及降低喷射压力的方法减少DME的泄漏。(3)气穴现象对DME喷射特性的影响的研究DME理论喷射量与实际喷射量有着一定的差距。为此,本文研究了一种液压现象——气穴现象对DME喷射特性的影响,得到了以下的结论:①气穴现象对DME的喷射特性有着较大的影响,使其喷射时控制腔内的压力下降量减少、针阀开启持续期变短,导致DME的喷射量减少。②可以采用增大回油节流孔直径、减小进油节流孔直径以及减小针阀弹簧预紧力等方法来减小气穴现象对DME燃料喷射特性的影响。