德尔福量产世界首例使用直接驱动压电喷油器技术的柴油机燃油喷射系统--新一代柴油喷油器技术不仅有助于汽车生厂商达到严格的欧

发布时间:2010-07-13
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法国,巴黎 - 德尔福公司推出新一代柴油喷油器 —— 德尔福直接驱动式共轨系统。此项新产品的推出历经德尔福为期五年的研发,同时与其整车生产客户紧密协作,帮助他们达到将来严格的排放要求。新系统现在已经投产,并将首先于今年年末在欧产轿车上投入使用。

德尔福柴油系统总经理Jose Avila说:“我感到非常兴奋,同时也非常自豪,因为德尔福先于我们的竞争对手将这一最新技术理念融入实际产品,并将其推向市场。顾客在今年年底之前就可以享受配备该系统的高级汽车在公路上的驰骋的乐趣。

德尔福直接驱动式共轨系统已获专利权,与现有的燃油喷射技术采用电-液回路来驱动有所不同,喷油器针阀是由压电晶体驱动器直接驱动的。这使得喷油器将燃油喷射到燃烧室的速度更快,且喷雾动量和精确性都得到提高。针阀的开启关闭速度极其快速,且与喷油压力无关。燃烧控制得以改进使得排放显著降低,发动机在整个工作范围内的扭矩和功率明显提升,燃油经济性及发动机整体性能得到改善。

市场:

Avila说:“为了帮助缓解世界范围内的燃油价格压力和对全球变暖现象的担忧,我们的客户都在努力更快地引进新技术,以及减少燃油消耗和各种污染物质的排放,包括未受管制的污染物质。”

柴油发动机所面临的一项挑战是要尽可能地减少氮氧化物(NOx)的排放。到2014年欧洲实行Euro 6标准时,与当前的Euro 4标准相比,对于NOx的排放限值将会减少到目前的三分之一,而对于颗粒物质的排放限值减少到五分之一。在北美地区,所面临的挑战更为严峻,因为Tier II bin5 中NOx的排放标准已经明确,与现行的Euro 4的250mg/km 和Euro 6的80mg/km标准相比,该标准仅等同于43mg/km(尽管这些数据并不可以直接对比,因为欧洲和美国规定的试验循环是不同的)。

另一项挑战是来自当今欧洲、日本和美国关于减少二氧化碳排放以缓解全球变暖现象的讨论。有关二氧化碳排放限值的讨论现如今还未结束,并且已经提上议事日程(欧盟已经起草了在2012年达到120g/km排放量这一极具挑战性的目标),但是顾客在选购汽车时,已经逐渐开始将燃油经济性和二氧化碳的排放量考虑在内。

“要权衡这两者实属不易,因为不管是通过发动机机内优化或是通过后处理de-NOx系统来减少NOx排放,都会增加燃油消耗和二氧化碳的排放量,”Avila说道,“这些挑战驱使福尔德研发出一系列新技术,其中包括创新的直接驱动式柴油机共轨系统。”

当前的喷油器技术:

目前,喷油器技术划分为“电磁式”或“压电式”两种。在这两种形式中,通过驱动器(“电磁式”或“压电式”)来驱动控制阀,以此控制液压管路,最终驱动喷油器针阀。这一过程被称作“伺服驱动”。

伺服驱动系列进一步细分为两类,根据施加在阀两端的压力:一种称之为“平衡式”,而另一种则为“非平衡式”。
因此,目前市场上的喷油器的种类包括:

-伺服电磁非平衡阀(率先投入市场的共轨类型);

-高速伺服电磁平衡阀(德尔福理念的产品)

-伺服压电非平衡阀(目前唯一的一种在产的压电喷油器);

-(投产的产品中尚无伺服压电平衡阀设计)。

驱动平衡阀所需的电能要比驱动非平衡阀少很多。因此,平衡阀仅需要较小的驱动器以12v(蓄电池电压)驱动,驱动器封装在喷油器内部且非常接近喷油针阀。这样就实现了较短的液压管路,较小的运动质量,在德尔福伺服电磁平衡阀设计中实现喷油器针阀的驱动速度,与非平衡伺服压电系统的相当。这就意味着,德尔福平衡阀伺服电磁系统和竞争对手的非平衡伺服压电系统之间无明显的性能差别,这就使得德尔福Multec 高速伺服电磁喷油器成为如今市场上最具价值的解决方案,可与众多售价昂贵的伺服压电技术相抗衡。

直接驱动式喷油器:

德尔福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,因为喷油器针阀首次由压电晶体直接驱动,免除了的液压回路,及其相关的迟滞和能量消耗,并且为发动机的设计者提供了众多的附加控制的可能性。其它优势包括,整个使用周期的稳定性,喷油参数变换时喷油量的可靠性,高的喷射一致性和高的喷雾动量。

德尔福直接驱动式柴油共轨系统采用了已获专利的直接驱动技术,即压电晶体驱动器直接驱动喷油器的针阀做初始提升,例如预喷时用到的,而一个液压放大器则帮助针阀做完全提升用于完成大油量喷射。此技术能避免使用其它共轨喷油器所采用的伺服液压回路。相比目前的系统,喷油器能够更高效的,在更高的压力下(高达2000 bar)以更快的速度和更高的喷油精度将燃油注入发动机燃烧室。

喷油器利用压电晶体加载电压时产生的形变进行工作。它能用不到100微秒的时间打开和关闭喷油器的针阀,并将高压柴油喷射到发动机中,在每个发动机循环时可实现七次(或者更多)的喷射。德尔福液压管路设计在最大程度上发挥了压电晶体驱动器的特性:高驱动力和高速度。德尔福柴油系统工程总监Detlev Schoeppe 博士说:“这一优势就相当于将系统压力提高了大约200 bar。换句话说,2000 bar直接驱动式压电喷油器的性能可与2200 bar伺服喷油器媲美”。该喷油器的革命性的工作原理是完全无回油的,因此没有高压燃油会在回油时浪费,能够节约目前伺服系统损失的一千瓦能量,也不需要使用昂贵的燃油冷却器。

研发此系统的最初目的是为了优化某些排放参数求以满足未来日益严格的排放法规:

-高平均有效喷射压力(方形喷油速率直至压力达到2000 bar;目前的伺服系统尤其在排放控制的中低轨压力下很难达到此喷油速率)

-多次喷射灵活性(七次喷射或更多)

--在两次喷射之间可达到零间隔

--喷油器内的蓄压器因此避免了喷油器和供油之间的压力波,以及其对喷油针阀动作和喷油量的影响。

-喷油器喷油针阀的快速开启/关闭(针阀速度将近3m/s,或者说比目前系统快3倍)

-无回油

-通过发动机控制单元(ECU)控制针阀提升比例,实现喷油速率在ECU内可控。这就实现了怠速噪音,排放及满负荷性能的分别优化,而目前喷油速率是由喷油器硬件决定,且必须是这三个方面性能的折中。

技术优势:低排放、改善的燃油经济性和更大扭矩和动力,提供更完美的驾驶体验

-低排放:更快的喷油器针阀动做速度减少了针阀较小升程时的燃油喷射量,将喷油开始和结束时燃油雾化较差时的喷油量最小化。在喷油开始和结束时,较小的喷雾动量降低了油束在燃烧室的穿透能力,影响油气的混合从而导致明显的颗粒和炭烟生成。直接驱动式喷油系统,在相同燃油压力和废气循环(EGR)量下,比目前伺服系统排放的颗粒物质减少了百分之三十。采用当前的燃油喷射技术,在中高负荷的情况下,冷却EGR的大量使用实现了非常低的NOx排放,但是却导致了炭烟的增加。而采用德尔福直接驱动式压电喷油器,对于相同的炭烟标准和轨压,通过使用更多的EGR,NOx排放量可降低百分之三十。这一目标是完全可以实现的,因为直接驱动式喷油器提供了更高的喷雾动量,尤其是在喷射开始和结束阶段,因此可以允许使用更多的EGR。直接驱动式的这一排放优势通过以下措施,能够优化后处理阶段的成本:

--颗粒捕集器在尺寸上可减小,或者,NOx的后处理可能被省略。

--另外可以大大减少价格日益上涨的用作氧化催化剂的贵金属

-优化的燃油消耗:德尔福压电喷油器的革命性工作原理是无回油的。因此,所有燃油都喷入汽缸而不会浪费在回油中。由此,喷油系统的热循环就能达到一定的程度的改善,即使在2000 bar 的压力下,仍然无需燃油冷却。该种独特的无回油设计最终实现了能量节约,缩小了高压泵的尺寸,同时有效提高了燃油经济性。这种液力技术相对于其他的喷油器技术,在燃油经济性方面减少了一到两个百分点的燃油消耗。然而,这里所指油耗减低是以之前讨论的低排放为基础的。对于相类似的排放标准,燃油消耗能减少三至五个百分点,因为通过降低轨道压力或降低颗粒捕集器再生次数,可以额外地在燃油消耗方面获益。德尔福直接驱动式柴油机共轨系统同样具有单个喷油器特性(I3C),这项德尔福专利技术允许针对单个喷油器的ECU标定,这同样提高了燃油喷射的精确度并降低了维护成本。

-更高的功率和扭矩:德尔福直接驱动式共轨系统可应用至2000 bar压力 。压力上的提升,与最初的共轨系统相比,提高了超过百分之六十,有助于增加发动机的输出功率和扭矩。

-驾驶乐趣:除了在动力和扭矩方面的改善,由于使用了多次喷射技术,噪音也得以降低5dBA 。另外,通过与压力无关的,喷油器针阀升程比例电子控制,发动机标定可解决NVH最优化和废气排放最小化之间的冲突。怠速时,直接驱动式喷油器几乎不产生可察觉的噪音,与现有的伺服压电喷射系统相比无疑是一项显著的成就。

总之,系统可提供改善的喷油雾化和速度,帮助降低排放和发动机噪音,同时提供无与伦比的驾驶性能。的确,直接驱动式压电系统的高喷雾动量和高度灵活的多次喷射方式,使其成为了下一代燃烧系统(即,HCCI或PCCI等)的最佳选择,正如SAE技术论文“柴油机HCCI降低HC和CO排放方的法研究”所述。

德尔福柴油产品系列:两种解决方案更好满足客户需求

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,使用平衡阀快速伺服电磁喷油器的德尔福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。

两个系列的所有关键部件的设计均注重互换性。因此,从高速伺服电磁式转换成直接驱动压电式喷油器技术无需对发动机本体做任何设计上的改变。两个系列的油泵和油轨都很相似,两种喷油器的安装方式完全相同,无需对发动机汽缸盖做任何变动就可以互换。

平衡阀高速伺服电磁喷油器系列的系统压力可达2000 bar。它是基于平衡阀伺服技术的一种独特的设计。此种驱动器的小巧尺寸使其能够实现嵌入式安装,并紧靠喷油器针阀,以提供高速驱动及精确计量。

Avila 说:“该系统性能尤为卓越,甚至超过了目前的’伺服-压电’喷油器技术。其独创的性能和最优化的成本价值,以及技术上的革新性,为未来的进一步优化设计提供了极大的潜力。”

“随着直接驱动式柴油共轨技术的推出,德尔福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则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。”德尔福柴油系统总经Jose Avila说。因此,“该技术再次表现出德尔福在柴油机燃油喷射技术方面的业界领军地位。”Avila 补充道。

德尔福柴油系统工程总监Detlev Schoeppe 博士的技术论文“使用创新的直接驱动式柴油机燃油喷射系统超越客户的期望值:突破性技术的独特优势”已经在Vienna Symposium(4月24-25日)发表,并被众多媒体转载。

关于德尔福动力总成系统

德尔福的动力总成技术为复杂的挑战提供了有效的解决方案,帮助其客户研发具有卓越性能、排放优化的汽车。其中包括多点喷射和缸内直喷汽油系统,共轨和转子泵柴油系统,以及用于重型柴油机的电控泵喷嘴及电控单体泵。此外,德尔福还提供创新的燃油处理、蒸发排放、变速箱控制、配气机构、以及后处理解决方案。

关于德尔福柴油机系统

德尔福柴油机管理系统的包括:

-燃油喷射系统(共轨、转子泵系统、电控泵喷嘴系统、以及电控单体泵系统);

-发动机元件(ECU);

-气体管理系统(废气再循环阀、空气流量计);

-废气传感器

德尔福柴油系统拥有四个研发中心,九个客户应用中心和15个生产制造工厂,为全球客户的提供技术支持服务。

更多德尔福的有关信息,请访问德尔福虚拟新闻空间: www.delphi.com/media。

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