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%).