压电式共轨喷油器详介

共轨之家发现泵友们对高精尖的小众产品特别感兴趣，上一周课堂内容是关于最新一代油泵CP4的，国庆假期间又有很多泵友给共轨之家留言，能不能介绍一下压电式喷油器啊？共轨之家当然愿意，与大家分享，助大家成长，我们义不容辞、义无反顾，有道是：

耕犁千亩实千箱，

力尽筋疲谁复伤。

但得众生皆得饱，

不辞羸病卧残阳。

废话不多讲，本周跟大家详细介绍压电式喷油器的维修知识。

一、压电陶瓷的定义及发展过程
1、什么是压电陶瓷？

陶瓷是天然或人工合成的粉状化合物，经过成形和高温烧结制成的，由金属和非金属元素的无机化合物构成的多晶固体材料。压电陶瓷是在一定的工艺下，将压电材料经过高温烧结，然后进行机械加工，按照需要的方式烧上银电极，并用直流电压电场进行极化处理后得到的多晶体材料，即一种具有压电效应的功能型材料，因为它的生产工艺与陶瓷生产工艺相似，所以称其为压电陶瓷。

2、压电陶瓷的发展
压电学是上个世纪四十年代时的一个晶体物理学的分支。一开始时，压电材料只是指的石英和电气石等一些单晶体材料。1947年，美国的罗伯茨发现了钦酸钡(BaTi0₃)的压电性能，使多晶体压电材料得到了很大的发展，并迅速得到了初步的应用。钦酸钡(BaTi0₃)的发现是压电陶瓷材料的一个飞跃，因而压电陶瓷材料分为两大类:

一个是压电单晶体陶瓷材料，1954年，在美国出现的PzT压电陶瓷(Pb(Zr,Ti)O₃压电陶瓷)获得了专利权，PzT作为二元系的压电陶瓷拥有比钦酸钡陶瓷更好的压电性能，它的出现迅速扩展了压电陶瓷的应用领域；

另一大类压电陶瓷出现在1965年，日本松下电气公司的研究人员在原有的PzT中加入了Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃后，制成了三元系的压电陶瓷，并取名为PCM。PCM是一种透明的压电陶瓷，其压电性能可与PzT相媲美，它的出现也使新型压电陶瓷的研究进入到了一个非常活跃的阶段。
我国对压电陶瓷的研究开始于上个世纪六十年代，1966年至1969年，在压电与声光技术研究所里，张福学、刘一声等人也是在二元系PzT的基础上，研究制成了三元的压电陶瓷材料PMS，它的研制成功扩大了我们国家对压电陶瓷的应用领域，并用它先后研制成了多种压电器件。之后，在科研人员的努力下，以不同种化合物作为第三成分或第四成分的三元系以及四元系的压电陶瓷相继出现。在压电陶瓷的使用领域中，最常见的压电陶瓷材料就是利用金属锆、钛、铅等的氧化物烧结制成的压电陶瓷片。压电陶瓷驱动器是利用其压电效应近年来研制和应用的一种新型微位移器件，它已经广泛应用于电子、航天航空、光学、生物工程、机械制造、机器人等领域。由于用压电材料设计成的驱动器响应快、低能耗、承载力高和价格低廉等特点受各国学者的重视，所以它广泛的应用在制造换能器、滤波器、变压器、超声延迟线和引燃引爆装置等压电器件。

二、压电式喷油器的发展现状
由于压电陶瓷的极性变形特征，很快被应用到了共轨喷油器上，洋名Piezo喷油器。

目前，压电式喷油器主要应用在一些高端柴油轿车上，如奔驰、宝马、标志、雪铁龙、路虎等。

1、博世压电式喷油器
德国博世到目前为止共设计了4代高压共轨系统。第一代于1997年7月批量投放市场，喷射压力达135MPa，主要应用于轿车。第二代2000年开始批量生产，最大系统压力提高到160MPa，并开始使用具有油量调节功能的高压油泵、经改进的电磁阀喷油器，喷射循环由预喷射、主喷射和多级喷射等多次喷射组成，采用降噪新技术。第三代产品于2003年5月推出，最高压力可达160MPa。2005年末推出的第三代共轨系统的改进型采用了压电陶瓷执行器，其运动部件由原来的4个减少为1个，运动质量减少75%，开关时间比电磁阀少50%。该系统的喷射压力为160MPa，喷油器响应时间为0.lms，每次循环可实现5次喷射。而其第四代共轨喷射系统，最高喷射压力可达25OMpa，并允许喷油压力逐步上升。

说到这里共轨之家不得不说说，博世在第四代时摒弃了压电式，而采用了传统的液力侍服（带液压放大）。这从侧面反映了压电式喷油器不会成为其发展方向。这就是为什么共轨之家把压电式喷油器定义为小众产品的原因。

2、德尔福压电式喷油器
美国德尔福公司的 DCR系统：在第29届维也纳汽车讨论会上举办的讲座中，德尔福展示了设计中的直动式共轨系统，它采用压电执行器直接驱动喷油器针阀，为柴油机燃油喷射技术带来了一种创新胜的概念。

3、西门子VDO压电式喷油器
西门子VDO最早将压电技术应用于发动机燃油喷射领域，推出了两代压电陶瓷式共轨系统。PCR2系统的喷油压力达到165MPa，可进行5次喷射，最小喷油量为lmm。2006年，西门子批量投产了第三代压电共轨喷射系统PCR3其喷射压力达到180MPa，采用的铅笔型喷油器可以进行多次喷射，它无须颗粒过滤器就能达到欧V排放标准。

三、压电发生器

1、压电陶瓷的极化特性

压电陶瓷在通电的情况下，其晶粒会产生极性重组，这使得晶体的长度会产生变换，极化过程如下图所示。

2、压电发生器多层设计

为使得压电晶体的变形更有规律更稳定，喷油器的压电发生器采用了多层设计。如下图所示。

3、压电发生器结构

下图是博世压电式喷油器压电发生器结构图。

四、压电式喷油器

1、压电式喷油器结构

下面以博世压电式喷油器为例介绍压电式喷油器的结构。

1)结构图

共轨之家告诉您，其实压电式喷油器的结构很简单，它没有液力电磁阀喷油器那样的升程垫片、余隙垫片，弹簧垫片也只有一个用以控制油嘴弹簧力大小的垫片。因此，要实现它的维修相对简单得多。

2)液力放大器

由于绿色阀腔内的液压油或多或少存在泄漏，因此有必要对阀腔内的液压油进行补给，如下图所示：

3)控制阀的工作原理

压电发生器的位移变化在液力放大器的推动下使得旁通阀开启与关闭，从而实现油嘴针阀的关闭与抬起，最终实现喷油器定时喷射。

2、压电式喷油器常见失效模式

1)控制阀芯密封面颗粒磨损

2)控制阀板密封座面磨损

3) 控制阀密封面穴蚀

4)进出油阀板座面磨损

5)油嘴喷孔积碳

共轨之家提示您，以上所有的失效图片都是通过显微镜甚至扫描电镜所拍摄下来的，只有这样才能看清楚零部件磨损状况，并以此评定该零部件是否需要更换。共轨之家只是想提醒您，如果您真的要做好共轨喷油器的精密维修，一个高倍的光学显微镜是必不可少的哦。谢谢。

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