(495) 647-14-00
Skype nevi6631
(929) 588-38-58
Фартех в Твиттере Фартех в Вконтакте Фартех в Фейсбуке Фартех в Живом Журнале Фартех в Гугль +

zakaz@farlam.ru

      Открытие дизель центра

 


Форсунка

Рис.1 1-Массовый расходомер воздуха; 2-Электронный блок управления двигателем; 3-ТНВД; 4-Аккумулятор топлива; 5-Форсунка; 6-Датчик частоты вращения коленчатого вала; 7-Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя; 8-Топливный фильтр;9-Датчик положения педали акселератора.

В дизельной топливной системе Common Rail форсунки подсоединяются к аккумулятору топлива короткими линиями (трубками) высокого давления. Форсунки уплотняются с камерой сгорания медными прокладками. Форсунки устанавливаются в головке блока цилиндров посредством конических фиксаторов. В зависимости от конструкции распылителя форсунки в системе CR могут устанавливаться прямо или под углом по отношению к неразделённой камере сгорания (дизели с непосредственным впрыском топлива).

Одной из особенностей топливной системы является то, что высокое давление создаётся в ней независимо от частоты вращения двигателя или количества впрыскиваемого топлива. Начало впрыска и величина цикловой подачи регулируются электрическими управляющими сигналами форсунки. Продолжительность впрыска топлива регулируется системой управления углом опережения впрыска/времени в электронной системе управления дизеля (EDC). Это требует использования датчиков определения положения коленчатого и распределительного валов (фазовое детектирование).

Для снижения эмиссии вредных веществ и выполнения постоянно ужесточающихся требований по снижению шума работы дизелей требуется формирование оптимального состава топливовоздушной смеси. Это требует от форсунок возможность осуществления небольшого предварительного впрыска и многофазного впрыска топлива.

 

Рис.2. а-Нерабочее положение; b-Форсунка открыта (впрыск); с-Форсунка закрыта (прекращение подачи); 1-Возврат топлива; 2-Катушка электромагнитного клапана; 3-Дополнительная пружина хода; 4-Якорь электромагнитного клапана; 5-Шариковый клапан; 6-Камера гидроуправления; 7-Пружина распылителя; 8-Конус (заплечик) иглы распылителя; 9-Камера распылителя; 10-Сопловые отверстия; 11-Пружина электромагнитного клапана; 12-Дроссель камеры гидроуправления; 13-Штуцер высокого давления; 14-Дроссель на впуске; 15-Управляющий плунжер (шток иглы распылителя форсунки); 16-Игла распылителя форсунки; 17-Впускной канал.

В настоящее время в серийном производстве имеется три разных типа форсунок:

  • Форсунки с электромагнитным клапаном и неразъёмным якорем;
  • Форсунки с электромагнитным клапаном и якорем, состоящим из двух частей;
  • Форсунки пьезоэлектрическим приводом.

Форсунка с электромагнитным клапаном

Конструкция

Форсунка может быть подразделена на несколько функциональных модулей:

  • Распылитель с сопловыми отверстиями (см. раздел «Распылители форсунок»);
  • Гидравлическая система управления;
  • Электромагнитный клапан.

Топливо подается в форсунку через входной штуцер высокого давления (13 на рис. 2а) и далее через впускной канал 17 к распылителю форсунки и через дроссель на впуске 14 в камеру гидроуправления 6. Камера гидроуправления соединяется с линией возврата топлива через дроссель 12, который открывается электромагнитным клапаном.

Принцип действия

Работа форсунки может быть подразделена на четыре состояния во время работы двигателя и ТНВД:

  • Форсунка закрыта (высокое давление приложено);
  • Форсунка открывается (начало впрыска топлива);
  • Форсунка полностью открыта;
  • Форсунка закрывается (конец впрыска топлива).

Рабочие режимы форсунки вызываются балансом сил, действующих на компоненты форсунки. Когда двигатель не работает и аккумулятор топлива не находится под давлением, пружина распылителя закрывает форсунку.

Форсунка закрыта (высокое давление приложено)

В нерабочем состоянии форсунка не получает сигнал на открытие, т.е. на впрыск (рис. 2а). Пружина электромагнитного клапана 11 прижимает шариковый клапан 5 к седлу дросселя 12, и давление внутри камеры гидроуправления 6 повышается до величины давления в аккумуляторе топлива. Такое же давление имеет место в объёме камеры распылителя форсунки. Сила давления в аккумуляторе, приложенная к концевой поверхности штока иглы распылителя (управляющего плунжера) 15, вместе с силой пружины 7 иглы распылителя форсунки находятся в равновесии с силой давления открытия, приложенной к конусу (заплечику) иглы распылителя, и в результате форсунка остаётся закрытой.

Форсунка открывается (начало впрыска топлива)

В самом начале процесса открытия форсунка находится в «режиме ожидания», то есть закрыта. Электромагнитный клапан получает управляющий сигнал на открытие в виде пускового тока и очень быстро открывается (рис. 2Ь). Необходимые периоды переключения достигаются управлением пусковыми сигналами электромагнитного клапана в электронном блоке управления двигателя (ECU) при высоких значениях электрического напряжения и тока.

Магнитная сила уже получившего электрическое питание электромагнита превышает силу затяжки пружины клапана, якорь поднимает шаровой клапан с седла и открывает дроссель 12. После короткого периода повышения пусковой ток уменьшается до величины «тока удержания» электромагнита. Когда выпускной дроссель 12 открывается, топливо вытекает из камеры гидроуправления в полость над ним и затем в линию возврата топлива в бак. Дроссель на впуске 14 предотвращает полное выравнивание давления. В результате давление в камере гидроуправления уменьшается, и становится ниже давления в камере распылителя форсунки, которое всё ещё равно давлению в аккумуляторе топлива. Снижение давления в камере 6 приводит к уменьшению силы, действующей на управляющий плунжер (шток иглы распылителя) и, следовательно, к её подъёму (открытию). Впрыск топлива начинается.

Полное открытие форсунки

Величина перемещения иглы распылителя форсунки определяется разностью расходов через дроссели на впуске и выпуске. Шток иглы (управляющий плунжер) достигает своего верхнего упора и устанавливается на «топливной подушке» (гидравлический упор). Эта подушка образуется потоком топлива между дросселями на входе и выходе. В этом положении распылитель форсунки полностью открыт, и топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением, приближающимся к давлению в аккумуляторе топлива.

Баланс сил в форсунке подобен балансу во время фазы открытия. При данном давлении в системе количество впрыскиваемого топлива пропорционально периоду времени открытия электромагнитного клапана. Этот период полностью независим от частоты вращения двигателя и ТНВД (контролируемая по времени система впрыска).

Форсунка закрывается (конец впрыска топлива)

Когда катушка электромагнитного клапана обесточивается, пружина клапана перемещает якорь вниз, и шаровой клапан закрывает дроссель 12 на выпуске (рис. 2с). Когда дроссель закрыт, давление в камере гидроуправления снова возрастает до величины давления в аккумуляторе топлива из-за открытого дросселя на впуске. Более высокое давление создаёт большую силу, прилагаемую к штоку иглы распылителя. В результате сила давления в камере управления и сила затяжки пружины превышают силу давления открытия иглы распылителя, которая садится на седло, и распылитель форсунки закрывается. Расход топлива через дроссель 14 на впуске определяет скорость закрытия иглы форсунки. Цикл впрыска топлива заканчивается, когда игла распылителя садится на седло, закрывая сопловые отверстия.

Такой непрямой метод создания пускового импульса иглы распылителя посредством гидравлической сервосистемы для быстрого её открытия (подъёма) используется потому, что выполнить это путём прямого приложения силы электромагнитного клапана невозможно. «Контрольный объём», определяющий количество впрыскиваемого топлива, простирается до линии возврата топлива через дроссели камеры гидроуправления.

Кроме контрольного объёма топлива имеются также объёмы утечек через направляющие иглы распылителя и её штока. Указанные объёмы возвращаются в топливный бак через линию возврата топлива и общую линию, которая включает перепускной клапан, ТНВД и клапан регулирования давления.

Программы карт характеристик

Программы для карт характеристики с пологой кривой величины подачи топлива


Рис.3. Подъём иглы форсунки и карты характеристик подачи топлива с упором подъёма иглы.

Отличительные особенности форсунок определяются в программах карт характеристик между баллистическим и небаллистическим режимами (ballistic and non- ballistic mode). Шток иглы распылителя форсунки/управляющий плунжер достигает гидравлического упора, если пусковой период (triggering period) достаточно продолжительный (рис. За). Участок до достижения иглой распылителя максимального хода называется баллистическим режимом. Баллистические и небаллистические участки в картах подачи топлива, где количество впрыскиваемого топлива определяет период действия пускового сигнала (рис. ЗЬ), разделяются точкой перегиба в карте программы.

Другой особенностью карты характеристики подачи топлива является пологий участок кривой, который существует в течение небольших периодов пуска. Пологий участок (фронт) кривой вызывается переходным периодом при движении якоря электромагнитного клапана на открытие. На этом участке количество впрыскиваемого топлива не зависит от периода действия пускового сигнала. Это позволяет стабильно поддерживать небольшие подачи топлива. Только после того как якорь прекратит «отскакивания», кривая характеристики подачи топлива продолжит линейный подъём по мере увеличения периода пускового импульса.

Впрыски небольшого количества топлива (короткие периоды пуска) используются как предварительные впрыски с целью подавления шума. Вторичные впрыски (после основного) способствуют ускорению окисления сажи на выбранных участках кривой рабочей характеристики.

Программы карт характеристик без пологой кривой величины подачи топлива

Всё повышающаяся строгость законодательства по эмиссии вредных веществ с ОГ привела к использованию двух системных функций - компенсации подачи топлива форсункой (injector delivery compensation - IMA) и калибровки нулевой подачи (zero delivery calibration - NMK), также как и коротких интервалов между предварительным впрыском, основным впрыском и дополнительным (после основного) впрыска топлива. С форсунками, которые не имеют участка пологой кривой, функция IMA допускает точную регулировку количества впрыскиваемого топлива во время предварительного впрыска. Функция NMK корректирует отклонения в величине подачи во времени в области небольших давлений. Ключевым условием развёртывания этих двух системных функций является монотонный линейный подъём характеристики подачи топлива, то есть отсутствие пологого участка кривой в карте характеристик топливоподачи (рис. Зс). Если игла распылителя форсунки работает в номинальном режиме без достижения упора при подъёме, то это представляет баллистический рабочий режим иглы без перегибов в карте характеристик подачи топлива.

Варианты форсунок

Существует следующее различие между двумя разными концепциями форсунок с электромагнитными управляющими клапанами:форсунки с одинарным якорем (система с одной пружиной); форсунки с якорем, состоящим из двух частей (система с двумя пружинами).

Короткие интервалы между последовательными впрысками могу быть выполнены тогда, когда якорь может очень быстро возвращаться в исходное положение при закрытии форсунки. Лучше всего это достигается системой с якорем, состоящим из двух частей, с увеличенным ходом до упора. Во время процесса закрытия форсунки пластина якоря принудительно движется вниз под действием пружины. Выход из режима насыщения ограничивается упором увеличенного хода. В результате якорь достигает своего исходного положения быстрее. Отскакивание якоря при закрытии заканчивается быстрее при разделении массы якоря и адаптации установочных параметров. Концепция составного (с двумя массами) якоря способствует достижению коротких интервалов между двумя последовательными впрысками.

Пуск электромагнитного клапана форсунки

В нерабочем положении электромагнитный клапан форсунки высокого давления не получает пусковой импульс и, следовательно, закрыт. Форсунка впрыскивает топливо только при открытом электромагнитном клапане.


Рис.4. а-Фаза открытия; b-Фаза пускового тока; с-Переход к фазе тока удержания; d-Фаза тока удержания; е-Выключение.

Пуск электромагнитного клапана форсунки разделён на пять фаз (рис. 4 и 5).

  1. Фаза открытия. В начале, для того чтобы обеспечить жёсткие допуски и высокий уровень воспроизводимости цикловой подачи топлива, электрический ток открытия электромагнитного клапана имеет крутой, точно определённый профиль, и быстро увеличивается приблизительно до 20 А. Это достигается посредством называемого «вольтодобавочного напряжения» величиной до 50 В. Это напряжение генерируется в электронном блоке управления и сохраняется в конденсаторе (вольтодобавочный конденсатор). Когда это напряжение подаётся на электромагнитный клапан, ток увеличивается в несколько раз быстрее, чем это имеет место только при использовании напряжения аккумуляторной батареи.
  2. Фаза пускового тока. Во время фазы пускового тока к электро-магнитному клапану прилагается напряжение аккумуляторной батареи, которое способствует быстрому его открытию. Система управления током ограничивает величину пускового тока до 20 А.
  3. Фаза тока удержания. Для того чтобы уменьшить потери электрической мощности в электронном блоке управления и форсунке, в фазе удержания величина тока снижается до 13 А. Энергия, которая высвобождается при уменьшении пускового тока до тока удержания, направляется в вольтодобавочный конденсатор.
  4. Выключение. При выключении электрического тока для закрытия электромагнитного клапана избыточная энергия также направляется в вольтодобавочный конденсатор.
  5. Перезарядка инвертора. Перезарядка осуществляется посредством инвертора, встроенного в электронный блок управления двигателем. Энергия, потраченная во время фазы открытия, восстанавливается в начале фазы повышения пускового тока до достижения напряжения, необходимого для открытия электромагнитного клапана.

Рис.5. 1-Аккумуляторная батарея; 2-Регулятор тока; 3-Обмотка катушки элетромагнитного клапана; 4-Выключатель вольтодобавочного конденсатора; 5- Вольтодобавочный конденсатор; 6-Диоды для восстановления энергии и быстрого гашения высокой скорости; 7-Переключатель идентификатора цилиндров; 8-Выключатель DC/DC; 9-Катушка DC/DC; 10-Диод DC/DC; I-Электрический ток

Форсунка с пьезоэлектрическим приводом

Конструкция и требования

Конструкция форсунки с пьезоэлектрическим приводом состоит из двух главных модулей, показанных на рис. 6:

  • Модуль пьезоэлектрического привода (3);
  • Гидравлический преобразователь (4);
  • Управляющий сервоклапан (5);
  • Модуль распылителя форсунки (6).

Конструкция форсунки учитывает требования высокой жёсткости системы привода, гидравлического преобразователя и управляющего клапана. Другой особенностью конструкции является исключение механических сил, действующих на иглу распылителя. Такие силы имеют место как результат действия толкателя, который используется в форсунках с электромагнитными клапанами. В общем, эта конструкция эффективно уменьшает движущиеся массы и трение, повышая стабильность форсунки, по сравнению с обычными системами.

Кроме того, система впрыска топлива допускает применение очень коротких интервалов между последовательными впрысками топлива («hydraulic zero»). Число и конфигурация операций дозирования топлива может представлять до пяти отдельных впрысков в цикле впрыска топлива, для того чтобы адаптировать требования к режиму работы двигателя.

Непосредственная реакция иглы распылителя на действие привода достигается согласованием управляющего клапана (сервоклапана) 5 с иглой распылителя форсунки. Период задержки между подачей электрического пускового сигнала и гидравлическим срабатыванием иглы распылителя составляет приблизительно 150 мс. Это приводит к противоречию между требованием высокого быстродействия иглы распылителя и исключительно малой воспроизводимостью количества впрыскиваемого топлива при быстродействии.

Как результат этого принципа, форсунка имеет мало точек непосредственных утечек из полостей высокого давления в контур низкого давления. В результате имеет место повышение гидравлической эффективности всей системы.

Принцип действия

Работа сервоклапана в форсунке CR Игла распылителя в форсунке с пьезоэлектрическим приводом косвенно управляется сервоклапаном. Затем требуемое количество впрыскиваемого топлива регулируется периодом действия пускового сигнала клапана. При отсутствии пускового сигнала привод находится в исходном положении, и сервоклапан закрыт (рис. 7а), то есть ступень высокого давления отделена от ступени низкого давления.


Рис.6. 1-Возврат топлива; 2-Подвод топлива высокого давления; 3-Модуль пьезоэлектрического привода; 4-Гидравлический преобразователь (транслятор); 5-Сервоклапан (управляющий клапан); 6-Модуль распылителя с иглой распылителя; 7-Сопловые отверстия.

Распылитель форсунки удерживается в закрытом положении давлением в аккумуляторе топлива, созданном в управляющей камере 3. Когда пьезоэлектрический привод получает пусковой импульс, сервоклапан открывается и закрывает перепускной канал (рис. 7b). Перетекание потока между выпускным 2 и впускным 4 дросселями снижает давление в управляющей камере, и игла распылителя 5 поднимается. Управляющий поток топлива протекает через канал сервоклапана в контур низкого давления топливной системы.

В начале процесса закрытия распылителя форсунки привод обесточивается, и сервоклапан открывает перепускной канал. Затем управляющая камера снова заполняется потоком топлива, который меняет направление между дросселями на впуске и выпуске, в результате давление в управляющей камере повышается. Как только давление достигнет требуемой величины, игла распылителя начнёт двигаться к седлу, и процесс впрыска заканчивается.


 

 

Рис.7. а-Исходное положение; Ь-Игла распылителя открывается (байпас закрыт, нормальная работа с дросселями на выпуске и впуске); с-Распылитель закрывается (байпас открыт, оба дросселя пропускают топливо в управляющую камеру); 1-Сервоклапан (управляющий клапан); 2-Дроссель на выпуске; 3-Управляющая камера; 4-Дроссель на впуске; 5-Игла распылителя; 6-Перепускной канал.

Описанная выше конструкция клапана и хорошие динамические характеристики привода проявляются в более коротких периодах впрыска по сравнению с форсунками обычных типов, то есть с толкателем и двухходовым (двухзатворным) клапаном. В конечном итоге оказывается положительное влияние на эмиссию вредных веществ с ОГ и на эффективные характеристики двигателя. Благодаря требованиям Европейского Союза (EU4) программа форсунок в картах характеристик была оптимизирована, чтобы применить корректирующие функции (компенсация подачи топлива форсунками IMA и калибровка «нулевой подачи» NMK). Величина предварительного впрыска топлива может быть тогда выбрана «по желанию», a IMA может минимизировать размах значений топливоподачи в программе карты характеристик, используя полностью баллистический режим (рис. 8).

Работа гидравлического преобразователя. Другим ключевым компонентом форсунки с пьезоэлектрическим приводом является гидравлический преобразователь (3 на 9), который выполняет следующие функции: передаёт и усиливает ход привода; компенсирует любой люфт между приводом и сервоклапаном (например, вызванный термическим расширением); выполняет функцию защиты (автоматическое выключение подачи в случае обрыва электрических соединений).

Модуль пьезоэлектрического привода и гидравлический преобразователь погружены в поток дизельного топлива под давлением около 10 бар. Когда привод не получает пусковой сигнал, давление в гидравлическом соединителе находится в равновесии с окружающим его пространством. Изменения длины, вызванные температурой, компенсируются небольшой утечкой топлива через зазоры двух направляющих плунжеров. Это всё время поддерживает баланс сил между приводом и переключающим клапаном.


Рис.8. Карта характеристики подачи топлива форсункой с пьезоэлектрическим приводом. а-1600 бар; b-1200 бар; с-1000 бар; d-800 бар; е-250 бар.

Для того чтобы генерировать впрыск топлива, требуется прикладывать к пьезоприводу электрическое напряжение порядка 110 - 150 вольт до тех пор, пока не будет изменён баланс сил между переключающим клапаном и приводом. Повышение давления в преобразователе вызывает небольшую утечку из него в полость низкого давления форсунки через зазоры в направляющем поршне. Последующее снижение давления в соединителе не оказывает влияния на работу форсунки в течение пускового периода, который длится несколько миллисекунд.

В конце процесса впрыска требуется повторное заполнение гидравлического соединителя. Это происходит при смене направления движения потока топлива через зазоры в плунжерах в результате перепада давлений между гидравлическим преобразователем и полостью низкого давления форсунки. Направляющие зазоры и уровень низкого давления подбираются таким образом, чтобы полностью заполнить гидравлический преобразователь до начала следующего процесса впрыска топлива.


Рис.9. 1-Низкое давление в канале с клапаном; 2-Модуль привода; 3-Гидравлический преобразователь.

Пуск форсунки с пьезоэлектрическим приводом в системе Common Rail

Управляющий сигнал на пуск форсунки формируется электронным блоком управления двигателя, выходной каскад которого специально спроектирован для форсунок такого типа. Эталонное электрическое напряжение пуска заранее определяется как функция давления в аккумуляторе топлива для установленной рабочей точки. Сигнал напряжения находится в импульсном режиме, пока имеется минимальное отклонение между эталонным и управляющим напряжением (рис. 10).


Рис.10. а-Кривые тока и напряжения как пусковые импульсы форсунки; b-Кривые подъёма клапана и давления в преобразователе; с-Характеристики подъёма иглы распылителя и подачи топлива.

Увеличение напряжения пропорционально преобразуется в ход пьезоэлектрического привода. Движение привода вызывает рост давления в преобразователе посредством гидравлической передачи до тех пор, пока давление не откроет переключающий клапан. Как только переключающий клапан достигнет конечного положения, давление в управляющей камере начинает падать (через иглу распылителя), и впрыск топлива прекращается.

Преимущества форсунок с пьезоэлектрическим приводом

  • Возможность организации многофазного впрыска топлива с адаптивными началом впрыска и интервалами между последовательными впрысками;
  • Возможность получения очень небольшого количества впрыскиваемого топлива в фазе предварительного впрыска;
  • Малый размер и небольшая масса форсунки (270 г против 490 г у обычных форсунок);
  • Низкий уровень шума (меньше 3 дб [А]);
  • Низкий расход топлива (на 3%);
  • Низкий уровень эмиссии вредных веществ (на 20%);

Повышение эффективных характеристик двигателя (на 7%).



Лидеры продажи


 

Copyright 2006-2017 ООО "ФАРЛАМ" т.: +7 (495) 647-1400  Карта сайта

Информация на данном интернет-сайте носит исключительно информационный (ознакомительный) характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Для получения исчерпывающей информации о стоимости и характеристиках товаров обращайтесь к менеджерам по продажам