Пьезофорсунки: Пьезофорсунки: что инженеру хорошо, то слесарю плохо

Пьезоэлектрическая форсунка, устройство, принцип работы

  • Дизель сервис
  • >
  • О компании
  • >
  • Статьи
  • >
  • Пьезоэлектрическая форсунка

Пьезофорсунка – самое совершенное устройство впрыска топлива, устанавливаемое на дизельные двигатели с системой Common rail в настоящее время. 

Преимуществом пьезофорсунок является быстрота их срабатывания – до 4х раз быстрей обычных электромагнитных инжекторов, и как следствие возможность многократного впрыска топлива в течение одного такта, а также гораздо более точная дозировка впрыскиваемого топлива.

Все эти преимущества стали возможны благодаря использованию обратного пьезоэффекта в управлении форсункой, основанного на изменении размера пьезокристалла под действием напряжения.

Информация из Википедии: Пьезоэлектрический эффект — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля. При прямом пьезоэффекте деформация пьезоэлектрического образца приводит к возникновению электрического напряжения между поверхностями деформируемого твердого тела, при обратном пьезоэффекте приложение напряжения к телу вызывает его деформацию.

Конструкция пьезоэлектрической форсунки схематично показана на рисунке:

1.            игла распылителя

2.            огнеупорная шайба

3.            пружина иглы распылителя

4.            блок дросселей

5.            переключающий клапан

6.            пружина клапана

7.            поршень клапана

8.            поршень толкателя

9.            пьезоэлемент

10.          канал обратки

11.           микрофильтр

12.          электрический разъем форсунки

13.          канал подачи топлива

 

 

 

 

 

 

Как и в обыкновенной CR форсунке, пьезоэлектрической форсунке используется гидравлический принцип: В закрытом состоянии инжектора – игла остается посаженой на седло, за счет высокого давления. При поступлении с ЭБУ (блока управления) электрического сигнала на пьезоэлемент – увеличивается его длинна, открывая переключающий клапан. Топливо начинает сливаться в обратку – давление выше иглы падает и игла, под давлением в нижней части поднимается, производя впрыск дизельного топлива.

Количество впрыскиваемого топлива определяется двумя факторами: длительностью управляющего сигнала на пьезоэлемент и давлением топлива в рампе создаваемого наосом и регулируемого дозирующим клапаном.

В самое ближайшее время в 2015 году, в BOSCH Дизель Сервисах «БЕЛАВТОДИЗЕЛЬ.РУ», будет доступна возможность диагностики и восстановления пьезофорсунок BOSCH.

О пьезофорсунках

13.10.2015 / 24.12.2020   •   8278 / 3785

Важная отличительная особенность системы CP3 — это применение пьезофорсунок, которые относятся к поколению CRI 3. Скорость включения пьезофорсунок этого типа в 4 раза быстрее, чем у предыдущего поколения электромагнитных форсунок CRI 2. Кроме того, технология применения пьезофорсунок по сравнению с электромагнитными клапанами впрыска имеет приблизительно на 75% меньше подвижной массы на игле распылителя. Из этого складываются преимущества очень короткого времени включения, возможности большого количества циклов впрыска в течение рабочего такта и точно дозируемое количество топлива. За счет очень короткого времени включения пьезофорсунок можно гибко и точно управлять фазами и циклами впрыска. Благодаря этому процесс впрыска можно приспособить к соответствующим требованиям условий работы двигателя. В течение каждого процесса впрыска может производиться до пяти частичных циклов впрысков.

Перед основным впрыском в камеру сгорания впрыскивается небольшое количество топлива. Это способствует повышению температуры и давления в камере сгорания. За счет этого сокращается задержка самовоспламенения основного впрыска и вместе с этим снижается быстрое возрастание давления и его пик. Следствием этого являются незначительные шумы сгорания топлива и низкий уровень токсичности выхлопных газов. Число, время и количество впрыскиваемого топлива для предварительного впрыска зависят от режима работы двигателя. В холодном двигателе и при низком числе оборотов по шумовым причинам происходят два предварительных впрыска. При более высокой нагрузке и высоком числе оборотов проходит только один предварительный впрыск для уменьшения уровня токсичности выхлопных газов. При полной нагрузке и высоком числе оборотов не происходит предварительного впрыска, поскольку для высокого коэффициента полезного действия должно впрыскиваться большое количество топлива. После предварительного впрыска и короткой паузы в камеру сгорания впрыскивается основное количество топлива.
Уровень давления впрыска всего процесса остается примерно равным. Для регенерации сажевого фильтра происходят два пост впрыска. За счет их повышается температура выхлопных газов, которая необходима для сгорания частиц сажи в сажевом фильтре.

Для управления клапаном впрыска применяется пьезопривод. Он находится в корпусе клапана и управляется электрическим соединением блока управления системы впрыска. Пьезопривод имеет высокую скорость включения, он включается за менее чем, десятитысячную долю секунды. Для управления пьезоприводом используется обратный пьезоэлектрический эффект. Пьэзопривод состоит из множества пьезоэлементов, для достижения достаточно большого хода контактов управления клапанами впрыска. При подаче напряжения пьезопривод расширяется до 0,03 мм. (Для сравнения: человеческий волос имеет диаметр приблизительно 0,06 мм). К пьезоприводам подается напряжение от 110 до 148 В. Модуль сопряжения состоит из соединительной и клапанной колбы. Модуль связи действует как гидравлический цилиндр.

Он очень быстро гидравлически преобразовывает линейное расширение пьезопривода и приводит в действие клапан переключения. Гидравлической передачей клапан переключения мягко открывается и за счет этого происходит точное управление впрыском. Преимущества гидравлической передачи: незначительная сила трения, амортизация подвижных конструктивных элементов, компенсация изменения длины конструктивных элементов за счет теплового расширения и отсутствие механического воздействия на иглу распылителя. Модуль сопряжения является гидравлической системой, в которой силы соотносятся друг к другу как площади колб. В модуле сопряжения площадь соединительной колбы больше площади клапанной колбы. Клапанная колба приводится, таким образом, в действие силой соединительной колбы. Отношение площади соединительной колбы к площади клапана переключения во много раз больше. За счет этого клапан переключения приводится в действие против давления топливной рампы от модуля сопряжения. Давление топлива в модуле сопряжения поддерживается клапаном постоянного давления в обратной магистрали приблизительно на уровне 10 бар.
Это давление топлива служит в качестве воздушной подушки для гидравлической передачи между колбой соединения и клапанной колбой. В состоянии покоя клапан впрыска закрыт. Пьезопривод выключен. В пространстве управления выше иглы распылителя и к клапану переключения подается высокое давление топлива. Клапан переключения за счет высокого давления топлива и усилия пружины клапана переключения прижат в своем гнезде. За счет этого высокое давление топлива отделено от обратной топливной магистрали. Игла распылителя закрывается усилием пружины и высоким давлением топлива в пространстве управления выше распылителя. В обратной топливной магистрали давление топлива составляет приблизительно на уровне 10 бар, которое поддерживается клапаном постоянного давления в обратной магистрали клапанов впрыска. Начало впрыска проводит ЭБУ. При этом он посылает управляющие сигналы на пьезопривод. Пьезопривод расширяется и передает усилие на соединительную колбу. Движением соединительной колбы назад, в модуле сопряжения создается гидравлическое давление, которое через клапанную колбу воздействует на клапан переключения.
Клапан переключения открывается гидравлическим усилием модуля сопряжения и освобождает путь высокому давлению топлива в обратную магистраль. Топливо в области управления через сливной дроссель попадает в обратную магистраль. При этом резко падает давление топлива выше иглы распылителя. Игла распылителя поднимается и начинается впрыск. Завершение впрыска происходит, когда блок ЭБУ больше не подает управляющие сигналы на пьезопривод. Пьезопривод возвращается в свое исходное положение. Обе колбы модуля сопряжения двигаются вверх, а клапан переключения прижимается в своем гнезде. За счет этого перекрывается путь высокому давлению топлива к обратной магистрали. Через дроссель подачи топливо поступает в область управления выше иглы распылителя. Давление топлива в области управления снова растет до уровня топливной рампы и закрывает иглу распылителя. Процесс впрыска завершен и клапан впрыска находиться снова в состоянии покоя. Количество впрыскиваемого топлива определяется длительностью нахождения под управлением пьезопривода и давлением топливной рампы.
Благодаря быстрым промежуткам включения пьезопривода можно совершить большее число циклов впрыска за рабочий такт и точно определить количество впрыскиваемого топлива.

На каждой форсунке нанесен семизначный код для адаптации. Это значение для адаптации может состоять из букв и/или цифр. Значение (IMA код) определяется при изготовлении клапана впрыска на испытательном стенде. Оно представляет разность заданной величины и описывает этим параметры работы клапана впрыска. C помощью значения IMA ЭБУ дизельной системы впрыска может точно рассчитать необходимое время срабатывания для впрыска топлива через каждый отдельный клапан форсунки. За счет регулировки количества топлива для впрыска выравниваются различные параметры работы форсунок, которые возникают на основе производственных допусков. Целями данных коррекций количества впрыскиваемого топлива являются: сокращение расхода топлива, сокращение количества выхлопных газов, тихая работа двигателя.

Пьезофорсунки (CRI4) — информация о деталях

Производители новейших двигателей Common Rail полагаются на топливные форсунки с пьезоэлектрическим приводом.

 

Давление по сокращению выбросов дизельных двигателей растет. Одним из способов достижения этого является более эффективное сгорание топлива в цилиндре. Впрыск топлива в меньших объемах, более частый и более распыленный дает меньше несгоревшего топлива и, в свою очередь, более чистое сгорание с меньшими выбросами. Пьезоэлектрические топливные форсунки (CRI4), в которых используются пьезокристаллы как часть быстродействующего исполнительного механизма, помогают производителям достичь цели Евро-6.

Эти инжекторы работают, пропуская электрический ток через стопку пьезокристаллов, заставляя их расширяться; когда кристалл разряжает ток, он сжимается до исходного размера. Расширение и сжатие кристаллов вытесняет топливо внутри форсунки, в результате чего игольчатый клапан открывается и закрывается очень быстро.

При таком запуске форсунки топливо подается в камеру сгорания в пять раз быстрее, чем при использовании обычных электрогидравлических соленоидных форсунок.

Поскольку пьезоинжектор быстрее, он может выполнять больше впрысков за ход цилиндра и обеспечивает более высокое давление в топливной системе; это улучшает распыление дизельного топлива, обеспечивает улучшенный импульс распыления и большую точность. Результатом является улучшенный контроль сгорания, меньший расход топлива, значительное снижение выбросов, больший крутящий момент и мощность, а также лучшая экономия топлива.

Поперечное сечение пьезофорсунки (CRI4)

Общие вопросы ремонта и замены

Как и все компоненты системы Common Rail, эти форсунки изготавливаются с очень малыми допусками. Отказы обычно происходят из-за неправильной заправки или высокого содержания воды в топливе (из-за отсутствия обслуживания или загрязнения топливной системы).

Помните, что форсунки Common Rail работают в агрессивной среде, где они подвержены воздействию высоких температур (до 350°C), должны подавать топливо в камеру сгорания точно, быстро и под чрезвычайно высоким давлением, а также являются точкой уплотнения между камеру сгорания и атмосферу. В некоторых случаях может происходить прорыв картерных газов мимо форсунки из камеры сгорания. Это оставляет нагар между форсункой и головкой блока цилиндров, что часто требует специальных инструментов для снятия форсунок. Тщательная очистка отверстия форсунки и седла уплотнения, использование высококачественных уплотнений вместе с правильным моментом затяжки при установке новых/восстановленных форсунок могут помочь предотвратить подобные проблемы в будущем.

Пьезофорсунки используются некоторыми крупными производителями двигателей, особенно популярным является двигатель Renault 2.0 dCi. Тем не менее, это не означает конец соленоидных форсунок, поскольку производители оборудования в настоящее время находят способы заставить соленоиды давать результаты, аналогичные пьезотехнологии.

Предостережение

Пьезодиагностика может быть опасной, так как форсунки работают при напряжении до 200 вольт и 15 ампер. При отключении во время расширения пьезокристаллов они не смогут заземлиться, и инжектор останется в расширенном состоянии.

Поэтому никогда не следует пытаться отсоединить эти форсунки при работающем двигателе. Уже через несколько оборотов двигателя в цилиндр попадет достаточно топлива, чтобы вызвать гидравлическую блокировку и серьезное повреждение двигателя, не говоря уже об опасности поражения электрическим током.

*Разъяснение номеров евро

Все новые автомобили должны соответствовать стандартам «Евро», которые устанавливают ограничения на выбросы, такие как твердые частицы (сажа) и NOx (оксиды азота). Действующее законодательство Евро 5 снизило выбросы твердых частиц дизельными двигателями до уровней, аналогичных бензиновым автомобилям.

С сентября 2015 года все новые автомобили должны соответствовать стандарту Евро-6. Это снижает выбросы NOx дизельными автомобилями, делая их почти такими же чистыми, как бензиновые автомобили с точки зрения загрязняющих веществ.

Связанные статьи

Совершенство заточки

Основы дизельных топливных фильтров

Важность зазоров подшипников в восстановленных двигателях

Обжиг торца клапана и желоба

Удаление грязи при отказе двигателя

Проверка на предмет повреждений

Неисправности штоков и направляющих клапанов

Решения по выбросам

Чистый подшипник

Высокое давление, высокая производительность

Трещина в головке клапана

Инъекция инсайтов

В основе эффективности двигателя

ВНИМАНИЕ ЗАЗОРЫ ПОРШНЕВЫХ КОЛЬЦ

Хорошая вибрация с резино-металлическими деталями Febi

Federal Mogul — Выпускные и впускные клапаны

Ворота Техзона

Износ и прогорание поверхности клапана

Затраты на загрязнение — как избежать счета

Интерпретация технологии регулируемых клапанов

ШЛАНГИ ДЛЯ ТУРБО — ВОПРОСЫ МАТЕРИАЛОВ

ПОДДЕРЖИВАЙТЕ ТРАНСМИССию В ЧИСТОТЕ

ФИЛЬТР КОНКУРСА

Конструкция прокладки головки блока цилиндров от Federal-Mogul

Технология CarboGlide

Эффективность и экономичность топливной системы

Комплект Gates PowerGrip® с водяным насосом

Антифриз и охлаждающие жидкости

Поршневая технология

Смазочные материалы и фильтры для двигателей

Выберите правильное масло для правильного двигателя

Механический вакуумный насос / Комбинированный вакуумно-топливный насос

Выбросы CO2 и расход топлива

Замена цепи привода ГРМ

Подпитка Роста

Прокладки и уплотнительные компоненты

Комплекты для вторичного рынка

Преобразование LPG и свечи зажигания LPG

Замена салонного фильтра

Замена распределительного вала

Дизель Common Rail Обзор

Качество и технология воздушного фильтра

Неисправность цепи привода ГРМ

Возможности дизельных двигателей Common Rail

Выбор топливного шланга

Дизельная технология Common Rail

Технология и качество OAP

Замена ремня и водяного насоса

Технология электрического перепускного клапана

Турбо REA и SREA

Турбо-превышение скорости

Турбомасляное голодание

Утечки масла турбокомпрессора

Загрязнение масла турбокомпрессора

Урон от турбоудара

Инструмент для топливного насоса

Поиск и устранение неисправностей электрических топливных насосов

Электрические топливные насосы, заменяющие механические

Руководство по поиску и устранению неисправностей ремня ГРМ

Руководство по установке ремня ГРМ

Руководство по поиску и устранению неисправностей натяжителя

Связанные загрузки

Что такое пьезофорсунки и как они работают?

06 Янв Что такое пьезофорсунки и как они работают?

Зачем нужны пьезодизельные форсунки?

Наряду с экономическим ростом и общественным прогрессом сегодня общество по праву уделяет больше внимания экологической устойчивости. Из-за проблем с выбросами дизельных двигателей для решения этой проблемы были разработаны пьезодизельные форсунки. Нормы, касающиеся выбросов дизельных двигателей, становятся все более строгими, однако требования клиентов к более тихим двигателям с повышенной выходной мощностью побудили ведущие мировые компании в области технологий впрыска топлива инвестировать в обширные исследования и разработки. Чтобы удовлетворить требования клиентов, оставаясь при этом в соответствии с требованиями и опережая нормативные требования, были разработаны пьезофорсунки для дизельных двигателей, которые снижают выбросы за счет повышения эффективности сгорания топлива в цилиндре. Такой технологический прогресс ведет к новой фазе с возможностями повышения производительности и снижения выбросов за счет точно рассчитанного и дозированного впрыска топлива в процессе сгорания дизельного топлива.

Что такое пьезоэлектрический эффект?

В технологии пьезоэлектрических инжекторов используется пьезоэлектрический эффект, поэтому инжектор получил такое название. Явление пьезоэлектрического эффекта было открыто в 1880 году Пьером Кюри (да, нобелевским лауреатом и мужем Марии Кюри!) и его братом Жаком. Пьезоэлектрическая технология, относительно неизвестная многим людям, на самом деле является секретом многих удобств в нашей повседневной жизни, поскольку она широко используется в мобильных телефонах, наушниках, ультразвуковых изображениях и, конечно же, дизельных топливных форсунках. ! Некоторые кристаллы обладают этим уникальным свойством и называются «пьезоэлектрическими»: когда механическое напряжение действует вдоль определенных осей кристалла, на поверхности кристалла генерируется электрический заряд. Эта электрическая поляризация возникает из-за смещения положительных и отрицательных ионов в кристалле, и между концами кристалла образуется электрическое поле. Точно так же существует «обратный пьезоэлектрический эффект», когда электрическое напряжение, приложенное к торцам кристалла, может вызвать расширение или сжатие кристалла. Таким образом, используя эти отмеченные характеристики пьезоэлектрических кристаллов, пьезокристаллы нашли свое применение в качестве критического компонента пьезоэлектрического инжектора. Обладая способностью быстро расширяться при контакте с электрическим зарядом, пьезоэлектрические кристаллы служат эффективными исполнительными механизмами в дизельных топливных форсунках. Эта технология действует в пять раз быстрее, чем стандартная традиционная форсунка, и работает без трения, что приводит к точным измерениям топлива и может впрыскивать топливо от 6 до 10 раз за цикл сгорания.

Как работают пьезофорсунки?

Ключом к функционированию современной технологии Common Rail является пьезоэлектрический инжектор. В дизельных форсунках Piezo пьезокристаллы изменяют свою структуру менее чем за тысячные доли секунды, слегка расширяясь при подаче электрического напряжения. Сотни пьезопластин, уложенных друг на друга в инжекторе, будут расширяться, и при этом происходит линейное движение, которое передается непосредственно на иглу инжектора без какой-либо механической связи между ними. Это предотвращение механических сил, действующих на иглу форсунки, является отличительной чертой такого встроенного пьезоинжектора, и это уменьшает движущиеся массы и трение, что приводит к большей стабильности инжектора.

Блок управления двигателем со специально разработанным выходным каскадом используется для включения встроенной пьезофорсунки Common Rail. Поскольку дизельные форсунки Piezo используются в системах впрыска Common Rail, топливо под высоким давлением непрерывно подается к наконечнику форсунки, где находится игла, предотвращающая впрыск топлива. На вершину этой иглы также направляется топливо под давлением, усилие от которого удерживает иглу закрытой. При подаче питания пьезокристалл открывает клапан над иглой. Это позволяет топливу под давлением в верхней части иглы возвращаться в бак через возвратную линию. Без давления, удерживающего иглу закрытой, топливо впрыскивается в камеры сгорания. Позже привод обесточивается, закрывая клапан, что затем вызывает накопление топлива под высоким давлением, которое заставляет иглу снова закрыться.

Каковы преимущества пьезофорсунок?

Поскольку пьезофорсунка работает быстрее, она может выполнять больше впрысков за один ход цилиндра и обеспечивает более высокое давление в топливной системе. Это улучшает распыление дизельного топлива, обеспечивая улучшенный импульс распыления и большую точность. Кроме того, технология обеспечивает большую гибкость в отношении начала закачки и соответствующего временного интервала между отдельными событиями закачки. Кроме того, новые разработанные пьезоинжекторы имеют меньшие размеры и вес по сравнению с традиционными инжекторами. С использованием Пьезофорсунки , мы можем извлечь выгоду из улучшенного контроля сгорания, меньшего расхода топлива, снижения шума, повышения производительности двигателя и значительного сокращения выбросов.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Этот блог предоставляет общую информацию и не должен восприниматься как техническая консультация. Представленная информация может быть неполной или неактуальной. Поскольку каждая ситуация уникальна, вам всегда следует консультироваться с обученным специалистом по впрыску дизельного топлива, чтобы получить рекомендации конкретно в вашем случае.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *