压电式共轨系统：响应速度快，压力可调节

1.对现代柴油机电控燃油喷射系统的要求

为满足日益严格的排放法规要求，对喷油速率和喷油规律的控制，已成为柴油机电控燃油喷射系统的重要功能之一。目前，在柴油机共轨式电控燃油喷射系统中，为降低排放污染和噪声，控制喷油速率和喷油规律的主要措施是：实现预喷射、后喷射甚至多次喷射功能。

预喷射是指主喷射前百万分之一秒内向缸内喷射少量柴油。通过对预喷射量的控制来实现对着火延迟期（燃烧过程分着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期）内混合气形成数量的控制，从而达到防止柴油机工作粗暴、减小噪声的目的。此外，预喷射的柴油喷入气缸后首先着火燃烧，对燃烧室进行预热后再进行主喷射，使主喷射阶段喷入气缸的柴油着火更容易，有利于形成边喷射、边形成混合气、边燃烧的平缓燃烧过程，从而防止柴油机在速燃期缸内压力的急剧变化，有利于降低燃烧噪声。

后喷射是指在膨胀过程中进行的喷射。后喷射的柴油燃烧放出的热量，可提高柴油机在缓燃期和补燃期的温度，从而降低HC和CO的排放量。

多次喷射是指在柴油机的1个工作循环内进行若干次（一般多于3次）喷射，可以根据柴油机工况对喷油速率和喷油规律进行精确控制。

实现预喷射、后喷射甚至多次喷射功能的关键，就是要求电控系统的执行元件必须有很好的灵敏性（即反应速度），能在很短的时间内完成多次切换。此外，电控系统对喷油量的控制应有较高的精度，即要求能控制的最小供油量要足够小。

进一步提高喷射压力，提高喷油雾化质量，也是降低排放污染的重要措施。

2.压电共轨系统的特点(www.xing528.com)

第一代共轨系统中最高压力约140MPa，由于始终保持很高的压力，导致系统密封难度大及燃油温度高，即使是预喷射和后喷射功能（包括主喷射在内3次喷射）也难以实现。第二代共轨系统中的压力较低，且可根据发动机需求而调节共轨中的压力，利用高速电磁阀的快速开闭可实现预喷射和后喷射功能，但受电磁阀工作特性的限制，也难以实现多次喷射功能。第三代共轨系统即压电式共轨系统具有喷射压力高、控制精度高、切换频率高、响应速度快、节能、寿命长等优点，可使喷油速率、喷射规律以及精确度达到最优。

压电式共轨系统是指采用了压电技术的共轨系统，主要是控制喷油器的执行元件用压电元件取代了电磁阀，用压电元件作为控制执行元件的喷油器称为压电式喷油器。由于压电元件在施加电压以后的0.1ms以内就会发生形变，所以压电式共轨系统的响应速度快。也正是由于压电元件具有快速的响应性，才能实现高频率切换（切换频率为电磁阀的5倍）和高精度控制，压电式喷油器每个工作循环的喷射次数可达5次（电磁阀式喷油器为3次），最小喷射间隔时间可达0.1ms，最小喷射量可控制在0.5mm³以下。此外，压电式共轨系统压力从20～200MPa弹性调节，最高喷射压力达到180MPa。

博世公司在柴油喷射技术领域内进一步开发的优先目标是优化机内燃烧过程，其中最重要的是要进一步提高喷油压力，这是现代柴油机降低原始排放最重要的技术措施，而低的原始排放能降低废气后处理的费用。通过改善机内燃烧过程，在降低燃油耗的同时，能获得更高的功率收益、低的噪声和良好的行驶舒适性。为此，博世公司又推出了崭新的第四代液力增压柴油喷油器（HADI）共轨系统，如图6-21a所示。它是在喷油器内借助于一个液力增压活塞，将来自共轨的135MPa的系统压力直接增压到250MPa的喷油压力。这就带来了这样的好处：在高压管路中只需维持较低的135MPa燃油压力，因而能大大提高系统的总效率。

新款奥迪A6轿车装用的3.0L TDI柴油机采用了博世公司生产的压电式共轨系统，如图6-21b所示，该系统可降低柴油机废气排放高达20%，提高功率5%，降低油耗3%，降低噪声3dB（A）。柴油机工作时，柴油由低压电动燃油泵输送给具有泵油量调节功能的高压油泵，分配单元将进入的燃油分成两路：一路供给泵油元件，另一路用于冷却传动机构和润滑轴承。高压油泵将燃油压缩至最高压力达160MPa，并将其输入共轨。拧紧在共轨上的燃油压力传感器，用于燃油压力的闭环控制，而安装在共轨上的调压阀则用于调节共轨中的油压。

图6-21 博世公司压电式共轨系统

此外，采用其他喷油器的共轨系统，通过改变共轨中的油压或喷油器喷油时间来控制喷油量，而采用压电元件控制针阀升程式喷油器的共轨系统，则是利用压电元件直接控制针阀升程来改变喷油孔流通截面，从而实现对喷油量的控制。在喷油压力和喷油时间一定的前提下，喷油器的喷油量与喷油器针阀的升程成正比，而喷油器针阀的升程与施加在压电元件两端的反向电压成正比，所以通过控制给压电元件施加的反向电压，即可控制喷油量。