博世公司第3代轿车用压电直接控制式喷油器共轨喷油系统(一)

2018-09-10浙江范明强

汽车维修与保养 2018年6期

◆文/浙江范明强

范明强 (本刊编委会委员)

教授级高级工程师，参加过陕西汽车制造总厂的筹建工作，主管柴油机的产品开发；1984年调往机械工业部无锡油泵油嘴研究所，曾任一汽无锡柴油机厂、第一汽车集团公司无锡研究所高级技术顾问、湖南奔腾动力科技有限公司总工程师。

未来的柴油机会要求发动机性能更高、原始排放更低、燃油消耗更低和可与汽油机相媲美的噪声水平。此外，未来排放标准的提升也将成为汽车发动机需要面临的最大挑战，而想要达到此标准最关键的一点是现代燃油喷射系统的完善，它与发动机采取的改进措施和废气后处理相结合必定能达到上述要求。

一、未来废气排放标准对柴油机的挑战

现在，柴油机越来越受到全球的瞩目，在一些柴油轿车比较普及的国家，例如奥地利、法国和意大利等，柴油轿车的市场份额已达到60%，并且还有继续增长的趋势。由于燃油价格不断升高，而柴油机燃油耗又较低，因此大多数的人们越来越倾向于选用柴油轿车。此外，柴油机正在向更清洁、更安静和更省油的直喷式柴油机方向发展，并已取得了重大进步，这使得柴油机更具魅力。至今，柴油机的比功率已达到了汽油机的水平，扭矩也达到了前所未有的数量级。

未来，柴油机将继续面临挑战，因此必须有新的解决方案。除了发动机方面的改进措施和废气后处理的技术创新之外，燃油喷射系统始终是柴油机得以向前发展的关键。按欧4排放标准设计的轿车柴油机运行时喷油量的误差对其废气排放性能的影响如图1所示。从图中可以清楚地看到，喷油量极微小的变化也会导致汽车排放出现明显变化，甚至使废气排放超标。若废气排放限值进一步缩小，那喷油量的允差也必须进一步缩小，对高压喷油系统的要求也需更加苛刻。因此，轿车柴油机为获得较低的原始排放，必须首先从喷油量的计量精度着手，因为喷油量误差对排放结果的影响近似于同一数量级。

二、博世公司轿车用高压共轨喷油系统的发展

实施欧5排放法规后，越来越多的人希望在比功率合适的情况下，中级以下轿车采用CRS3.0共轨喷射系统就能达到欧5排放限值，并在许多场合内避免使用NOx催化器。而对于比功率较高的车辆，尤其是对车重约1 800kg以下的大型轿车而言，柴油机需要要进一步开发系统压力为180MPa(CRS3.2)或者是200MPa(CRS3.3)的第3代共轨喷射系统。

油轨容积必须足够大，以便补偿压力波动，将其对喷射的影响减至最小程度；另一方面油轨容积又必须足够小，以便确保启动时迅速建立起油压。在设计阶段利用AMESIM程序进行模拟计算，使其达到最佳化。

我们应增强文化自信，积极推进文明交流互鉴，书写民心相通、文明互鉴、发展成果共享的多彩篇章。各种文明在其悠久的发展过程中异彩纷呈、各有千秋，但其思想、价值、行为的“同”远大于“异”，正所谓“东海西海，心理攸同”。比如，各种文明皆有真善美的追求，都有诗歌、绘画、音乐、雕塑等艺术。中国是盛产诗人的国度，波斯也有享誉世界的文坛四柱，印度有迦梨陀娑、泰戈尔，阿拉伯有努瓦斯、穆太奈比，欧洲有荷马、莎士比亚，美洲有聂鲁达、惠特曼等著名诗人。寻求不同文明之间的“同”与“通”，是推进传统与现代艺术建设的精神基石。

图1 喷油量误差对柴油机废气排放的影响

图2 第3代压电直接控制式喷油器

欧4和欧5轿车柴油机都要配备颗粒捕集器，压电共轨喷射系统的高度柔性为其提供了理想的前提条件，并且现在已经开始进行批量生产。较迟的后喷射能够提高废气温度，用于颗粒捕集器的再生，而最多有两次的预喷射则有助于降低燃烧噪声。预计用于喷油的曲轴转角范围在100°左右，而且使用压电共轨喷射系统就无需发动机或液压方面采用其他的附加结构措施。

为了进一步满足柴油机对理想喷油规律的要求，2008年博世公司又开发出了第4代压电共轨喷油系统液力增压喷油器(HADI)，如图3所示。HADI借助于1个液力转换活塞将135MPa的系统压力增压到250MPa的喷射压力。这种喷油器的喷油规律被设计成先慢后快的形状，使得喷油开始时的喷油速率很小，在喷射期间喷油压力递增，喷油速率达到的最大值与系统压力有关，但喷油终了一侧的压力曲线形状非常陡峭(压力降落极快)，避免了喷油终了时因不完全燃烧而引起的炭烟和积炭。

(3)依次单击[分析]、[回归]、[线性]，弹出对话框.将左边源变量Y送入 <因变量> 小框中，将X1、X2、X3、X4送入 <自变量> 小框中.自变量因变量

脉压雷达所采用的宽脉冲不仅可以提高雷达的平均发射功率，还能够确保足够大的作用距离。在接收端通过脉冲压缩处理将宽脉冲转化为窄脉冲，则可实现较好的距离分辨率，因此较好地解决了雷达大作用距离和高距离分辨率之间的矛盾。此外，脉冲压缩处理大大提高了雷达对非相干干扰的抑制能力[1]。如何对脉压雷达进行有效干扰已成为电子战领域的研究热点。

图3 第4代共轨喷油系统液力增压式喷油器(HADI)

博世公司共轨喷射系统更新后的模块化结构，使得它能够根据柴油机所要达到的使用范围来决定系统的选择。各种不同车重和升功率的轿车达到欧5废气排放限值的共轨喷油系统的选配情况如图4所示，当然整车废气排放的达标还必须配备相应的废气后处理装置，特别是颗粒捕集器和降NOx催化转化器，但其中与废气排放标准相适应的共轨喷油系统则是最重要的一个条件。根据汽车质量、柴油机升功率的不同，若配备的共轨喷油系统得当，则无需使用价格昂贵的降NOx催化转化器就能达到欧5废气严格的排放标准限值要求，但对于质量较重的轿车、高档轿车而言，第4代共轨喷射系统则是一种非常好的技术方案。

图4 博世公司共轨喷油系统的选配情况

三、第3代压电共轨喷油系统

用于V6柴油机的第3代压电共轨喷油系统布置图如图5所示。低压电动燃油泵将燃油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一路供给泵油元件，另一路供给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可达160MPa，并将其输入油轨。拧紧在油轨上的油轨压力传感器采集实时压力，并通过集成在高压油泵上的分配单元进行燃油压力调节，而拧紧在油轨上的压力调节阀则用于汽车加速行驶时进行的快速泄压。

图5 用于V6柴油机的第3代压电共轨喷油系统布置图

高压燃油经油轨通往压电喷油器，它由电控单元根据运行工况来控制，能精确地调节喷油始点和喷油持续期，并且可柔性控制喷油规律形状(喷油相位、喷油次数和喷油量)。

1.泵油量可调式高压泵

第3代压电共轨喷油系统采用的CP3.x型泵油量可调式高压泵是一种径向式柱塞泵，它由3个柱塞和安装在钢壳体中的多边凸轮轴组成。CP3.x型泵油量可调式高压油泵转速达到4 000r/min时能提供高达160MPa喷油压力。它通过向油轨精确地供应燃油的方法来调节油轨压力，因此在泵油元件的进油管路中有一个燃油压力调节电磁阀，此调节电磁阀根据需要限制进入泵油室被压缩的燃油量进而维持系统的喷油压力，这样可以减少被压缩至高压的燃油量，减少油泵消耗的功率，从而明显提高整个系统的效率。

在众人见证下，新洋丰技术人员分别测量了示范田和对照田茄子株高和叶厚，数了分枝数和花朵数。结果显示新洋丰百倍邦套餐肥示范田平均株高65cm、叶片厚0.52mm、分枝量4-5个、花7-10朵，且主根壮，毛细根多；反观对照田平均株高55cm、叶厚0.42mm、分枝量1-2个、花4-5朵，且主根弱，毛细根少，基本为光条根。在现场帮忙刨根的农户忍不住说：“对照田刨了半天都没看到毛根，这百倍邦示范田，刚刨了几下就看到了毛根，而且还特别多。”

既然现行的教学模式已经不能满足社会对人才培养的需要，要解决人才供需不平衡结构性矛盾的现状，探索先进的教学模式就显得尤为必要。[4]现阶段我国作为世界第二大经济体，制造业规模大、产值高，是一个名副其实的制造业大国，制造业能够为双元制教学模式改革提供必要的人力和财力支持，也符合企业发展的需要。因此，双元制教学模式改革的企业主体愿意参与为双元制职业教育模式改革打下了坚实的基础，同时也符合现阶段我国的需要。

按最佳方案进行模拟填充，铸造浇注过程如图8所示．从图8可以看出，在铸造温度720 ℃、注射速度3 m/s和模具温度220 ℃条件下，铸件的充型过程平稳、冷却过程温度场的分布合理．

喷射压力提高到200MPa的共轨系统采用新型的CP4系列共轨高压泵，其结构特点与市场上可购买到的博世CP1H型3缸偏心轮泵不同，它是一种具有双凸轮和滚轮的径向柱塞泵，非常新颖，如图6所示。与传统的偏心轮泵相比，这种泵基于双凸轮的工作原理是它只包含1个柱塞泵油单元，因此CP4型共轨高压泵所占空间很小并且其质量很轻。

图6 CP4型共轨高压油泵

CP4型共轨高压泵在被研发时目的就是为了达到高转速(泵最高试验转速高达5 500r/min)，因此该泵能适应发动机以高转速和1∶1的传动比运转。双凸轮与较高油泵转速相结合使得供油时间比传统的偏心轮泵明显减小，因而柱塞的泄漏相应减小，所以它的效率也得以最大化的提高 (图7)。此外，由于系统压力建立迅速，所以停车系统能够最佳地适应启动。

图7 CP4型共轨高压泵与传统偏心轮泵的效率比较

为了使变型数目尽可能少，CP4型共轨高压泵油泵的高压部分被限制在一个紧凑的泵头上(图8)，这样不仅在变型管理方面，而且在实际的高压强度和质量方面都能带来不少好处，因此它能够采用铝合金泵体。除了上述提及的结构特点之外，与CP1H共轨高压泵相比，它的质量也进一步减轻，带高压元件的CP4型共轨高压泵的质量只有CP1H高压泵的60%。每1 000bar喷油压力的油泵质量比较如图9所示。此外，CP4型共轨高压泵的这种模块化单柱塞或双柱塞结构能够达到较大的3柱塞泵所能达到的泵油量。

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喷油系统的工作能力还取决于它所能达到的计量精度。CP4型共轨高压泵在此方面就具有明显的优点，它通过选择适当的传动比即可满足3～8缸发动机的同步供油需要。由于CP4型共轨高压泵具有高的泵油效率，因此在低转速时就能够达到高的泵油压力，特别适合于减少缸内炭烟颗粒和NOx形成的新型燃烧过程。

图8 CP4型共轨高压泵的泵油元件

图9 各种共轨高压泵的单位压力质量

2.高压油管、调压阀和油轨总成

高强度模块式激光焊接油轨(LWR)的结构方案基本上能满足未来的要求，其表面涂层不含Cr6+，已满足从2007年开始实施的法规要求。为了调节油轨压力，在油轨两端轴向装有最新一代的压力传感器和调压阀(图10)。电磁调压阀由供电电流占空比来控制，通过优化电磁回路和减小磁滞回线能迅速和精确地调节油轨压力，这样就有可能在各种不同的体积流量下保持油轨压力恒定。

第3代压电直接控制式喷油器共轨喷射系统如图2所示。在160MPa最高系统压力(CRS3.0)下，大型轿车都能够达到相当低的欧4排放标准，且无需采用比氧化催化器要求更高的废气后处理装置，同时由于预喷射的效果使得柴油机的运行噪声更低。

图10 带压力传感器和调压阀的激光焊接油轨总成

3.压电直接控制式喷油器

为了能够最佳地利用共轨喷油器中压电执行器的高动态特性，柴油机的设计必须遵循严格的规范。下面通过与普通共轨喷油器的对比来简要介绍压电直接控制式喷油器的性能。

(1)CRI-3压电直接控制式喷油器的基本工作原理

①功能说明

CP3.x型高压泵有各种不同的结构尺寸，能满足从小排量轿车至大型载货车等柴油机的需要。供货目录通过各种不同壳体尺寸、柱塞直径和行程的分级来改变泵油量。此外，供货目录中还将电动燃油泵或集成式齿轮泵规定为初级输油泵，并可选用爪式、锥型或十字型联轴节。

在博世公司的压电直接控制式喷油器中，喷嘴针阀是由一个伺服阀来控制的，喷油量则由控制持续期来决定，其工作原理如图11所示。实现喷油器功能的主要组件是压电执行器、液压接杆、伺服阀和喷嘴。

压电执行器在非工作状态时处于原始位置，伺服阀关闭，高压范围和低压范围相互隔断。此时，液压接杆补偿可能存在的(例如由于热膨胀所引起的) 间隙，喷嘴借助于紧挨着控制室的油轨压力保持关闭状态。

图11 轿车用压电共轨喷油器工作原理示意图

应用在喷油阀上，必须达到各种不同的开启位置，也就是各种不同的行程和力的组合。具有传动比i的转换器将压电执行器的行程放大，其结果由于能量的原因会使理论上最大可能的力减小同样的系数i；为顾及到动态运行，还应考虑到系统总刚度也会降低i2。

压电执行器在工作时产生力和调节行程。为了描述其特性，先解释空行程和闭锁力。这两个特性参数分别是充电状态下不产生力时的行程和不产生行程时最大的力。根据结构形式和所使用的压电陶瓷，它们分别处于几毫米和几千牛顿范围内。

②压电执行器特性

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压电执行器起作用时就将伺服阀打开，从而使控制室中的压力降低，喷嘴开启。若伺服阀关闭，控制室中的压力随之增大，喷嘴针阀也随之关闭。

当前相关部门要做好动物疫情监控工作，发现疫情后及时采取应急处理措施，限制疫病大规模传播。对运载检疫动物车辆进行全面检查。如果农村地区养殖中要从外地引入畜禽品种，需要做好检疫工作。此外，在动物防疫工作中，要建立完善的监督体系，做好检疫防疫监督。在防疫监管中，要明确各项操作流程，做好强制免疫、隔离、消毒、封闭、检疫流程。对畜禽养殖中常见的疫病，如口蹄疫、禽流感等进行监控，相关部门要组织人员深入基层做好实时监控，发现疫情之后需要及时上报，拟定针对性处理措施，降低疫病损失[5]。

压电执行器能产生的闭锁力FAB的线性近似值与有效横断面积成正比；空行程较精确的近似值与压电执行器的有效长度即片数成正比。压电执行器的机械特性如图12所示。

(1)式中：FAB——执行器闭锁力

根据慢性鼻-鼻窦炎诊断和治疗指南（2012年，昆明）[1]，小剂量（常规剂量的 1/2）、长期（疗程不少于 12 周）口服 MA 是 CRS 的推荐治疗方案。

xAO——空行程

cA——执行器刚度

Case 2.The two sources exhibit both Gaussian distribution.

E——弹性模数

A——执行器横断面积

L——执行器有效长度

关于本科毕业论文写作的研究有很多，大多集中在语言错误分析方面。但是，论文的选题首先决定着论文的质量，从学生的选题可以了解学生的语言、思维及思想动态。因此，北京师范大学珠海分校外国语学院始终高度重视本科论文的选题质量，确定选题需要经过三个步骤：首先，由指导教师负责初审；然后由学院的各学科方向的专家小组负责复审，学生根据复审意见经过修改后再次提交，论文题目最终通过学院终审后，学生才能开始正式撰写论文。

d——执行器压电陶瓷片数