某型燃油泵调节器性能仿真分析

鞠德宝，刘金鹏

（中国航发长春控制科技有限公司，长春130102）

1 引言

某型燃油泵调节器为涡轮起动机配套，其功用是向起动机燃油总管提供定量燃油和给液压离合器提供滑油，从而满足起动机在加速状态和工作转速下的燃油需求。该燃油泵调节器在使用过程中因其工作原理及结构复杂，自身性能调整点多达7 处，各调整点之间参数相互影响，导致产品性能调整困难。同时，因产品出口的燃油供油量与起动机需油量不匹配，外厂使用时引起产品故障；因不能掌握燃油泵调节器和起动机供需油特性曲线，排故过程中对调试点的调试随机性较大，给故障排查带来困难。为进一步分析该产品的供油流量调整方法及供油特性，对该产品运用AMESim 仿真软件进行仿真分析，建立产品流量调整影响分析曲线及供油曲线。

2 燃油泵调节器的结构及工作原理

燃油泵调节器结构复杂，包括燃油齿轮泵、柱塞、衬套、配重、起动活门、回油活门、减压活门等组成。燃油泵为一级外啮合齿轮式油泵，燃油经齿轮泵加压后进入低压腔，增压燃油分三路流出，一路燃油通过回油活门回到燃油泵进口；另一路燃油进入柱塞和滑阀组件，在离心配重和离心活门弹簧控制下，经阀口流回燃油泵进口；最后一路燃油从产品燃油出口流出向起动机供油。在供油过程中随着泵转速及供油压力的变化，通往产品出口的油量也随之变化。在燃油泵调节器控制柱塞处设有滑油进、出口，随着滑阀柱塞上下移动，控制滑油出口开度，进而控制滑油流量。

3 仿真模型建立及参数设定

运用AMESim 仿真软件提供的控制元件库、机械库、液压元件库相应元件模型，根据产品工作原理及其结构搭建产品系统仿真模型，对产品性能进行仿真分析，具体仿真建模如下。

3.1 燃油齿轮泵供油流量仿真

燃油泵调节器的齿轮泵是13 个齿的外啮合齿轮泵。因齿轮泵在工作过程中实际供油流量受到产品容积效率，出口供油压力、泄露量等多因素的影响，在仿真过程中按纯理论计算与产品实际相差较大。但产品实际输出流量受其供油流量的直接影响。为保证仿真结果的真实性，在不影响仿真结果的前提下对仿真过程进行简化处理。对产品齿轮泵部分进行供油量摸底试验，掌握其在不同压力下的供油特性曲线，并运用AMESim 仿真软件FXYA02 控制模块，对流量摸底数据进行整合处理，建立齿轮泵供油特性曲线。该处理形式避免了复杂烦琐的齿轮泵仿真建模程序，其结果与齿轮泵实际供油量相吻合，对其燃油泵调节器整体性能仿真更具有现实指导意义。

3.2 离心配重仿真计算

在产品柱塞滑阀控制部分，滑阀上下移动的位移和速度，是由离心配重的推力和离心活门弹簧力双重控制作用的结果。在工作转速下离心飞重对柱塞产生的作用力建立函数公式[1，2]计算得：

式中，F受为离飞重受力端产生的离心力；F作为离飞重作用在滑阀柱塞上的力；v为飞重线速度；m为飞重质量，7g；n为飞重转速，r/min；R为飞重重心距旋转轴的距离，12mm；r1为F受力距飞重焦点的距离，13mm；r2为F作力距飞重焦点的距离，8.5mm。

3.3 燃油泵调节器其他结构部件仿真

根据产品工作及结构原理运用AMESim 仿真软件中的元件库搭建产品仿真模型。依据产品设计尺寸、产品装配、调试技术要求规定的设计参数对已建模型赋予参数数值，建立产品仿真模型如图1 所示。

图1 燃油泵调节器仿真模型

4 仿真分析

4.1 燃油泵调节器供油流量曲线仿真分析

建模后，根据产品装配试验技术要求，对其控制部分弹簧、活门、节流孔进行参数设置并调整。因影响燃油泵调节器供油流量特性因素较多，且各影响因素间无完全独立关系相互影响，在进行模型调参时需反复迭代运算。整个产品仿真调参的过程也是产品实际装配试验的调整过程，最终建立产品供油流量特性曲线。

4.2 部件调整对产品流量特性的影响分析

根据已建立的仿真模型及其产品流量特性，对于影响产品流量的7 处逐项进行流量分析。得出分析结果如下：

1）离心活门弹簧对产品转速2 500r/min 之后的供油流量特性有很大影响，预紧力越大供油流量波动越大；刚度越大2 500～4 000r/min 供油流量特性曲线斜率越大。

2）减压活门弹簧预紧力对产品转速3 500～4 500r/min 的供油流量有很大影响，预紧力越大供油流量越大；减压活门弹簧刚度对产品供油流量特性影响较小。

3）调整螺钉壳体孔径对产品转速3 500～4 500r/min 的供油流量有很大影响，孔径越大供油流量越小。

4）起动活门弹簧预紧力对产品0～4 000r/min 的供油流量特性有很大影响，弹簧预紧力越大供油流量越大，在0～1 500r/min供油流量特性曲线斜率越小；弹簧刚度对其流量几乎无影响。

5）回油活门调整螺钉开度对产品0～4 550r/min 供油流量特性有较大影响，调整螺钉开度越大供油流量越小。

6）供油喷嘴孔径对产品0～4 150r/min 和4 500～5 000r/min供油流量特性有较大影响，调整螺钉开度越大供油流量越小。

7）回油喷嘴孔径对产品4 500～5 000r/min 的供油流量特性有明显影响，回油喷嘴孔径越大供油流量越小。

5 试验验证

针对燃油泵调节器AMESim 仿真供油流量曲线，以及各调整点参数对产品性能的影响结果，对产品进行试验调试，其试验结果与仿真分析结果相吻合。同时，依据燃油泵调节器AMESim 仿真分析，制订了产品供油流量曲线与起动机需油曲线不配问题的解决方案，对产品供油曲线进行调整，产品性能合格，故障不复现。

6 结语

依据燃油泵试验数据建立燃油泵调节器系统仿真模型，简化了仿真建模流程，提高了仿真分析结果的准确率。通过建模仿真系统科学地分析了产品供油特性曲线以及各调整点对产品供油的影响。通过产品实际试验进一步验证了仿真结构的准确性，将以往的点性数据转化为线型数据，对产品故障排查具有指导意义，调整了产品的供油曲线，解决了产品外厂的使用故障。