二、增压式高压共轨喷射系统的喷油器
用于商用车的第四代喷油器,因对其所提出的任务和要求而与其老产品有所不同,主要是在功能和设计方面,因此在形式上就考虑到了增压式喷油器的构思,以至于使得原来采用电执行器行使喷射及其控制功能的喷油器尺寸减小到了只有普通商用车高压共轨喷射系统喷油器尺寸的一小部分(图5),这是为扩展喷油器功能范围需要空间所必需的。
从图5所示可以看到,喷油控制模块通过应用一个新开发的2/2路压力平衡电磁阀,并与喷嘴针阀直接液力连结,成功地实现了超微型化,同时与已应用于博世第三代轿车喷油器的喷嘴模块相组合,从而得到了一个结构紧凑且具有高动态性能的“喷油模块”,它具有传统喷油器的完整功能。
这种模块化结构方案具有许多优点,第四代喷油器就完全参照这种方案(图6)来设计,因此新扩展的可变增压功能也被设计成模块形式:“压力放大模块”(或称之为“增压模块”)及其附属的“控制模块”。
如图7所示,增压模块的功能原理就相当于一个液压柱塞的工作原理:一个液体压力(在这里也就是当前共轨中的系统压力),通过面积比转换成一个较小面积下液柱的较高压力,因此液压柱塞大小两端的面积之比就决定了压力放大的倍数。这种由几何尺寸所决定的固定不变的压力放大器放大倍数与共轨系统原理所形成的可自由选择的系统压力相结合,使得增压后的压力能够覆盖发动机特性曲线场中从最低压力到最高压力的整个压力范围。因此,根据所设定的目标,能够通过选择恰当的放大器放大倍数在喷油压力和液力效率之间达到尽可能最好的折衷。
同时,为了使得这种喷油器既能应用压力放大功能,也能不用压力放大功能,已将压力放大器做成可更换的选装件,因此它与将压力放大功能与喷油器的喷射功能直接藕合的其他设计方案有着重大的区别。通过开发和集成另一个模块—控制模块,第四代喷油器已经实现了这种自由度。在喷油时,根据发动机特性曲线场中的运转工况点是只需采用共轨压力喷射还是应喷射经增压的更高压力的燃油,然后由控制模块阻止或激活压力放大器的柱塞运动。这种控制功能由一个新开发的直接控制的3/2路电磁阀来进行切换。当需要应用增压功能时,由该电磁阀使压力放大器的控制室与共轨压力断开,并旁通到燃油回油管路。由于控制室的液力卸载,使得压力放大器阶梯型柱塞大端共轨压力作用侧的力剩余,于是压力放大器的柱塞就开始运动,集成在柱塞上的止回阀(图6中为清晰起见将其画在柱塞外面)将“高压室”关闭,所“关闭”的容积被阶梯型柱塞的小端以相应的增压比被压缩到更高的压力水平进行喷射。
在无需增压喷射时,控制模块的电磁阀使压力放大器的控制室与共轨压力相通,压力放大器柱塞由于在弹簧力支持下达到力平衡而停留在其上端位置,因此弹簧除了支持柱塞复位外,还保证在系统开始工作时柱塞总是在一个相同的位置,因而在无需增压喷射时共轨中的燃油经过压力放大器柱塞中的通孔和开启的止回阀流向喷油嘴进行喷射。
通过模块化设计,将上述所介绍的功能进行组合,就能显示出第四代喷油器的特点:将“喷油控制”与“压力放大控制”功能块分开,使得有可能实现喷油特性曲线的柔性设计,不仅能在无增压喷射和增压喷射之间进行选择,而且能够与喷射始点无关地控制压力放大开始的时刻,从而能够获得“靴形”、“斜坡形”和“矩形”喷油特性曲线(图8),并与多次喷射能力相结合,为柴油机开发者提供了燃烧技术向更低的燃油耗、更少的排放和更高的升功率进一步优化的可能性。因此,对于不同用途的匹配,例如在不同地区或根据不同排放法规的要求,只要借助于这些附加的自由度就变得更容易了。
此外,还可以获得其他一些优点:由于在喷油器中集成了增压功能,减少了喷油器下面一半中承受高压的零件数目,而高压泵、高压油管、共轨以及喷油器的大部分都仅仅承受共轨压力,因此由高压力所引起的对零件的更高要求在这里是较少的,而其下半部的压力提升也变得非常简易。另外,制造和批量生产中的调试也能从喷油器的模块化结构中得到好处,因为这些模块能够单个地对其功能值或误差进行检验和调试。