Modelado unidimensional de la interacción entre inyecciones múltiples cercanas para un inyector solenoide balístico

Abstract

For the current Final Master Thesis, an investigation of a solenoid common-rail injector has been carried out to understand the hydraulic interactions between close-coupled injections events. For this purpose, a one-dimensional model of the injector was developed on GT-Suite software. The geometrical and hydraulic characteristics of the internal elements of the injector, needed to construct the model, were obtained by means of different custom-made experimental tools. The dynamic behavior of the injector was characterized using an EVI Rate of Injection meter. The model is composed of three main parts: the electromagnetic valve, the injector holder (which includes the fuel inlet lines, the control volume and the piston rod) and the nozzle. It is important to point out that not all the model coefficients (as damping coefficients, electric resistance value, magnetic reluctance value, gap between assembled parts) are easy to calculate, so they were estimated by means of a wide range optimization study. The hydraulic results from the model show a good alignment with the experiments for both single and double injections, except for the conditions where the two injection events are partially overlapped. Once the model was validated, it has been used to understand the injector performance under multiple injection strategies. The mass of a second injection has shown to highly depend on the electrical dwell time, especially at low values, mostly due to the dynamic pressure behavior in the needle seat. The critical dwell time, defined as the minimum electrical dwell time needed to obtain two separate injection events, has been experimentally obtained on a wide range of operating conditions and correlated to injection pressure and energizing time of the first injection. Finally, the increase in the needle opening velocity of the second injection compared to the single-injection case has been analyzed for close-coupled injection events.

Para el presente Trabajo Fin de Máster se ha llevado a cabo una investigación para comprender las interacciones hidráulicas entre eventos de inyecciones cercanas de un inyector solenoide common-rail. Para esto se ha desarrollado un modelo unidimensional del inyector mediante el uso del software GT-Suite. Las características geométricas e hidráulicas de los distintos elementos internos del inyector, necesarias para construir el modelo, se han obtenido mediante el uso de diferentes herramientas experimentales. El comportamiento dinámico del inyector ha sido caracterizado mediante el uso de un medidor EVI de tasa de inyección. El modelo se compone de tres partes principales: la válvula electromagnética, el cuerpo del inyector (que incluye las líneas de entrada de combustible, el volumen de control y la varilla del pistón), y la tobera. Es importante señalar que no todos los coeficientes del modelo (como los coeficientes de amortiguación, el valor de la resistencia eléctrica, el valor de la reluctancia magnética, el espacio entre las piezas ensambladas) son fáciles de calcular, por lo que algunos de ellos se estimaron mediante un amplio estudio de optimización. Los resultados hidráulicos del modelo muestran una buena correlación con los datos experimentales para inyecciones tanto sencillas como dobles, excepto en aquellas condiciones en que se produce una superposición parcial de ambos eventos. Una vez validado el modelo, se ha utilizado para entender el comportamiento del inyector bajo estrategias de inyección múltiples. La masa de la segunda inyección depende fuertemente del Dwell time o separación entre impulsos eléctricos, especialmente a valores bajos, a causa de las oscilaciones de presión en el asiento de la aguja. El Dwell time crítico, definido como el tiempo mínimo de separación entre una inyección y la otra tal que las dos no se superpongan (es decir, que se produzcan dos eventos separados), se ha obtenido experimentalmente en una amplia gama de condiciones de funcionamiento y está correlacionado con la presión de inyección y con el tiempo de excitación de la primera inyección. Finalmente, se ha analizado el incremento de la velocidad de apertura de la aguja (para varios niveles de presión de inyección) de la segunda inyección en comparación con el caso de inyección simple para inyección múltiples cercanas.