7.3. Диагностирование форсунок с пьезоэлектрическим управлением хода иглы распылителя

В процессе диагностирования пьезопривода форсунки необходимо проверить величину управляемого напряжения, емкость и перемещение пьезопривода. Пьезопривод форсунки осуществляет ход толкателя на величину примерно 100 мкм. Величину микроперемещения возможно определить при помощи лазерного интерферометра [29], который позволяет оценить величину перемещения пьезопривода с точностью до 0,05 мкм.

Важным является не только равенство хода клапана (штока) во всех форсунках, но и их герметичность. При требуемой герметичности клапанов, например четырех форсунок двигателя, величина сливаемого топлива из камеры управления каждой из форсунок должна быть одинаковой (например, 100 ± 5 см3 в минуту при номинальной

Критерием герметичности клапана управления (его исправности) и изменением его хода может служить величина объема сливаемого топлива из форсунки. Слив топлива из камеры управления форсунки необходим для подъема иглы распылителя и впрыска топлива в камеру сгорания. При закрытии клапана управления форсункой слив топлива прекращается, давление в камере управления увеличивается,

стин, подключают параллельно?

6. Как изменяется толщина (длина) пьезоэлемента в зависимости от величины подводимого напряжения?

7. Назовите этапы технологического процесса изготовления пьезокерамического изделия.

8. Как выполняется диагностирование форсунок с пьезоэлектрическим управлением?

129

8. КОНСТРУКЦИЯ АГРЕГАТОВ НАДДУВА

8.1. Системы наддува двигателей

Швейцарский инженер Альфред Бюхи впервые соединил поршневую и лопаточную машину. В 1905 г. он получил патент за № 1006907 от Федерального патентного ведомства США. Суть патента заключалась в том, что на одном валу с поршневым двигателем располагалось колесо осевой турбины. Отработавшие газы направлялись на лопатки турбины, совершая работу. На том же валу был установлен осевой компрессор, который под давлением подавал воздух во впускную систему поршневого двигателя.

В 1925 г. в Германии на теплоходах Preuben и Hansastadt были установлены двигатели с турбонаддувом [30].ИВ 1935г. двигатели с турбонаддувом стали применять на подводных лодках и локомотивах. В 1938г. швейцарский машиностроительныйДзавод Sauer стал первой компанией, которая занялась разработкой и внедрением турбонагнетателей для грузовых автомобилей. В начале шестидесятых годов впервые в Германии стали заниматьсяАразработкой турбонагнетателей для двигателей легковых автомобилей. Компрессоры приводились в действие механическим путёмб(от вала двигателя) или от турбины, которая вращалась от энергии отработанных газов (газовая связь). При установке турбонаддуваивначале предпочтение отдавалось гоночным автомобилям.

ИзвестноС, что мощность двигателя можно увеличить, повышая частоту вращения коленчатого вала. У «атмосферных» двигателей при больших частотах вращения снижается наполнение цилиндров свежим зарядом воздуха в результате дросселирования впускных клапанов. Применение многоклапанных двигателей полностью не решает данную проблему. Использование многоклапанной системы и турбонаддува на двигателях позволяет повысить мощность не только за счёт увеличения частоты вращения (7600 мин-1, Honda), но и за счёт повышения плотности заряда (больше воздуха и больше топлива).

Применение наддува снижает удельный эффективный расход топлива по следующим причинам:

1. Высокий крутящий момент и большая мощность позволяют иметь больше передаточных чисел КПП, благодаря чему снижается общая рабочая частота вращения вала двигателя.

130

2. По сравнению с равносильным «атмосферным» двигателем двигатель с наддувом имеет меньшие габариты, а следовательно, выше механический КПД (меньше потери на газообмен и трение).

3. Малый вес двигателя с наддувом снижает вес автомобиля. 4. Наддув способствует повышению эффективного КПД. Системы наддува можно разделить на следующие виды:

– механический наддув (привод компрессора от двигателя);

– газотурбинный наддув (газовая связь компрессора и турбины);

– наддув нагнетателем с электрическим приводом;

– инерционный наддув (использование колебаний потока);

– комбинированный наддув (механическая и газовая связь);

– гипербар (сверхдавление), система с дополнительной камерой

Система с механическим приводом компрессора показана на рис. 8.1. Как правило, механические нагнетатели приводятся во враща-

гателях малой мощности. ЭкономичностьДдвигателя снижается в связи с расходом части полезной работы для привода нагнетателя. Системы

тельное движение от коленчатого вала при помощи ременной или шес-

теренной передачи. Преимущество – жёсткая связь с коленчатым валом

двигателя, недостаток – работает за счёт мощности двигателя, снижая

его КПД. Механические нагнетатели целесообразно применять на дви-

Рис. 8.1. Наддув двигателя при помощи приводного компрессора: 1 – ДВС; 2 – повышающая механическая передача; 3 – компрессор

131

В настоящее время широко используется газотурбинный наддув (рис. 8.2). Турбокомпрессор – это агрегат, состоящий из центробежного компрессора и газовой турбины, рабочие колеса которых расположены на одном валу. Вал колеса компрессора и турбины не связан с коленчатым валом. Поэтому турбокомпрессор называется свободным, а связь с двигателем – газовой.

Газовая турбина работает от выхлопных газов двигателя, энергия которых используется на привод компрессора. Газовая связь обеспечивает простоту конструктивного выполнения и удобную компоновку всего наддувочного агрегата. При сжатии воздуха в компрессоре его температура повышается, а плотность снижается. При высоких давлениях наддува требуется охлаждение воздуха, что увеличива-

На рис. 8.3 изображен комбинированный наддув. Данный вид наддува использует как механический привод нагнетателя от двигателя, так и газовую связь.

Данный вид наддува называют двухступенчатым. Первая ступень – приводной компрессор, который обеспечивает наддув на малых частотах вращения двигателя. А вторая ступень – турбокомпрессор. При достижении двигателем достаточных больших частот вращения компрессор первой ступени отключается, а при понижении – вновь вступает в работу.

132

дува) по конструктивному исполнению могут быть объемного или динамического типа. Агрегат (от лат. присоединяю) – укрупненный унифицированный элемент машины, выполняющий определенные функции. Наддув – это увеличение количества свежего заряда в цилиндре двигателя за счет повышения давления воздуха при впуске.

Сжатие газа и повышение давления путем сближения молекул может осуществляться в результате уменьшения объема рабочего пространства машины (поршневые, винтовые компрессоры). В динамических агрегатах (центробежные и осевые компрессоры) сжатие газа происходит путем разгона молекул и последующего торможения их в расширяющихся каналах (диффузорах) [31]. Движение газа может проходить в радиальном (по радиусу колеса) направлении и осе-

В настоящее время в дизелях получил распространение газотурбинный наддув. В бензиновых двигателях малой мощности применя-

вытеснить известные системы подачи воздуха, так как частоту враще-

ется механический наддув. Наддув сДэлектрическим приводом может

ния колеса компрессора можно настроить в зависимости от карты ха-

впускных газопроводов (бпереключениеАна нужную длину впускного канала при помощииповоротной заслонки). В динамической системе наддува воздушный столб ускоряется и тормозится, поступая в цилиндр, повышаяСв нем давлен е. Ускорение воздушного потока про-

рактеристик, что позволит на любом режиме работы двигателя пода-

вать в цилиндр оптимальное количество воздуха. Наддув за счёт ко-

лебания газового потока может быть осуществлён изменением длины

исходит путём переключен я на длинный впускной канал с узким сечением.

Для регулирования давления наддува применяют следующие системы: перепуск газа мимо турбины; использование турбины с изменяемой геометрией (поворот лопаток соплового аппарата); подвод газа на колесо турбины с различной скоростью (один или два подводящих канала); электрический регулируемый привод.

Турбины по конструктивному исполнению могут быть изобарными и импульсными. У импульсной турбины энергия газов в 1,3 раза больше, чем у изобарной, однако КПД на 10 – 15% ниже. Опыт эксплуатации турбин показывает, что при работе двигателя на основном номинальном режиме предпочтительнее изобарная турбина, а на режиме максимального крутящего момента – импульсная.

134

К входу турбины газ может подводиться изобарно (при постоянном давлении) и импульсно (лат. – удар, толчок). При изобарной системе выпускные патрубки всех цилиндров объединяются в общий коллектор и импульсы давления выравниваются. Изобарная система рекомендуется для двигателей, которые основное время работают на номинальном режиме (максимальная частота вращения вала и мощность двигателя). Данная система имеет простую конструкцию выпускного коллектора. Лопатки турбины работают при меньших колебаниях, и их надежность, долговечность увеличиваются. Более равномерное распределение воздуха независимо от числа цилиндров. К недостаткам следует отнести следующее:

1.При малых нагрузках имеет место обратный поток газов (дав-

ление газов в турбине больше давления воздуха на выходе из компрессора). И

2.Двигатель обладает худшей приемистостью (способность быстро набирать скорость) по сравнениюДс импульсной турбиной.

Для двигателей, работающих основное время на режиме макси-

мального крутящего момента (средние частоты вращения вала двигателя), целесообразно применятьАимпульсные турбины. Для этой цели разделяют выпускные трубопроводы так, чтобы импульсы давления не смешивались. б

На рис. 8.5 показан пример разделения выпускных трубопроводов для рядных и V-иобразных двигателей.

Более подробно рассмотрим методику создания системы импульсного наддуваСна пр мере двигателя 4ЧН 13/14 мощностью 80 кВт при частоте вращен я 1750 мин-1. Анализ фаз (греч. – появление)

газораспределения показывает (рис. 8.6), что период выпуска составляет 2800. Между 1 и 4, а также 2 и 3 цилиндрами процесс выпуска отработавших газов составляет 3600 (см. таблицу на рис. 8.6). Если объединить 1 и 4 выпускные патрубки 1 и 4 цилиндров, а также 2 и 3 цилиндров, то импульсы давления, создаваемые на выпуске, без изменения дойдут до турбины. На рис. 8.6 показаны импульсы волны

давления на выпуске 1 и 4 цилиндров (Рвып) [37]. До периода продувки величина давления выпускных газов Рвып превышает значение давления наддува Рк. Но когда впускной и выпускной клапаны открыты (период продувки), то Рк становится больше Рвып. Продувка цилиндров от остаточных газов под действием перепада давления становится более эффективной. Уменьшается работа на выталкивание отработавших газов.

135

Для эффективной работы системы наддува с импульсной турбиной необходимо в момент перекрытия клапанов (впускной и выпускной клапаны открыты), лучшей продувки, меньшей затраты энергии должно соблюдаться условие Рк > Рвып . До периода продувки давление выпускных газов должно быть больше давления наддува Рвып > Рк. При этом подводится к турбине больше энергии выпускными газами. Это важно при работе двигателя на средних частотах (режим максимального крутящего момента).

Рис. 8.5. Примеры разделения выпускных трубопроводов и объединения их в группы при импульсной системе наддува

136