其他可用于高压共轨喷油系统的动态仿真软件

除了AMESim软件外，还有一些其他的商用动态仿真软件可以用来进行高压共轨喷油系统的喷射特性的研究和分析。其中比较常用的有如下几种。

1.英国的Flowmaster软件

这是英国Flowmaster International Ltd公司开发的产品，该产品是面向工程的一维热流体系统动态仿真软件，凭借其内置的强大的一维流体动力解算器，工程技术人员可以利用Flowmaster软件建立系统模型，对复杂的工程进行压力、流量、温度、流速的分析，帮助工程技术人员完成流体输送系统、液压动力系统、冷却润滑系统、污水处理系统、环境控制与空调系统等系统的设计与仿真分析。

Flowmaster软件具有以下功能：

①精确预测流体系统的压力、流量、温度等参数，元件模型主要是基于压力—流量关系的模型，因此对压力分布、流量分布及元件的液阻、流速进行精确的计算是该软件的基本功能。

②包括了各种类型的求解和仿真，例如稳态和瞬态，可压缩流体与不可压缩流体，气体与液体，冷却润滑分析。

③除了对流体系统进行常规的静态和动态特性的分析外，还可以对系统中压力波以及气蚀现象进行捕捉，能够完全捕捉到系统内的压力波动，进而观察压力波的压力峰值以及气穴现象。通过控件功能，还可以研究各种阀元件的关闭控制过程的控制策略，实行系统的优化设计。

④元件尺寸分析和复杂管网优化，Flowmaster软件可以针对给定的系统的设计流量自动计算出元件的管经、管长、孔径、压力损失、摩擦系数等。

王尚勇、张才干^[5]等应用Flowmaster软件对两级阀控制的高压共轨喷油系统进行了动态仿真分析，所分析的是由两级阀控制的高压共轨喷油系统，即喷油器的控制阀为两级阀：先导阀为高速电磁阀，主阀为二位三通滑阀，如图9-9所示，是大功率柴油机上应用的。表9-1列出了该系统的主要性能参数。

表9-1 高压共轨系统Flowmaster仿真规格

图9-9 两级阀控制的共轨喷油器

1—喷油器体 2—针阀紧帽 3—针阀体 4—针阀 5—针阀连接块 6—针阀复位弹簧下弹簧座 7—针阀复位弹簧 8—针阀复位弹簧上弹簧垫 9—控制阀体 10—控制阀芯限位块 11—控制阀芯 12—节流孔板 13—垫圈1 14—压紧螺母 15—垫圈2 16—衔铁支撑杆导向套 17—衔铁 18—静铁心 19—静铁心隔磁块 20—静铁心压块 21—螺钉 22—电磁铁复位弹簧垫 23—静铁心支撑套 24、30、31—O形密封圈 25—电磁铁复位弹簧 26—O形密封圈 27—衔铁支撑杆 28—卡圈 29—衔铁辅助弹簧

计算基于以下条件或假设：本模型没有考虑各部位间隙的泄漏，所以高压油泵供油量按下式计算(www.xing528.com)

供油量=喷油量+先导电磁阀的溢流量+排油管路泄油量

为了更明确地比较喷油开始后喷油波形的变化，假定在开始计算时，共轨管中已充满燃油且压力已达到系统压力。对应于加到喷油器电磁阀上的电流，电磁阀从开启到针阀到达全升程需要0.3ms的时间。在本模型中直接给出电磁阀的开度曲线。由于燃烧室比较复杂，本模型没有建立燃烧室模型，只是用固定的压力源元件来仿真压缩上止点时燃烧室的压力。此外，由于各个喷油器喷射时相互影响很小，所以只模拟计算了一个气缸的燃油喷射过程。图9-10是只带单个喷油器的高压共轨系统仿真模型。

图9-10 只带单个喷油器的高压共轨系统仿真模型

应用图9-10所示的仿真模型，研究了共轨管容积对喷油压力的影响；喷油器控制腔进、出油节流孔对喷油速率的影响；针阀喷孔数及直径大小对喷射压力的影响；针阀弹簧对针阀开度和喷射率的影响以及高压油管的内径和长度对系统喷射压力和喷油速率的影响。

2.AVL公司开发的HYDSIM软件

这也是一种很好的燃油喷射系统动态仿真软件。HYDSIM软件是专门针对流体及流体机械动力分析开发的，它基于流体动力学和多刚体系统动力学理论，主要应用于发动机燃油喷射系统的模拟仿真计算。

目前柴油机燃油喷射系统的仿真分析应用，比较多的是AMESim软件和HYDSIM软件。AMESim软件相比Hydsim软件，其优势在于其涵括了机械、液压（或液力）、电磁等多方面的模块，从而可以更好的综合分析电、机、液对燃油喷射特性的影响。AMESim定位在工程技术人员使用，建模的语言是工程技术语言，仿真模型的建立扩充或改变都是通过图形界面（GUI）来进行的，使用者不用编制任何程序代码。这样使得用户可以从烦琐的数学建模中解放出来而专注于物理系统本身的设计。

3.MATLAB软件

MATLAB软件也是一种不错的燃油喷射系统动态仿真软件。MATLAB是美国MATH-WORKS公司在20世纪80年代中期推出的数学软件。其优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力，使其很快地在诸多数学软件中脱颖而出。经过MATHWOEKS公司的不断完善，至今该软件已发展成为适合多学科、多种工作平台功能的大型软件。它是一种集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。由于其编程代码很接近数学推导格式，编程思路符合广大工程人员的思维方式，所以编程比较方便。MATLAB的典型应用包括数学计算、算法开发、建模和动态仿真、数据分析及可视化、科学及工程绘图等。此外，MATLAB最基本的数据是不需要定义的数组。

MATLAB作为强大的计算平台，它几乎能够满足所有的计算需求。作为MATLAB附加组件，Simulink借助MATLAB强大的数值计算能力，采用模块组合的方法快速、准确地创建动态系统的计算机模型，在各个工程领域发挥着巨大的作用，是当今仿真软件的主流。它可以处理包括线性、非线性系统：离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统等。MATLAB作为第四代计算机语言，利用其丰富的函数资源，将编程人员从烦琐的程序代码中解放出来。MATLAB用更直观、符合人们思维习惯的代码，代替了C语言和FORTRAN的冗长代码，给用户带来的是直观、简洁的程序开发环境。利用MATLAB可以大大提高编程效率。

但是，MATLAB也存在不能有效地处理代数环问题等缺点，使得Simulink仿真效率不高。而且Simulink本身没有专门针对流体仿真的工具箱，用户使用时需要自己建立模型，如果遇到较复杂的液压、流体控制和传动系统，使用Simulink还需要对系统的数学模型有较深刻的理解；另外，采用Simulink对液压系统进行仿真建模还需要进行很多简化工作，模型的简化往往使得仿真结果出现较大的误差。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以程序的执行速度效率很低，对于较大的程序，程序的运行时间会很长。当然如果编程时考虑到MATLAB对循环语句的执行慢的缺点，可以尽量采用向量的编程方法，这样可以大大提高运行速度。

如果利用AMEsim对Simulink的接口功能，把两个优秀的专业仿真工具联合起来使用，就既能发挥AMEsim突出的流体机械建模仿真功能，又能借助MATLAB/Simulink强大的数值处理能力，取长补短，取得更加完美的互补效果。这种联合仿真的技术对多学科领域（如流体与控制结合的系统等）的仿真效果无与伦比。