高压共轨(压电式

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1、前言概论从上世纪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，从而降低噪声排放。特别是随着轿车舒适性要求的不断提高，为了进步降低柴油机的

2、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。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。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，还应附加合适的后喷射。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。为满足欧Ⅳ及以上的排放法规的要求，

3、轿车柴油机越来越多地装用吸附式NOx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NOx催化器还原净化NOx，提供所需的还原剂（CO、HC），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。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

4、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。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。一.当前柴油机发展的状态（1）提高在发动机最低速的扭矩（2）轻量化设计下的功率输出（3）通过测量进气系统和燃油喷射以及燃烧室的改进提高功率输出（4）减少燃油消耗（5）高压喷射（6）极低噪声和排放，特别是NOx由于以上原因，必须在混合气形成和燃烧室改进，可通过更高压力的喷射和更精确以及更

5、灵活的喷射方式，例如压电方式的喷油器。这主要时它的更短的切换时间和喷油量的更精确的控制。二.压电效应1.压电效应：piezoelectriceffect,是该原理在1880年由发明人的名字（Pierre和Curie）来的。压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。如上图，正压电效应：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应：是指对晶

6、体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。二.在压电式共轨燃油喷射系统中的压电效应的应用1.压电喷油共轨系统在此类共轨系统中，间接压电效应应用于控制喷油器的开启。电能量（ECM的驱动信号）通过元件的形变转换为机械能量。由形变产生的力确定了喷油器针阀的提升。单个元件产生的形变（位移

7、）非常小，因此将多个元件连接在一起产生较大的位移，所以叫做‘元件堆(stack)’。ECM：EngineControlModule引擎控制模块为产生需要的位移以控制喷油器的针阀提升，喷油器中的压电执行器由大量的陶瓷膜叠加成以产生针阀提升所需的位移。压电控制喷油器的切换时间比传统的电磁驱动的喷油器快4倍。因此其对喷油量的计量更精确，例如在预喷（pilotinjection）可提供非常小的喷油量（约1mm3）2.压电执行器及其特点一个压电元件的晶体晶格的变形是非常微小的，以至于对作为执行器使用提出了巨大的挑战。压电薄层技术对压电共轨喷油器的压电执行器的开发十

8、分重要，该项技术直到20世纪70年代才趋于成熟。经过多年的开发工作，研究人员制作