● 摘要
小排量发动机主要指两缸及以下的两冲程和四冲程活塞发动机。现在这些小排量发动机基本上仍然采用化油器供油方式，油耗高，经济性差，排放也比较差，随着世界环境问题的关注和排放法规的日益严格，小排量发动机的技术升级和革新是必然的。
本课题借鉴传统大排量发动机燃油喷射系统的工作原理和调节思路，逆向思维提出了一种小尺度高频定量多次喷射系统结构。该喷射系统单次喷射量一定，发动机工作循环喷油量通过喷射次数调节。由于该喷射系统集成传统喷射系统的泵油、加压和喷射全部功能，单次喷射量小且需要在发动机工作循环时间内多次喷射，因此该喷射系统属于小尺度高频高速脉冲执行器，其动态响应特性是核心关键。
本论文针对小尺度定量多次喷射系统的动态响应特性开展研究，主要内容如下：
1、提出小尺度定量多次喷射系统思路，确定工作原理和结构实现。基于传统大排量发动机需求适量、多余返回的原理，逆向思维提出小尺度定量多次喷射思路，确定喷射系统工作原理；根据工作原理和高速响应特性要求，确定采用微型高速电磁脉冲柱塞泵的技术实现型式，明确了其中高速电磁阀、柱塞腔、进油单向阀、出油单向阀等关键部件的组成以及原理。
2、实现小尺度定量多次喷射系统机械结构设计。对小尺度定量多次喷射系统中的电磁阀、柱塞腔、进油单向阀、出油单向阀进行了详细结构方案选择；根据结构设计方案，对上述关键部件按照喷射系统要求进行了详细机械结构设计，实现喷射系统的实际工程设计。
3、实现小尺度定量多次喷射系统电磁阀静态和动态特性仿真计算。根据经典磁阻理论和有限元方法对电磁阀进行了静态电磁力计算，初步评估了静态电磁力特性；采用有限元方法，对电磁阀动态特性进行了仿真计算，提出了优化的三段式脉冲驱动电路；针对电磁阀高频脉冲工作状态下的涡流损耗问题，实现了一种磁路涡流的计算方法，提出了降低涡流损耗的结构设计优化方案。
4、建立小尺度定量多次喷射系统耦合模型，得到喷射系统响应特性，确定响应特性优化方案。按照小尺度定量多次喷射系统的机械结构组成方式，建立喷射系统的电、磁、机、液耦合系统模型，计算从输入脉冲驱动直到喷油量输出的响应特征，得到影响系统动态特性的关键系统参数，提出系统响应特性优化设计方案。
5、设计制造小尺度定量多次喷射系统的验证原型并进行试验，验证喷射系统结构型式和仿真模型的正确性。对喷射系统高速电磁阀进行静态和动态性能测试，得到了电磁阀响应特性规律，与电磁阀仿真模型进行了验证；对装配完整的喷射系统进行了喷射总体性能试验，得到了喷射系统关键性能参数。
最终试验结果表明，小尺度定量多次喷射系统结构型式合理，原理设计正确，仿真计算和实验结果比较吻合。小尺度定量多次喷射系统实现的最优参数为：工作频率稳定达到400Hz，是传统大排量喷射系统喷油器工作频率的8倍；系统单次喷射量2.5μL，总重量42克，功耗在8W左右。小尺度定量多次喷射系统具备进一步应用于小排量发动机的潜力。