直接驱动式共轨系统

来源: | 发布时间:2020-07-24 03:06

梅赛德斯-奔驰公司的新型四冲程柴油发动机首次采用了德尔福公司新研发的压电喷油器共轨系统。2000bar(200MPa)的喷射压力、7次喷射、无泄露以及很高的喷油量稳定性——德尔福公司柴油喷射系统研发负责人Detlev Schöppe博士对该系统的完美表现进行了详细的点评。

AI:这种压电喷油器共轨系统能够实现哪些其他喷射系统所不能完成的任务?

Detlev Schöppe博士:我们研发的直接驱动式共轨系统采用具有专利的直接驱动概念,喷油器针阀由压电晶体驱动器直接控制,没有动力转换的中间机构和其他辅助机构,省略了目前常用的喷油器液压伺服喷油开启控制系统。另外,这种直接喷射控制还是完全无泄露的:所有吸入的燃油都被喷射出去,省略了传统的燃油回流管路。

因此,这种压电式共轨系统优势明显:首先,它节约了迄今为止一直需要使用的、耗能大约为1000W的驱动伺服系统;其次,这套喷射系统可以使OEM汽车生产厂放弃价格高昂的燃油冷却系统;第三,在关闭发动机之后,喷射系统中的燃油压力保持不变,这就大大改善了汽车再次启动时的性能,例如当汽车在城市拥挤道路内开开停停时。

AI:用户能够从压电喷油器共轨系统获得什么益处?

Detlev Schöppe博士:OEM汽车生产厂家能够在该直喷系统的帮助下,更好地满足未来尾气排放规定的要求,而且能够在低油耗的情况下实现很高的比功率。

AI:这种直接驱动式喷油器对燃油喷射状况有影响吗?

Detlev Schöppe博士:不会有任何影响。我们的压电喷油器有着很高的驱动力和开启速度,喷油器针阀的开启和关闭速度比传统的喷油器快三倍,且不受共轨压力的影响。因此,它可以在最短的喷射时间内完成7次燃油喷射,而且每一个喷射过程都不受前一次喷射的影响,保证了在各种共轨压力情况下燃油喷射的稳定性。在传统的喷油器中,当共轨压力为低压和中压时必须进行一定的换算。

AI:快速、稳定的燃油喷射有什么好处吗?

Detlev Schöppe博士:由于喷油控制更加灵活,因此我们的直喷共轨系统对发动机和汽车燃油油量的校准控制有了明显的改善。由于它实际上没有磨损,因此也不会有喷油量的漂移,这就有可能在发动机的整个使用寿命周期内具有恒定的发动机功率,尾气排放较低。

很短的喷油器针阀开启和关闭时间具有两个重要的优点:第一是几乎呈方形的燃油喷射率;第二是改善了燃油的雾化质量和油气混合气的均匀性。即使喷射时间非常短,但也为燃烧室提供了足够的燃料,这就能够提高发动机的功率,减少颗粒排放,解决了减少颗粒排放和降低氮氧化物排放之间的矛盾。与采用伺服喷油器的发动机相比,无论是在浓混合气燃烧还是在稀混合气燃烧过程中,我们的技术都能把氮氧化物排放减少30%,颗粒排放数值恒定不变。

AI:直接驱动式喷油器是惟一的解决方案吗?据了解,德尔福的竞争对手采用的是另外的方法。

Detlev Schöppe博士:在方案设计时,我们对四种不同的方案进行了试验,并对各个方案在安全、安装、加工制造性能和费用等方面的问题进行了综合评估。经过大量的试验分析,我们最后决定采用带针阀行程增强的直接驱动方案。

另外,燃油在压电喷油器中还起到了一个小小的压力蓄能器的作用,把高压泵和喷油器之间的压力波缓和了下来,从而使压力波动对针阀运动的影响降低到了最小程度,保证了每次喷射油量的稳定。

AI:叠层压电晶体的作用是什么?

Detlev Schöppe博士:比较通俗的解释是:压电陶瓷在电压的作用下会有千分之一的长度伸长,例如,我们的叠层压电晶体有80mm长,因此大约可以伸长80μm。

AI:如何避免由液体包围的、带电的零件发生短路?

Detlev Schöppe博士:非常简单,我们把整个叠层压电晶体用塑料薄膜包裹起来。所使用的塑料薄膜是双层的,中间夹有一层铝箔。一方面它能够避免塑料材料的扩散,另一方面它具有绝缘的作用。

AI:这样做不会对压电陶瓷产生不利的影响吗?

Detlev Schöppe博士:完全相反。在液体燃油的包围下,压电晶体不会很快发热,这对于延长压电陶瓷的使用寿命非常有利。由于在喷油器中没有释放很多能量的压力降,也就不会像普通的伺服喷油器那样很快发热。

AI:快速喷油器也要求发动机有快速的喷油控制吗?

Detlev Schöppe博士:说得更清楚一点:喷油器针阀的开启和关闭是由电子控制的。我们的功率控制方式和控制器从技术上保证了能够实现快速的燃油喷射过程。

AI:这也需要新的燃油喷射控制软件吗?

Detlev Schöppe博士:随着直接驱动式共轨技术的推出,德尔福目前能提供两个系列的柴油共轨系统,即使用平衡阀高速伺服电磁喷油器的Multec共轨系统和使用直接驱动压电喷油器的直接驱动共轨系统。电磁阀喷油器Multec共轨系统控制软件的研发设计战略就是压电陶瓷直喷系统的基础。它已经包括了对可能出现的喷油量漂移的补偿,喷油器单独的控制语句以及参数赋值,例如喷油量、高压泵的油量调节和共轨的压力调节等。创新之处就是针对压电晶体电流的调节语句和与发动机燃烧方式有关的喷油方式的调节语句。顺便说一下,MultecTM共轨控制软件与直接驱动共轨系统控制软件中所有重要的元器件都是兼容的,是可以互换的。

AI:那为什么要搞两种不同的喷射系统呢?

Detlev Schöppe博士:随着驱动式柴油共轨技术的推出,我们可以依照客户的需求提供量身定制的最佳解决方案:高速平衡阀电磁技术能够为大部分车辆提供性能佳、成本经济的解决方案,而直接驱动式压电技术能够针对各种对高油量有极高控制要求的应用提供解决方案。

AI:压电直喷系统的价格能够与电磁阀系统相比较吗?

Detlev Schöppe博士:与我们的电磁阀燃油喷射系统相比,压电直喷系统的价格要高出25。

AI:除了梅赛德斯-奔驰公司,还有哪些客户对这套系统感兴趣?

Detlev Schöppe博士:我们目前正与三家汽车生产厂进行洽谈,还有许多汽车厂的技术咨询。在5年内,我们销售的喷油器中将会有20%是压电直喷式的喷油器。

Detlev Schöppe博士毕业于德国亚琛工业大学机械制造系,毕业后就职于FEV公司。1991年开始,他在西门子自动化技术公司工作,在第一代压电晶体共轨喷射系统的研发中做出了很大的贡献。2001年起,他开始担任德尔福公司柴油系统的研发负责人。历时5年研发的新款直接驱动式共轨系统代表了柴油喷射技术的又一个根本性的突破。

 

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