2----博世第三代压电控制共轨喷油系统

博世第三代压电控制共轨喷油系统

一、概论

从上世纪80年代起．特别是第一代共轨喷油系统引入汽车柴油机喷油系统领域以来。直喷式柴油机燃烧过程开发的理念就发生了划时代的变化：为了较大幅度地降低废气排放和燃油消耗，应尽可能采用越来越高的喷油压力。这就涉及到如何充分利用高喷油压力的潜力，其中包括提高柴油机的功率、有害物排放量和燃油经济性。而不损害其运转的稳定性和柔和性。

随着柴油机平均有效压力的提高，活塞侧压力的急剧升高使得柴油机的运转噪声明显增大，此时采用位于主喷射之前的预喷射不愧为最合适的应对措施，它可以平缓汽缸压力升高率，从而降低躁声排放。特别是随着轿车舒适性的不断提高，为了进步降低柴油机的燃烧噪声，需要不止一次的预喷射，而且预喷射的油量越来越小，当然对喷油系统的计量精度和重复性的要求就更高了。

在喷油压力继续提高和更严格的排放法规（欧洲2005年实施欧Ⅳ排放标准，北京2006年实施国Ⅲ排放标准）形势下，在主喷射前后补充附加喷射是进一步优化直喷式柴油机燃烧过程的有效途径。一方面，喷油压力进一步升高时，必须采用多次喷射使得燃烧过程始终具有柔和的压力升高率，以便进一步降低燃烧噪声另一方面，机内净化炭烟颗粒始终是直喷式柴油机燃烧过程开发的重要目标，为使缸内燃烧过程中形成的碳烟颗粒能更好地燃烧，还应附加台适的后喷射。这特别适合于发动机中低转速范围，在这些运转工况范围内喷油控制的灵活性显得尤为重要。

随着废气排放法规进一

步严格，为满足欧Ⅳ及以上的

排放法规的要求，轿车柴油机

越来越多地装用吸附式N0X和

颗粒捕集器，这又对喷油系统

提出了另一个要求：为在柴油

机运转期间实现这两种装置

的再生，以持续地保持它们的

净化功能，须在主喷射主后再

补充一部分燃油，以便为吸附

式NO X催化器还原净化NO X，

提供所需的还原剂（CO、HC）图1 发动机不同转速和扭矩工况所学的喷射次数示意图为颗粒捕集器再生提供定期烧掉累积起来的碳烟颗粒所需热量，并提高催化器和颗粒捕集器中的温度，这在中低转速区域更显得特别重要，否则就不能确保它们在该区域中每个运转工况下都能达到进行循环再生所必需的温度。

综合上述要求，喷油系统统必须具备每循环尽量多次的喷射能力，最理想的状况是：在转速低于2500/min的运转工况区最多达5次喷射，在中等转速区2次或3次喷射．而在标定转速区只需单次喷射（图1），这就要求喷油器中的控制阀必须具有很高的工作频响和控制柔性，而且对喷油计量精度和重复性提出了更高的要求。但是，电磁阀控制的喷油器因受电磁线圈的电感和磁滞回线的影响而具有较长的滞后时间，限制了其达到更高的工作频响和控制柔性。

为此，西门子及博世等公司，

相继于2000年及2003年推出了第

三代压电控制式喷油器共轨系

统，其显著特点是集成在喷油器

体中压电执行器能使喷油器比高

速电磁阀控制的喷油器更迅速的

开闭。与迄今为止最好的电磁阀

控制的喷油系统相比，同在

160MPa系统压力下，这种第三代

压电控制式喷油器共轨系统能降

低排放有害物高达约20%，而且图2 Bosch第三代压电共轨喷油系统示意图

其新颖的调节功能有助于提高喷油量计量精度，甚至用在重型车，不采用排气后处理装置，也可能达到欧Ⅳ排放标准，同时能提高功率约5%，降低油耗3%左右，降低噪音约3dB（A）。下面主要介绍Bosch公司的压电式喷油器共轨系统。

二、第三代压电控制共轨喷油系统简介

图2及图3分别表示了Bosch公司第三代压电共轨喷油系统及其用于一种V6

柴油机的系统布置图。

低压电动输油泵将燃油输送给具有进油计量功能的高压油泵，其中的分配单元将进入的燃油分成两路：一路供给泵有元件，另一路用于冷却。高压油泵的最大供油压力可达180MPa，并将其输入共轨。共轨上安装了共轨压力传感器，并通过安装在高压泵山的进油计量电磁阀调节共轨压力，共轨上还安装了压力限压阀（机械式），用于限制共轨的最高压力。

图3 V6柴油机用第三代压电共轨喷油系统布置图

高压燃油经过共轨送往压电喷油器，它由控制端元根据运行工况来控制，能精确的调节喷油正时、喷油量及喷油规律。

1.泵油量可调式高压油泵

第三代压电控制喷油器共轨系统采用了CP3.X型泵油量可调式高压油泵，为

单缸径向柱塞式，CR/CP3S3高压泵的外形如图4所示。其工作原理与第二代共轨系统用高压油泵相同。

图4 CR/CP3S3高压油泵

CP3.X高压油泵有各种不同的结构尺寸，能满足不同排量的发动机需要。通过不同的壳体尺寸、柱塞直径和行程的分级来改变泵油量以适应不同机型的需要。同样，将输油泵分为电动输油泵和集成在高压泵内的整体式输油泵，以供选择，并可根据发动机的需要，选用不同形式的联轴节。

2.高压油管、调压阀和共轨总成

高强度模块式激光焊接共轨的结构方案基本上能满足未来的要求，其表面涂层不含Cr6+，已满足2007年开始实施的法规要求。为了检测共轨压力，在共轨的两端轴向分别装有最新一代的压力传感器和共轨压力限制阀（图5）。共轨的容积必须足够大，以便补偿压力的波动，将其对喷油的影响降至最小程度；另一方面，共轨容积应足够小，以便起动时迅速建立轨压。在设计阶段利用AMESIM程序进行模拟计算，使其达到最佳程度。

图5 CRS3.0系统的共轨

三、压电控制式喷油器

1.逆压电效应

实际上．汽车上运用压电技术并非什么新鲜的事情。下车时提醒司机关闭灯光的蜂鸣器就是一个典型的应用实例。其基础原理可以追溯到1880年库里(Curie)兄弟的发现，当时他们观察到某些晶体一旦受到压力或敲击时就会产生一个电压，他们将观察到的这种现象按照希腊宇“Piezein”（压）命名为压电（Piezo）效应。1881年研究人员首次发现这种效应也可以逆向起作用：在一个合适的晶体上施加一个电压．这样就会引起晶体晶格的变形，从而产生一种线性位移。这种逆压电效应就成为了压电共轨喷油系统的技术基础。