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采用西门子威迪欧公司的共轨柴油压电喷射系统可使柴油发动机更安静,尾气排放更低。这种系统在未来将会被投入到中国市场
现代燃油喷射技术的导入是柴油发动机汽车在全世界范围快速发展的主要原因。西门子威迪欧即将以其创新的压电式喷油器技术(Piezo Injection)支持中国乘用车制造厂商。发动机的扭矩、耗油量、尾气排放和工作噪音其实很大程度上取决于燃油喷射环节。柴油直喷系统的工作表现直接取决于两个环节:第一,喷射进入汽缸的燃油压力;第二,一次喷射循环能够维持到什么程度。使用压电执行器的共轨喷射系统是由西门子威迪欧于2000年研发并推向市场的,它的面世正是满足了上述的两种特性。
共轨喷射系统工作时分成两个功能阶段,即“压力形成”和“喷射”环节。 燃油首先在中央集油器(油轨)内储存并形成高压,然后按需注射到单个喷射阀(喷油器)。这样的工作过程确保了即使在发动机低转速前提下,喷油过程中的喷射压力始终能够达到1750bar以上。高压喷射促使形成了更加细小的燃油雾化颗粒,使燃烧更充分,排放更清洁。而驾车者则能够感知到降低的燃油消耗和提升的发动机表现。
在第一代共轨喷射系统中,整个燃油喷射过程由一个短暂的预喷射和一个主喷射构成。然而,如果能够让燃油按照不同的汽缸行程以不同的比例喷射,汽缸内的燃烧过程会更优化。这便是西门子威迪欧研发压电执行器的主要出发点。这些开合装置操作的速度远远快于传统电磁阀,这样将油量分布到7个独立的喷嘴中去。初段燃油喷射满足了在燃烧室内的平缓压力上升,燃烧室内的噪音也因此得以消减。后段喷射满足尾气后处理的需要,燃尽发动机内的碳烟颗粒和支持颗粒过滤器的再生。
压电执行器是利用了压电晶体的特别开合特性研发的产品。如果给予充电,晶格会以数毫秒的速度变形并延长。当该材料完成放电,将变回原来的尺寸。西门子威迪欧正式利用了这一特性,将其应用到喷油阀上以控制燃料喷射。
西门子威迪欧面向共轨喷射系统的其他零部件解决方案同样能够满足更高的要求。例如,燃油喷射进入汽缸的10个喷射小孔的最小孔径小于0.1mm,这极大地提高了燃油的雾化水平,以便更好地和空气混合。这些小孔的制造公差仅允许小于0.001mm。燃油泵可以95%的效率将油轨内的燃油压至1750bar。在发动机舱环境工作温度下,装有32位控制器的平台化系统控制单元仍然能够可靠工作。
压电执行器是柴油喷射的技术趋势,作为最先使用压电技术的创始者,西门子威迪欧一直致力于将研发过程中形成的经验运用到为未来的技术展开的工作中。目前在欧洲有超过400万台柴油驱动乘用车使用到压电喷射技术,即有超过1700万个西门子威迪欧出品的压电式喷油器每天以超长的寿命和极高的可靠性稳定地工作着。
在中国,随着更多地区将环保排放标准提升到欧Ⅲ,甚至欧Ⅳ,相信应用压电执行器技术的柴油共轨系统将很快在汽车制造商和发动机厂得到使用。