4.电磁阀式泵喷嘴单元的结构及其工作原理

泵喷嘴单元(见图6-8)的上部有一个高压腔，泵油柱塞在其内部上下运动，在其侧面还装有一个控制喷油始点和喷油量的电磁阀。高压腔通过内部油道直接与喷嘴体相通。喷嘴体中装有喷嘴针阀和一个阻尼器。喷嘴弹簧顶着蓄压室阀，在高压作用下喷嘴弹簧被压缩到一定程度而产生预紧力。

(1)充油过程

当泵油柱塞在柱塞弹簧力的作用下向上运动时，高压腔内的容积增大。该阶段，电磁阀不工作，其阀针在弹簧的作用下处于原始开启位置，进油道到高压腔的通道畅通，进油道中的低压燃油能顺利地流入高压腔。

(2)预喷射

一旦喷油凸轮通过滚轮摇臂使泵油柱塞向下运动，高压腔内的燃油就会被推回进油道。发动机电控单元向电磁阀发出信号使其产生电磁力，将电磁阀阀针压紧在其阀座上，高压腔与进油道之间的通路切断(见图6-9)，使得高压腔内燃油在泵油柱塞的压缩下迅速产生压力，并通过喷油器体中的直油道传输到喷嘴针阀体中。在压力大约达到1.8×105Pa时，作用在喷嘴针阀承压凸肩上的力大于喷嘴弹簧产生的力，使喷嘴针阀抬离其阀座，预喷射即开始。该阶段，喷嘴针阀的升程被阻尼器的液力阻尼作用所限制，大约为0.05mm(见图6-10)，能够精确地计算预喷射油量。

随着泵油柱塞继续向下运动，高压腔内的燃油压力进一步升高，足以克服柱塞弹簧力将蓄压室阀压下，使其脱离锥形座面，使高压腔与蓄压室相通，高压腔内的压力和作用在喷嘴针阀上的力随之降低，而喷嘴弹簧被蓄压室阀压缩，作用在喷嘴针阀顶上的力加大，喷嘴针阀被关闭，预喷射结束。

(3)主喷射

喷嘴针阀关闭后，随着泵油柱塞的继续向下运动，高压腔内的燃油压力又升高。从压力大约达到300bar(1bar=105Pa)起，喷嘴弹簧力就不再足以将喷嘴针阀继续压紧在其阀座上，喷嘴针阀又重新被抬离阀座(此时喷嘴针阀的升程约为0.2mm)，主喷射开始。此时，柱塞的运动速度很快，高压腔内被压缩的燃油量要比通过喷孔喷出的燃油量多，喷油压力最大可达2050bar。当然最高喷油压力是在发动机转速较高以及喷油量较大时达到的。

当电控单元发出的喷油脉冲信号结束时，电磁阀的电信号被切断，电磁力消失，电磁阀阀针随之被打开，高压油道与进油道相通，高压腔内的高压瞬间泄漏到进油道，喷嘴针阀立即被关闭，蓄压室阀也在喷嘴弹簧力的作用下重新被压紧在其座面上，主喷射即宣告结束。

图6-11显示了泵喷嘴单元喷油过程中各喷油参数变化曲线之间的相互关系，更有利于读者理解泵喷嘴单元的喷油过程。

5.压电式泵喷嘴单元结构及工作原理

基于2000年以来压电执行器在高压共轨柴油喷射系统控制方面所积累的经验，压电技术也运用到了泵喷嘴单元上，压电执行器的开关速度是电磁阀的3倍，因此不但能预喷射，还能后喷射，控制柔性更好，而且计量精度和重复性均显著提高。从2005年起，压电泵喷嘴单元(PPD)首次批量应用于两款功率强劲(103kW和125kW)的TDI直喷式柴油机，搭载于大众新款帕萨特轿车上。

如图6-12所示，压电泵喷嘴单元包含两个主要的机械结构组件：①上部结构组件，包括淬硬的泵体、驱动推杆、柱塞弹簧和泵油柱塞(产生压力)，以及位于泵体侧面与泵头轴线垂直的压电执行器(电调节执行机构)，该压电执行器通过控制高压区域的转换油路来操纵喷嘴针阀；②下部结构组件，包括进油通道、高压通道、回油通道(冷却、排除汽泡)、中间块、淬硬的弹簧体、喷嘴弹簧、阻尼器和喷嘴(喷油计量、喷油时刻和喷射油束形状)等。

整个压电泵喷嘴单元由约30个零件组成，特别是泵油柱塞与泵体、喷嘴针阀与针阀体，它们都是无密封装置而在极高压力下工作的高精密零件，其公差仅有十分之一微米，是在装配时通过配对研磨或者配磨达到理想尺寸，相互配对而成的精密偶件。

压电泵喷嘴单元由新开发的带压电驱动级的电控单元进行控制。

(1)压电执行器

压电泵喷嘴单元的调节执行机构(见图6-13)是一个采用多种技术制造出的带有内铜触点的多层压电陶瓷片堆，它被装在一个封油的壳体中，这个壳体采用因瓦(Invar)镍铁合金(镍36%、铁63.8%、碳0.2%)制成，能在很大的温度范围内保持固定的长度，以确保压电元件行程的精度，因为其行程一般仅有40～50μm。如果在压电执行器上施加一个电压，末压电堆被充电，就会产生反向压电效应，压电堆因其组织中充电发生位移而伸长，使压电执行器端面移动一段行程。为了达到控制阀动作所必需的100μm的行程，压电执行器的位移行程通过两个相互叠加的短杠杆来转换放大，由于电压的高低与压电堆位移行程之间是成正比的，因此压电执行器能以较高且稳定的重复精度操纵控制阀的阀针动作。当压电执行器接收到控制电信号时，陶瓷压电堆就会产生位移行程，将控制阀针阀压紧在其阀座上，从而切断泵油腔与进油道之间的连接通道，于是泵油腔内的燃油被泵油柱塞压缩，直到压电执行器接收到反向电压信号，重新恢复到原始长度，控制阀针阀又被打开为止。由于压电执行器的开关速度是电磁阀的3倍，因而能够更加灵活而精确地实现多次喷射。

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