Лабораторно – практическая работа № 5 Исследование режима работы топливной форсунки ижекторного двигателя
Цель работы: изучить принцип работы топливной форсунки ДВС в зависимости от различных режимов работы ДВС.
Программа работы:
Используя конспекты лекций, учебники и учебные пособия, настоящие методические указания, а также доступный справочный материал:
изучить конструкцию и принцип топливной форсунки ДВС автомобиля;
ознакомиться с экспериментальной лабораторной установкой;
изучить порядок подготовки к работе и порядок работы с лабораторным стендом.
Методический материал к лабораторной работе
Конструкция и принцип действия форсунок ижекторных ДВС
Форсунка (инжектор) - управляемый электромагнитный клапан, обеспечивающий дозированную подачу топлива в цилиндры двигателя. Существуют форсунки для центрального (одноточечного, моно) и для распределённого (многоточечного) впрыска. Они располагаются между топливной рейкой и головкой блока (рисунок 1).
|
Рисунок.1 – Схема топливной системы автомобиля с инжекторным впрыском |
Основные принципы любой современной инжекторной системы впрыска выглядит следующим образом: воздух, который поступает в двигатель, измеряется специальным датчиком расхода воздуха, данные показания переносятся в компьютер, анализирующий их и на основе некоторых процессов заложенных в его памяти (температура воздуха, температура двигателя, степень открытия дроссельной заслонки (также скорость, с которой она открывается), скорость вращения коленчатого вала и т.д.) рассчитывает то количество топлива, которое необходимо сжечь в количестве воздуха при данном режиме работы двигателя. Затем, компьютер передает на форсунки электрический импульс необходимой длительности, открываются форсунки, топливо (которое находится под давлением) впрыскивается во впускной коллектор (рисунок 2).
|
Рисунок.2 – Впускной коллектор классического инжекторного двигателя |
Устройство непосредственного впрыска топлива представлено на рисунке 3.
|
Рисунок.3 – Система прямого впрыска топлива. |
Основное различие в инжекторах - исключительно в пропускной способности. Если для стандартной автомашины достаточно работы форсунок на частоте 200 герц, то для тюнинговой топливной форсунки могут потребоваться инжекторы, работающие на частотах в несколько раз выше (рисунок 4). Производительность этих соленоидов измеряется объёмом топлива в см3 топлива в минуту.
|
Рисунок.4 – Разные типы топливных форсунок для инжекторных ДВС |
В зависимости от способа осуществления впрыска различают следующие виды форсунок:
электромагнитная;
электрогидравлическая;
пьезоэлектрическая.
Электромагнитная форсунка
Электромагнитная форсунка устанавливается, как правило, на бензиновых двигателях, в т.ч. оборудованных системой непосредственного впрыска. Форсунка имеет достаточно простое устройство, включающее электромагнитный клапан с иглой и сопло (Рисунок 5).
|
Рисунок.5 – Строение электромагнитной форсунки
|
Работа электромагнитной форсунки осуществляется следующим образом. В соответствии с заложенным алгоритмом электронный блок управления обеспечивает в нужный момент подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана. При этом создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло. Производится впрыск топлива. С исчезновением напряжения, пружина возвращает иглу форсунки на седло.
Электрогидравлическая форсунка
Электрогидравлическая форсунка используется на дизельных двигателях, в т.ч. оборудованных системой впрыска Common Rail. Конструкция электрогидравлической форсунки объединяет электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели (Рисунок 6).
|
Рисунок.6 – Строение электрогидравлической форсунки
|
Принцип работы электрогидравлической форсунки основан на использовании давления топлива, как при впрыске, так и при его прекращении. В исходном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Впрыск топлива не происходит. При этом давление топлива на иглу ввиду разности площадей контакта меньше давления на поршень.
По команде электронного блока управления срабатывает электромагнитный клапан, открывая сливной дроссель. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль. При этом впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не изменяется, под действием которого игла поднимается и происходит впрыск топлива.
Пьезоэлектрическая форсунка
Самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива, является пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка). Форсунка устанавливается на дизельных двигателях, оборудованных системой впрыска Common Rail (Рисунок 7).
|
Рисунок.7 – Строение пьезоэлектрической форсунки
|
Преимуществами пьезофорсунки являются:
быстрота срабатывания (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана), и как следствие возможность многократного впрыска топлива в течение одного цикла;
точная дозировка впрыскиваемого топлива.
Это стало возможным благодаря использованию пьезоэффекта в управлении форсункой, основанного на изменении длины пьезокристалла под действием напряжения. Конструкция пьезоэлектрической форсунки включает пьезоэлемент, толкатель, переключающий клапан и иглу, помещенные в корпусе.
В работе пьезофорсунки, также как и электрогидравлической форсунки, используется гидравлический принцип. В исходном положении игла посажена на седло за счет высокого давления топлива. При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина, которая передает усилие на поршень толкателя. Открывается переключающий клапан, топливо поступает в сливную магистраль. Давление выше иглы падает. Игла за счет давления в нижней части поднимается и производится впрыск топлива.
Количество впрыскиваемого топлива определяется:
длительностью воздействия на пьезоэлемент;
давлением топлива в топливной рампе.
Бензиновые форсунки GDI. Термин GDI появился по классификации фирмы Mitsubishi, впервые применившей в серийном производстве двигатели с непосредственным впрыском топлива, работающих на сверхобедненных смесях, где основополагающим фактором является время поднятия и опускания иглы.
Если в обычных двигателях время открытия форсунки составляет от 2 до 6 мсек., то в двигателях, работающих на сверх обедненных смесях время открытия составляет порядка 0,5 мсек. Обычные методы подачи 12 вольт на форсунку уже не обеспечивают быстрого ее открывания и закрывания. На этих форсунках применяется способ Peak-n-Hold (пиковое напряжение + удержание). Суть метода состоит в том что для быстрого открывания на форсунку подается большое напряжение. Например, для форсунок GDI фирмы Mitsubishi это напряжение составляет порядка 100 вольт. При сопротивлении форсунки от 0,9 до 2,0 Ом. Катушка быстро достигает насыщения, магнитное поле максимально – для удержания сердечника в катушке требуется значительно меньшее магнитное поле, и, следовательно, меньший ток. Ток в катушке резко уменьшается. Наступает фаза hold, на форсунку подается нормальное рабочее напряжение. Ток приобретает следующий вид (Рисунок 8):
|
Рисунок.8 – Осциллограмма работы форсунки GDI фирмы Mitsubishi |
Фирма Mercedes в системах FSI (а так же WV, взявших у них лицензию) применяет другой способ уменьшения тока до рабочего. Это разработка фирмы Bosch и выглядит следующим образом. Вместо уменьшения напряжения применяется Широтно-Импульсная Модуляция (ШИМ). Осциллограмма приобретает следующий вид (Рисунок 9):
|
Рисунок.9 – Осциллограмма работы форсунки фирмы Bosch |
