–дозировать с высокой точностью количество впрыскиваемого топлива на различных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя;

–управлять формой и длительностью импульса впрыска;

–быстро и независимо управлять форсунками (длительность одного впрыска 100 – 200 мкс), что позволит осуществлять несколько впрысков в один и тот же цилиндр в течение одного цикла;

–обеспечивать малое потребление топлива и минимальный уровень выброса в атмосферу вредных примесей отработавших газов.

7.2. Расчетное определение основных параметров пьезопривода управления клапанным узлом форсунки

124

4. Сила, развиваемая пьезоэлементом при подаче электрического напряжения амплитудой 100 В, равна

F= Sп ∙U / (g33 ∙h3) = 7∙ 10-4 ∙100 / (25,4 ∙10-3 5 ∙10-4) = 5559 Н. (7.4)

5.Перемещение (увеличение высоты вдоль оси у) одного пьезо-

элемента в магнитном поле, создаваемое напряжением 100 В, будет равно

∆У = F / К = 5559 / 10,78 ∙10 10 = 515 ∙10-10 м (515 ∙10 -4 мкм). (7.5)

Увеличение высоты одного пьезоэлемента составит 0,05 мкм. Если взять общую длину пакета, равную 100 мм, то при толщине одной пластины 0,5 мм их необходимо взять 200 штук. Общее удлинение пакета пластин составит 10 мкм. При использовании рычажного механизма с передаточным числом пять общий ход исполнительного механизма составит 50 мкм. Для эффективной работы клапана управления форсункой необходимо, чтобы ход клапана был не менее 100 мкм (0,1 мм). Для увеличения хода клапана в 2 раза можно увеличить управляющее напряжение питания пакета пьезоэлементов со 100 до

200 В.

щения недостаточно для эффективной работы (открытия или закрытия) клапана управления. Необходимо перемещение клапана не менее 100 мкм. Для этого нужно повышать управляющее напряжение до 200 – 300 В или использовать рычажный механизм с передаточным числом 3 – 5.

На рис. 7.6 приведены результаты расчета изменения толщины (приращения) одного пьезоэлемента толщиной 0,5 мм в зависимости от величины подводимого напряжения. Материал пьезокерамики ЦТБС- 8.

Из анализа рис. 7.6 следует, что приращение пьезоэлемента пропорционально величине подводимого напряжения.

Электрическая ёмкость одного элемента Со (Ф) вдоль оси определяется из выражения [28]

125

εо – электрическая постоянная, 8,85∙ 10-12 Ф/м;

Sэ – площадь двух электродов, разделяющих пьезоэлемент, м2.

щий эффективность преобразования электрической энергии, подводимой к материалу, в механ ческую, определяется расчетным путем или принимается равным 0,6 – 0,7 [28].

На рис. 7.7 показан разрез форсунки с пьезоэлектрическим управлением хода иглы. В форсунке пьезоэлектрический элемент воздействует непосредственно через толкатель 6 на переключающий клапан 8, открывая его. Данная форсунка имеет сложную конструкцию и высокую себестоимость (до 20 тыс. руб.), но отличается большим быстродействием и лучшей управляемостью. За впрыск она способна до четырех раз открыть и закрыть уплотнение между запорным конусом иглы и седлом, что не позволяет выполнить форсунка с элек-

126

трогидравлическим управлением. Быстрое и полное открытие и закрытие клапана с пьезоэлектрическим элементом позволяет четко разделять фазы впрыска (запальную, основную и дополнительную), точнее изменять продолжительность отдельных фаз и отмерять соответствующие им дозы топлива.

Рис. 7.7.иОбщ й в д форсунки с пьезоэлектрическим управлением хода иглы:

1 – штуцер для подвода топлива из аккумулятора;

управления; 11 – поршень; 12 – пружина иглы;

13– толкатель иглы; 14 – игла распылителя; 15 – корпус распылителя; 16 – стакан

На рис. 7.8 показана характеристика подачи топлива с запальной, основной и двумя дополнительными фазами, полученная при помощи форсунки с пьезоэлектрическим управлением.

127