Пьезоэлектрические форсунки
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.
Что такое форсунки, и принцип их работы
Статьи 6 Апреля, 2017
В последнее время, топливные форсунки стали одним из важнейших элементов системы впрыска дизельных и бензиновых моторов в автомобилестроении. Инжекторные моторы получили большое распространение из-за более эффективного впрыска топлива и возможности добиться более качественной топливной смеси, а следовательно, появилась хорошая возможность улучшить экономичность, экологичность и мощность силовых агрегатов. Со временем, топливные форсунки развивались, и с каждым поколением появлялись новые особенности в конструкции. Далее в статье, будет приведена краткая информация о всех применяемых типах форсунок и особенностях их конструкции.
Зачем нужны топливные форсунки
Топливные форсунки — это элемент системы инжекторного впрыска топлива в камеры сгорания. Применяются на современных моторах с дизельным и бензиновым топливом. Форсунки распыляют топливо в камеры сгорания через сопла специальной формы, которые формируют строго заданный топливный факел, обеспечивающий качественное смешивание топлива и воздуха, что дает более полное сгорание топливной смеси.
Но существует небольшая разница между форсунками для бензиновых и дизельных систем, заключающаяся в рабочем давлении в топливной магистрали. В двигателях, работающих на бензине, современные бензонасосы создают давление в 1 — 2 атмосферы, а в "дизелях", специальные топливные насосы высокого давления, нагнетают дизельное топливо до давления в сотни атмосфер.
Далее пройдемся по типам форсунок, отличающиеся по принципу работы клапанов.
Механические форсунки
Механическая форсунка отличается простотой и надежностью конструкции, используется в автомобильном производстве несколько десятилетий. Ее принцип работы основан на открытии клапана при достижении определенного давления. Конструкция форсунки представляет собой корпус, сопло, и подпружиненная игла, закрывающая доступ топлива к соплу. При достижении определенного давления в камере с топливом, нагнетающегося топливным насосом высокого давления — игла приподнимается, и дает доступ скопившемуся топливу к соплу. При резком падении давления в камере форсунки, игла снова перекрывает форсунку.
Данная конструкция позволяет использовать форсунки на самых простых дизельных моторах, но требования экономичности и экологичности двигателей повышаются с каждым годом. Это вынуждает производителей отказываться от данной конструкции, как неспособной дать большего контроля над процессом смешивания топливной смеси.
Электромагнитные форсунки
На фото: Электромагнитные форсунки дизельного мотора
Многие современные и недорогие бензиновые двигатели оснащаются электромагнитными форсунками. Хоть конструкция не менее вынослива предыдущей, но она не приспособлена для работы с высоким давлением дизельных систем.
Как становится понятным из названия, форсунка имеет похожую конструкцию с механической, только имеет электромагнит, поднимающий запорную иглу при сигнале от блока управления. Данная конструкция позволяет более точно регулировать момент подачи распыленного бензина в цилиндры, и позволяют добиться лучших показателей от силового агрегата.
Электрогидравлические форсунки
Данный тип форсунок объединил две предыдущие технологии, и полностью приспособлен к использованию на "дизелях". Большое давление в топливной системе, уравнивается тем, что давление на иглу происходит сверху и снизу. Тем самым, в верхней камере и в нижней образуется одинаковое давление. Но в нижнюю камеру, топливо попадает через узкий канал, увеличивая время на уравновешивание давления в двух камерах.
При срабатывании электромагнитного клапана, из-за равного давления - большая мощность не требуется, игла открывает доступ к соплу и позволяет топливу из нижней камеры поступить в цилиндр. Но верхняя камера напрямую соединена с топливной магистралью и быстро заполняется, увеличивая давление на иглу. После закрытия, нижняя камера наполняется топливом через узкий канал, и давление уравнивается.
Форсунки показали себя надежным механизмом, эффективным при использовании на любых двигателях, но применяется на современных дизельных двигателях. Так как, на бензиновых системах достаточно и электромагнитных форсунок. Кроме этого, электрогидравлические форсунки применяются в двигателях с системой непосредственного впрыска топлива в цилиндры.
Пьезоэлектрические форсунки
Пьезоэлектрические форсунки — это самое современное изобретение, применяющееся на массовом производстве современных дизельных моторах, оснащенных системой непосредственного впрыска в цилиндры. По принципу работы. Они полностью повторяют электрогидравлические форсунки, за единственным исключением — в качестве привода клапана используется не электромагнит, а пьезоэлектрический кристалл.
Уже давно известен эффект, при котором, некоторые кристаллы способны менять свою форму под воздействием электрического разряда. Этот же эффект наблюдается и в обратную сторону. Если воздействовать на такой кристалл механическим способом — то вырабатывается электрический разряд. При конструировании, были использованы кристаллы, способные увеличивать свою длину под воздействием электричества, приводя в действие механизмы клапана в форсунке.
Основным преимуществом новой технологии, стала быстрота срабатывания клапана, что позволило производить многократный впрыск за один такт. Современные системы способны срабатывать до девяти раз за один такт. Это значительно улучшило качество топливной смеси, и позволяет еще больше улучшить характеристики дизельных агрегатов.
© 2007-2022.
Сетевое издание «CarsWeek» зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 25 апреля 2017 года.
Свидетельство о регистрации ЭЛ № ФС77-69477. Учредитель: Богачков Сергей Григорьевич. Главный редактор: С. Г. Богачков.
Электронная почта редакции: [email protected]. Телефон редакции: +7-915-979-14-25.
Использование материалов сайта разрешается только с установкой активной гиперссылки на CarsWeek.ru. 16+
Технический отдел: объяснение пьезофорсунок
Если вы когда-нибудь видели искры, создаваемые кем-то, кто жует Wint-O-Green Life Savers в затемненной комнате, вы были свидетелем этого явления: некоторые кристаллические материалы, такие как сахар, производят незначительное количество электричества, когда вы их сжимаете. Для него даже есть слово «пьезоэлектрический», которое описывает электричество, возникающее в результате давления. Но этот процесс также обратим, поскольку эти же материалы немного расширяются при воздействии на них электричества. В автомобиле есть множество мест, где может пригодиться пьезоэлектрическое расширение.
Возьмем, к примеру, точное дозирование, необходимое для современной доставки топлива. Компании Bosch, Continental и Delphi, среди прочих, использовали это специфическое свойство расширяющегося пьезоматериала, а не обычного электромагнита, чтобы открыть сопло топливной форсунки и точно впрыскивать топливо как в бензиновые, так и в дизельные двигатели. Однако заставить эти устройства работать не так-то просто.
Одна из причин заключается в том, что расширение пьезокристаллов незначительно. Кусочек пьезоматериала толщиной в две сотых дюйма расширяется только примерно на 0,00002 дюйма, когда на него попадает примерно 140 вольт электричества. Этих двухсоттысячных дюйма недостаточно, чтобы сдвинуть иголку форсунки, которая является частью, которая закрывает сопло и должна открываться для впрыска топлива.
Инжектор Continental имеет сотни маленьких пьезоэлементов, уложенных друг на друга, так что комбинированное расширение увеличивает общее движение. Стек обеспечивает перемещение на 0,004 дюйма — этого достаточно, чтобы переместить иглу достаточно далеко для впрыска топлива. Но поскольку это движение происходит в неправильном направлении — вниз, а не вверх, — добавление двух крошечных рычажков позволяет расширить пьезоэлемент, чтобы поднять штифт и начать распыление топлива. Когда впрыск завершен, напряжение отключается, пьезоэлемент сжимается, и пружина закрывает штифт.
Пьезофорсунки имеют несколько ключевых преимуществ, которые оправдывают все эти проблемы. Во-первых, они открываются и закрываются намного быстрее, чем обычные форсунки. Это обеспечивает более точный контроль интервала впрыска, который определяет, сколько топлива впрыскивается в двигатель. Пьезоустройства также обеспечивают обратную связь, производя мельчайшие колебания электричества, используемого для их активации. Например, если компьютер управления двигателем запрашивает время открытия форсунки 0,5 секунды, а реакция форсунки показывает, что она открылась всего на 0,49 секунды. 6 секунд, компьютер может добавить немного времени к следующему циклу впрыска, чтобы компенсировать это. Такая точная дозировка топлива способствует лучшему сгоранию, что приводит к большей экономии топлива и снижению выбросов.
Мало того, что пьезофорсунки более точны, чем обычные твердотельные инжекторы, они также могут выполнять некоторые трюки, которые полностью выходят за рамки возможностей их предшественников. Во-первых, при подаче немного меньшего электричества пьезокристаллы меньше расширяются, поэтому форсунки могут частично открываться. Меньшее отверстие означает более длительное время впрыска, что полезно при попытке точно впрыснуть небольшое количество топлива, например, когда автомобиль почти движется накатом. Поскольку они действуют очень быстро, пьезофорсунки также могут впрыскивать несколько раз (до семи в некоторых дизелях) в течение одного цикла сгорания. Эта гибкость может снизить выбросы во всех двигателях, а также ограничить образование сажи в дизельных двигателях.
Эти преимущества обеспечили применение пьезофорсунок во многих новейших дизельных и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском. А компания Continental, например, утверждает, что ее пьезоэлементы не стоят больше, чем обычные аналоги с меньшими возможностями. Пьезофорсунки являются одним из ключевых устройств, которые будут поддерживать конкурентоспособность двигателей внутреннего сгорания по сравнению с этими надоедливыми электрическими выскочками на долгие годы.
Этот контент импортирован из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
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, улучшения характеристик 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.
