2462

2. Вычислим силу, действующую на запорный клапан (шарик) от давления топлива в камере управления:

3. Определим силу со стороны пружины при ее предварительном сжатии l на величину 1,5 мм:

Из анализа формул (1.9) и (1.10) следует, что усилие на пружине Fпр больше усилия, которое действует на шарик Fш со стороны топлива, и клапан будет закрыт, пока электромагнит не притянет якорь 4 и не сожмет пружину 1. Усилие электромагнита должно быть на 30 – 50% больше усилия со стороны сжатой пружины.

4. Втягивающую силу электромагнита без учета сил трения, магнитного сопротивления сердечника и якоря определим из выражения [7]

где μо – магнитная постоянная (абсолютная магнитная проницаемость), Гн/м; Sя – площадь сердечника с учетом отверстия для установки пружины, м2; І – величина силы тока, А; n – число витков катушки; х – зазор между якорем и сердечником, м (при зазоре 0,2 мм величина

х = 0,2 10 -3 м).

Fэл = 4 π ·10 -7 0,7 ·10- 4 (20 ·17)2 / 2 (0,2 ·10 -3 )2 = 127 Н. (1.12)

Рис. 1.38. Общий вид клапанного узла:

1 – пружина;

2 – сердечник электромагнита; 3 – катушка;

4 – якорь;

5– направляющая;

6– шарик;

7– перепускное отверстие

51

На рис. 1.39 показан разрез электромагнита, у которого катушка выполнена из медного провода диаметром 0,5 мм с числом витков 28.

Рис. 1.39. Разрез катушки электромагнита

Общая масса подвижных деталей клапанного узла (с учетом 30% массы пружины) равна М = 4 г. Ход якоря принимаем 0,2 мм. Предположим, что форсунки данного типа установлены на двигатель КамАЗ-740-73-400 эффективной мощностью 294 кВт при частоте вращения коленчатого вала nк = 1900 мин-1. Общая продолжительность впрыска топлива равна φ = 24о поворота коленчатого вала.

5. Время впрыска t (с) зависит от продолжительности (град) и от частоты вращения коленчатого вала в минуту nк.

В работе [8] указано, что шток якоря 13 (см. рис. 1.33) доходит до упора сердечника 18 за время, равное 0,4· 10 -3 с. Расчеты показывают [формула (1.13)], что подъем якоря происходит за 4,6о поворота коленчатого вала. Зависимость пути якоря от времени представим в виде уравнения прямой линии. Разобьем пройденный путь якоря при его подъеме на четыре участка.

52

Шаг расчета одного участка будет равен 0,1 мс. Якорь в начале подъема за время 0,1 мс пройдет путь 0,05 мм. На этом участке максимальная скорость будет равна 0,5 м/с, а ускорение а = 5000 м/с2.

6. Определим силу инерции от движущихся масс клапанного узла:

Расчеты показывают, что втягивающая сила электромагнита значительно превышает суммарное значение силы инерции от поступательных масс клапанного узла и силы сопротивления пружины (Fэл > Fин + Fпр) . Усилие пружины также больше усилия, действующего на запорный клапан (шарик) со стороны давления топлива в камере управления и силы инерции (Fпр > Fш + Fин). Выполнение указанных условий (баланса сил) обеспечит работоспособность клапанного механизма.

Окончательные конструктивные и регулировочные параметры узла электрогидравлического клапана уточняются в процессе доводочных испытаний форсунок на стенде и работы на двигателе.

1.8.3. Диагностирование форсунок с электрогидравлическим управлением хода иглы распылителя

Электрическую часть форсунки проверяют следующим образом:

1.С разъема форсунки отключают провод питания, идущий к катушке.

2.При помощи тестера определяют контакт выводов катушки с «массой» форсунки. Сопротивление цепи должно быть равно бесконечности.

3.При помощи тестера определяют сопротивление катушки индуктивности электромагнитного клапана, оно должно соответствовать

0,3 Ом.

4.Силу тока в обмотке электромагнитного клапана определяют в процессе работы двигателя. Для этого используют токоизмерительные клещи или осциллограф. Сила тока втягивания якоря к сердечнику должна составлять 19 – 20 А, а удержания – не менее 10 А.

При плохой герметичности перепускного клапана нарушается характеристика впрыска топлива, что приводит к ухудшению экономичности дизеля.

Из сливного отверстия (жиклёра) 11 (см. рис. 1.33) при его открытии вытекает топливо (для процесса управления) за впрыск объемом, равным

53

0,3 мм, коэффициент расхода μ= 0,7 ) и времени впрыска топлива 0,0021 с [см. формулу (1.13)] объем сливаемого топлива из камеры управления за время впрыска составит 48·10 -9 м3, или 48 мм3. За 1 мин форсунка дизеля КамАЗ-740-73-400 совершает 950 впрысков топлива в камеру сгорания, объем сливаемого топлива из камеры управления составит 45 600 мм3, или 45,6 см3.

Допустимое диагностическое значение сливаемого топлива вместе с утечками через зазоры в распылителе и управляющем поршне не должны превышать 150 см3 за 1 мин для одной форсунки [8]. При исправном состоянии форсунок величина утечек топлива из штуцера 19 (см. рис. 1.33) у всех форсунок должна быть одинаковой (например, 100 ± 5 см3).

На рис. 1.40 показана установка для контроля величины объема сливаемого топлива из штуцера форсунок с электрогидравлическим управлением.

Рис. 1.40. Контроль сливаемого топлива из форсунок с электрогидравлическим управлением

Если сливаемое топливо вместе с утечками превысит 150 см3, то вначале проверяют герметичность клапана управления, а при необходимости притирают его или заменяют. Комплект форсунок подбирается с одинаковыми гидравлическими и электрическими характеристиками. Каждая форсунка имеет собственный индивидуальный код, определя-

54

ющий такие характеристики, как расход топлива, время реакции, зависимость рабочих параметров от давления. Коды предназначены для точного управления впрыском топлива в каждый из цилиндров.

Замена, настройка форсунок выполняются с использованием специального тестового оборудования. Выбраковка одной форсунки обычно требует замены или регулировки всего комплекта форсунок.

1.8.4. Кодировка форсунок с электромагнитным управлением

На рис. 1.41 показаны форсунки с электрогидравлическим управлением для дизелей различного конструктивного исполнения.

Общим для всех рассматриваемых форсунок является наличие электромагнитного клапана, катушка которого выполнена из медного провода диаметром 0,5 – 0,6 мм с числом витков 20 – 30. Различаются форсунки эффективным проходным сечением распылителя [диаметром сопловых отверстий, их числом, расположением в плане (вид сверху) и шатре (вид сбоку)]. Для некоторых дизелей корпус форсунки устанавливается под определенным углом относительно оси цилиндра. Положение распылителя относительно корпуса форсунки в этом случае фиксируется двумя специальными штифтами. Это выполняется для того, чтобы факел распыленного топлива поступал в объем камеры сгорания.

Рис. 1.41. Виды форсунок с электрогидравлическим управлением

55

Особенностью форсунок является и то, как подводится дизельное топливо из аккумулятора (давление топлива в нём 150 – 250 МПа) к распылителям и отводится из камеры управления в момент открытия клапана 6 типа шарика (см. рис. 1.38). Подвод топлива к распылителям форсунок бывает внутренним через каналы в головке цилиндров и внешним при помощи трубок высокого давления.

Ход шарика клапана 0,03 – 0,07 мм регулируется толщиной шайбы (рис. 1.42). Чем больше толщина шайбы, тем выше подъем клапана и больше объем впрыскиваемого топлива форсункой.

Рис. 1.42. Вид клапана управления и регулировка его хода

Более понятным становится отвод (слив) топлива, находящегося под давлением, из камеры управления 13 (см. рис. 1.30), когда при подъеме якоря с конусом уплотнения 3 открывается отсечное отверстие 4.

На рис. 1.43 приведена электронная система управления двигателем (ЭСУД) автомобиля КамАЗ [1].

Система управления двигателем предназначена для автоматического изменения цикловой подачи топлива в зависимости от режимов работы двигателя, его температурного состояния, регулировочных характеристик и параметров окружающей среды. Основными режимами (кроме режима пуска) являются холостой ход, режим номинальной мощности и максимального крутящего момента.

56

Рис. 1.43. Установка компонентов ЭСУД на двигателе:

1 – форсунка (инжектор); 2 – топливный аккумулятор высокого давления; 3 – датчик положения кулачкового вала; 4 – жгут системы управления двигателем; 5 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 6 – датчик температуры и давления масла; 7 – датчик положения коленчатого вала;

8 – электронный блок управления (ЭБУ); 9 – жгут системы управления силовой; 10 – датчик температуры и давления наддувочного воздуха; 11 – датчик давления топлива в топливном аккумуляторе высокого давления; 12 – топливный насос высокого давления (ТНВД); 13 – датчик температуры и давления топлива

На рис. 1.44 и 1.45 показан общий вид электронного блока управления (ЭБУ) двигателя автомобиля КамАЗ и его мозговой центр.

Под термином «кодировка» форсунки с электрогидравлическим управлением часто употребляют слова «прошивка», «калибровка», «маркировка», «прописка».

Все дизельные форсунки с электрогидравлическим управлением (ФЭУ) имеют свой индивидуальный (личный) код. Буквенно-цифровой код может состоять из 16 или 20 букв и цифр (например, F2 164 – 0303. 08– 04 –28. 685). Эти коды определяют характеристику каждой форсунки (расход топлива или цикловую подачу, время реакции, зависимость рабочих параметров от давления топлива). Они предназначены для обеспечения возможности точного управления подачей топлива в каждый цилиндр для обеспечения оптимального коэффициента полезного действия (КПД) и калибровки блока электронного управ-

57

ления под конкретную систему впрыска. Эти характеристики записываются в виде кода при изготовлении форсунки и впоследствии наносятся на саму форсунку. При сборке автомобиля код форсунки вводится в ЭБУ.

Рис. 1.44. Общий вид электронного блока управления в закрытом состоянии двигателя автомобиля КамАЗ

Рис. 1.45. Электронный блок управления со снятой крышкой

Момент начала подачи топлива относительно положения поршня двигателя в верхней мёртвой точке и объемное количество впрыскиваемого топлива зависят от начала и конца подачи сигнала (тока в катуш-

ку электромагнитного клапана) к форсункам от ЭБУ. Форсунки си-

стемы впрыска аккумуляторного типа изготавливаются с большой точностью. Они способны впрыскивать топливо в диапазоне от 10 до

58

200 мм3/цикл под давлением от 15 до 160 МПа и выше. При производстве форсунок требуется высокая точность их изготовления. Однако вследствие небольшого расхождения в их параметрах, например разного намагничивания якорей электромагнитов при срабатывании катушек, в результате колебания давления в рампе (аккумуляторе), а также из-за механического трения подвижных частей форсунок, подача топлива по отдельным цилиндрам может отличаться до 5 мм3/цикл.

Даже на самых современных предприятиях невозможно изготовить одинаковые по конструкции форсунки. Поскольку форсунки Common Rail работают под максимальным давлением (до 250 МПа), самые малые отклонения в форме и размерах форсунок приводят к различиям в количестве впрыскиваемого ими топлива, а это приводит к снижению КПД двигателя, его мощности, повышению уровня шума и дымности отработавших газов.

Количество впрыскиваемого форсункой топлива пропорционально времени впрыска (импульса) и давлению в топливной системе. Таким образом, неточности изготовления можно компенсировать путем коррекции длительности импульса тока, подаваемого на катушку электромагнита каждой форсунки.

Характеристический код Delphi генерируется (вырабатывается) в соответствии с результатами измерения расхода топлива через форсунку при четырех значениях давления (20, 80, 120 и 160 МПа). Эти измерения сравниваются с базовыми (средними) рабочими параметрами форсунки для определения степени коррекции длительности импульса, необходимого для получения впрыска требуемого количества топлива.

Каждая форсунка Delphi Common Rail, новая или отремонтированная, должна иметь бирку с соответствующим характеристическим кодом. При установке форсунки на двигатель необходимо перепрограммировать электронный блок управления, введя в него этот код. Это обеспечит надлежащую корректировку длительности и периодичности импульсов и подачу требуемого количества топлива.

Для диагностики и кодировки форсунок с электронным управлением необходим специальный стенд (рис. 1.46), оборудованный компьютером с программным обеспечением (например, Diesel Ebsy Solutions для устройств Common Rail версии 11) [9].

59

Рис. 1.46. Стенд для испытания и кодировки форсунок Common Rail

После испытания форсунки для двигателя конкретной марки и мощности проверяется и корректируется необходимая цикловая подача топлива для различных давлений в аккумуляторе с допустимым отклонением от среднего паспортного значения. Цикловая подача топлива корректируется (если она не соответствует допустимому значению) длительностью подачи сигнала (тока) на катушку электромагнита (продолжительность открытия иглы распылителя). При достижении требуемой цикловой подачи через распылитетель при различных давлениях на входе в форсунку и подачи в обратке (сливаемое топливо из штуцера форсунки в процессе управления) составляется тест форсунки (рис. 1.47). Результаты кодировки записываются в тест форсунки, уточняется ее шифр и данные форсунки заносятся в ЭБУ с использованием программного обеспечения.

Вконтрольном тесте обычно указываются величина давления топлива, при котором на данном режиме проводится испытание (например, 160 МПа), время испытаний (напимер, 60 с) при открытом состоянии распылителя форсунки. Предположим, что за 60 с измеряемое значение подачи топлива составило 53,2 см3/мин.

Втесте указывается справочное номинальное значение с допустимым отклонением (например, 52 ± 2 см3). Если измеряемое значение подачи топлива через форсунку больше или меньше допустимой величины (50 – 54 см3/мин) необходима кодировка форсунки путем изменения длительности сигнала, который поступает на катушку электромагнита в процессе работы форсунки при данном давлении.

60