2462

Рис. 1.47. Результаты тестирования форсунки

При тестировании форсунки дополнительно проверяется подача обратки, или то количество топлива, которое вытекает из камеры управления при открытом клапане.

В процессе проведения тестирования и возможной коррекции результатов испытаний необходимо обращать внимание на возможность приобретенного оборудования, приборов и опыта специалиста.

Время активации (продолжительность впрыскивания топлива) иногда указывается единицой величины мкс (микро, это 1∙10-6). Допустим, в тесте указано 1000 мкс. Следует понимать, что это 1000∙10- 6 и оно равно 0,001 с или 1 мс (милли, это 1∙10-3).

Единицу величины мм3/Н следует понимать как объемную подачу топлива в мм3 за один врыск или мм3/цикл. Единица величины ml/min есть миллилитр или см3 в минуту, l/h – литр в час, ml/xx – миллилитры за определенное число xx циклов.

Тестовый шаг или этап проверки (режим работы двигателя, для которого диагностируется и регулируется форсунка) может быть таким:

LL – режим холостого хода (минимальная подача топлива);

VL – режим максимальной нагрузки (наибольшая подача топлива при максимальном крутящем моменте на валу двигателя);

61

EM – режим средних нагрузок (это может быть режим, близкий к номинальному);

VE – подвпрыск или дополнительный впрыск (запальная порция топлива);

LT – утечки топлива (подача – обратка);

Leak test – тест на герметичность (утечки) форсунки.

В некоторых тестах форсунки встречаются слова на английском языке: рressure (давление), leaks (утечки), mode (режим), return (вернуть), fuel (топливо), quantity (количество), load (нагрузка).

Для любого режима проверки форсунки обязательным является указание: величины давления топлива, МПа; ширины (длительности) управляющего импульса (продолжительности активации, мкс); времени измерения, с; количества впрыскиваемого топлива распылителем форсунки (фактическое и заданное, мм3/Н или мм3/цикл); количества возвращаемого фактического и заданного топлива, мм3/Н (мм3/цикл).

Приведем пример анализа содержания отчета теста форсунки. Время активации равно 1000 мкс. Давление топлива перед распы-

лителем форсунки 150 МПа (это 1500 бар или 1500 техн. атм). Время измерения пропускной способности распылителя форсунки примем равным 30 с. За один цикл под действием перепада давления 150 МПа из распылителя при заданной температуре вытекло объемное количесво топлива 80 мм3/цикл (требуется 70 ±2 мм3).

Чтобы уменьшить цикловую подачу топлива, нужно сократить время впрыска (время активации). Время активации со 1000 мкс необходимо уменьшить до 875 мкс и внести его в ЭБУ.

Возмем другой пример. За 1 мин форсункой четырехтактного дизеля совершается 1000 циклов подачи топлива. Рабочее давление в аккумуляторе 150 МПа. За 60 с через распылитель форсунки было подано 90 см3/мин. По паспорту требуется 100 ±2 см3/мин.

Определим фактическую цикловую подачу топлива и требуемую. Фактическая подача будет 90/1000 = 0,09 см3/цикл или 90 мм3/цикл, требуемая должна быть 100 мм3/цикл. Предположим, что дизель работает на режиме номинальной мощности. Частота вращения коленчатого вала 2000 мин-1. Принимаем продолжителность впрыска

топлива 20о поворота коленчатого вала. Согласно уравнению (1.13) время впыска составит 0,00166 с.

С достаточной для практики точностью можно принять, что время при однофазном впрыске топлива примерно равно продолжительности активации. Изменение кода форсунки (например, при необходимом увеличении цикловой подачи с 90 до 100 мм3) требует повысить время

62

активации с 0,00166 до 0,00184 с и снова выполнить контрольное тестирование.

Если вы выполнили ремонт форсунки и установили новый распылитель и клапан управления, необходимо помнить, что вы изменили код форсунки. В этом случае на специальном стенде, обоудованном компьютером с программным обеспечением, вам необходимо генерировать (создать) новый код форсунки и уже этот новый код вводить в электронный блок управления двигателем. Если этого не сделать, электронный блок будет управлять данной форсункой, используя характеристики предыдущей форсунки, а это приведет к снижению мощности, повышению токсичности отработавших газов, неравномерной работе цилиндров (вибрации) и повышению уровня шума двигателя.

Для внесения данных о форсунках в память ЭБУ двигателя необходим диагностический прибор HI-SCAN Pro.

Каждый код форсунки может иметь свой номер запчастей (распылителя, клапана управления, мультипликатора). Для подбора запчастей надо знать фирму-производителя форсунок (BOSCH, DELPHI, DENSO, VDO SIEMENS). Приведем пример заводского номера электромагнитной форсунки фирмы BOSCH – 0 445 110 110, 0 445 120 021. Цифра 0 455 обозначает, что это форсунка с электромагнитным управлением; 110 обозначает – для легковых автомобилей; 120 – для грузовых автомобилей; последние три цифры – модель форсунки.

На рис. 1.48 показана электромагнитная форсунка с заводским номером 0 445 110 110. При замене форсунки необходимо устанавливать новую форсунку, имеющую аналогичную маркировку.

На большинстве форсунок системы Common Rail указан код, который прописывается в электронный блок управления (ЭБУ) для правильной и равномерной работы двигателя.

Код форсунки – это условное обозначение допусков на требуемую подачу топлива (например, 60 ±1 мм3/ цикл) при работе форсунки на различных скоростных и нагрузочных режимах двигателя. Или буквен- но-числовое значение, сформированное по специальному алгоритму, которое отражает разницу между фактическими показателями испытуемой форсунки с эталоном.

Электронный блок управления подачей топлива считывает данный код, проверяет, попадает ли значение цикловой подачи топлива, которое выдает форсунка, в указанный диапазон кода. Если да, то система подачи топлива будет работать хорошо, если нет, то электронный блок управления может даже прекратить подачу топлива к этой форсунке.

63

Рис. 1.48. Форсунка с электромагнитным управлением и заводским номером 0 445 110 110

Одна из основных функций дизельной форсунки – подача распыленного топлива в камеру сгорания, а задача – обеспечить требуемую производительность на всех скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя, включая режим пуска. Она характеризуется как максимальная пропускная способность топлива в открытом состоянии распылителя форсунки под действием перепада давления за единицу времени и измеряется в кубических сантиметрах в секунду (см³/мин) или в (cc/min). Именно этот параметр зашифрован в последних трех цифрах маркировки форсунок BOSCH. Маркировка форсунок BOSCH состоит из 10 цифр вида Х ХХХ ХХХ ХХХ.

Первые четыре цифры обозначают способ управления форсункой (современные форсунки практически без исключения имеют электронный способ управления). В следующих трех цифрах закодирован тип двигателя внутреннего сгорания (грузового или легкового автомобиля) и принцип действия исполнительного механизма форсунки (сейчас встречаются только электромагнитные или пьезоэлектрические типы). Последние три цифры характеризуют исполнение форсунки, ее модель. По этим цифрам также можно определить производительность и рабочее давление форсунки (по таблицам параметров в соответствующих каталогах).

Расшифруем форсунки БОШ на примерах:

0445 110 430 – форсунка с электромагнитным управлением для легковых автомобилей;

64

0445 120 142 – форсунка для грузовых автомобилей электромагнитная;

0445 115 077 – форсунка для легковых автомобилей с пьезоэлектрическим управлением (если вместо цифры 115 будет указана цифра 116, 117 или 118 это форсунки 2, 3, 4 поколений).

У всех форсунок коды разные, следовательно, и границы их работы тоже различаются. Нет двух форсунок с одинаковыми техническими характеристиками. Возможно, есть форсунки, параметры которых обеспечивают требуемую подачу топлива с учетом допустимых отклонений (например, 80 ±2 мм3/цикл). Если вы заменили неисправную форсунку на исправную (новую), не прописав ее код, возможно, двигатель будет работать с перебоями. Если же двигатель работает без вибраций, то значит, параметры новой форсунки совпали с параметрами форсунки, которую вы заменили.

Современные форсунки – это прецизионный (точный) узел с электронным управлением для впрыска топлива. Сложные системы впрыска должны работать четко и точно, подавая в двигатель строго определенное количество распыленного топлива в нужное время.

Все форсунки, изготовленные на заводе, проходят обязательную процедуру контроля технических параметров. Для каждой форсунки снимаются характеристики ее работы при разных давлениях и цикловых подачах (длительностях управляющего импульса) и сравниваются с эталонной форсункой. Если отклонения соответствуют техническим требованиям, то генерируется (вырабатывается) корректировочный код, учитывающий эти отклонения. Поэтому каждая форсунка должна содержать этот индивидуальный код.

После ремонта форсунки происходит изменение всех ее характеристик, что связано с заменой изношенных деталей и узлов. Она приобретает новые гидравлические и электрические данные. Это значит, что необходимо заново провести контроль и корректирование параметров форсунки, так, как это делалось на заводе-изготовителе.

Происходит это таким образом. Отремонтированная форсунка устанавливается на специальный стенд, где подвергается тщательному тестированию на разных режимах работы. Замеряются время отклика, количество впрыскиваемого топлива и расходуемое на управление клапана (обратка). Все эти результаты работы реальной форсунки сравниваются с «эталонными», идеальными параметрами, которые есть в тестплане стенда. В результате стенд генерирует (вырабатывает) код коррекции, в котором указывается вся информация по особенностям работы конкретной форсунки и ее отличиям от «идеала» или эталона.

65

Далее этот код диагностическим сканером заносится в ЭБУ двигателя, где с этого момента присутствует вся информация, необходимая для корректировки управления отремонтированной форсункой. Теперь ЭБУ «знает», когда и на какое время подавать импульс на форсунку, чтобы она работала в соответствии с «идеальной» моделью.

Именно поэтому так важно после любого ремонта и физического вмешательства в конструкцию форсунки проводить ее тестирование на стенде, генерирующем код коррекции. Только такой ремонт гарантирует правильную работу отремонтированной форсунки и правильную работу двигателя.

Каждый производитель использует свой формат кодов коррекции:

у BOSCH это IMA, у DENSO это QR, у DELPHI коды C2I и C3I.

Контрольные вопросы и задания

1.Для какой цели применяют управляемый процесс подачи топлива?

2.Объясните принцип работы форсунки с электромагнитным управлением.

3. Устройство и принцип действия системы питания, оборудованной форсунками с электромагнитным управлением хода иглы.

4.Что называют цикловой подачей топлива и как она определяется?

5.Как зависит цикловая подача топлива от давления в аккумуляторе и продолжительности впрыска?

6.Для какой цели используют двухфазные и многофазные характеристики впрыска топлива?

7.С какой целью применяют запальную порцию топлива?

8.От каких факторов зависит цикловая подача топлива при использовании форсунок с электромагнитным управлением?

9.В какой последовательности выполняют расчет форсунки с электрогидравлическим управлением хода иглы?

10.Какова последовательность расчета электрогидравлического клапана управления ходом иглы форсунки?

11.Как выполняется диагностирование форсунок с электрогидравлическим управлением хода иглы распылителя?

12.Для какой цели выполняется кодировка форсунок с электромагнитным управлением?

13. Поясните кодировку форсунки с электромагнитным управлением и заводским номером 0 445 110 110.

14.Поясните принцип совместной работы электронного блока управления подачей топлива с форсункой, которая имеет электрогидравлическое управление ходом иглы распылителя.

66

1.9. Система подачи топлива с пьезоэлектрическим управлением хода иглы распылителя

1.9.1.Устройство и принцип работы форсунки

спьезоэлектрическим управлением

На рис. 1.49 приведен упрощенный вариант форсунки с пьезоэлектрическим управлением хода иглы [1]. Принцип действия форсунки с пьезоэлектрическим управлением подобен работе форсунки с электрогидравлическим управлением. Только вместо электромагнита используется набор пьезопластин 2, который разделен электродами 3.

Рис. 1.49. Форсунка с пьезоэлектрическим управлением:

1 – разъём; 2 – пьезопластина;

3 – электрод; 4 – рычаг;

5 – шток с запорным конусом;

6 – сливное отверстие;

7 – поршень управления;

8– корпус форсунки;

9– пружина;

10 – игла распылителя;

11– сопловые отверстия;

12– подводящий канал к распылителю;

13– канал (жиклёр) подвода топлива в камеру управления; 14 – аккумулятор; 15 – камера управления; 16 – пружина

При помощи рычага 4 (см. рис. 1.49) перемещение пьезопривода передается на шток 5 с запорным конусом (клапан управления). Сливное отверстие 6 открывается, давление в камере управления 15 снижается, игла 10 перемещается вверх под действием высокого давления в аккумуляторе 14, открывая сопловые отверстия 11. Начинается процесс подачи топлива. Конструкция и расположение клапана управления могут быть различными, но функция одна – изменять величину давления в камере управления.

67

В пьезоэлектрическом преобразователе активными элементами являются пластины, изготовленные из природного кварца. Возможно применение пьезокерамического материала, например ЦТБС-8 (цирконат ZrO2, титанат бария BaTiO3, окись свинца PbO).

Пьезо – слово греческое и означает «давлю». Известной областью применения пьезоэлементов являются датчики давления. При действии давления на пьезоэлемент на его обкладках возникает разность потенциалов, которую можно измерить. Это явление называется пьезоэлектрическим эффектом.

Прямой пьезоэффект используют в технике для преобразования механических напряжений или деформаций в электрические сигналы (датчики давления, звукосниматели).

Принцип действия пьезопривода основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Обратный пьезоэффект заключается в том, что внешнее электрическое поле вызывает механическое напряжение внутри материала, которое приводит к изменению формы кристаллической решётки и росту (приращению) геометрических размеров. Указанными свойствами обладают естественные монокристаллические вещества (кварц) или искусственные (пьезокерамика – цирконат, титанат бария, окись свинца).

На рис. 1.50 показан упрощенный вариант кристаллической решётки пьезоэлемента при отсутствии напряжения (исходное положение) и при подаче напряжения, когда изменение формы кристаллической решётки привело к росту (приращению) геометрических размеров.

Рис. 1.50. Изменение формы кристаллической решётки

Приращение длины пьезоэлемента прямо пропорционально прилагаемому напряжению. Таким образом, можно управлять приращением длины (ходом) пьезоэлемента, изменяя напряжение на его обкладках.

68

Управляющее напряжение может изменяться в диапазоне от 100 до 200 В и выше.

При подаче напряжения на элемент (столбик), состоящий, например, из 100 кварцевых пластин, он удлиняется (изменяется форма кристаллической решётки). Каждый пьезоэлемент является электромеханическим преобразователем. Если его поместить в переменное электрическое поле, то амплитуда механических колебаний будет изменяться с частотой переменного поля.

На рис. 1.51 показано параллельное включение напряжения питания для пакета, состоящего из 9 пластин [10]. Между пластинами выполнены электроды из серебра толщиной 6 – 12 мкм. Одна сторона пакета жестко закреплена, например, в корпусе форсунки, а вторая сторона способна перемещаться при подаче импульса напряжения. Для перехода пакета пластин в начальное положение необходимо изменить полярность напряжения.

Рис. 1.51. Параллельное включение питания пьезопривода, состоящего из набора пьезопластин

На рис. 1.52 показан общий вид осевого (продольного) пьезопривода, состоящего из набора пьезопластин. Пластины стянуты шпилькой с усилием 250 Н [10].

69

Рис. 1.52. Общий вид пьезопривода, состоящего из набора пьезокерамических пластин

При работе пьезоэлектрического привода в составе форсунки под действием электрического напряжения пьезопакет расширяется в направлении электрического поля. При этом обеспечивается перемещение пропорционально управляющему напряжению и длине актуатора (пьезопакета). Развиваемое усилие пьезоэлемента площадью 4 мм2 достигает до 1000 Н и пропорционально площади поперечного сечения элемента.

Диэлектрическая природа пьезоэлемента – функционирование за счет действия электрического поля (а не тока проводимости), что приводит к практическому отсутствию тока и выделению теплоты.

Пьезоэлектрическая керамика нашла широкое применение в двигателестроении – в системах впрыска топлива, механизмах газораспределения, измерительной и контролирующей аппаратуре. Пьезоприводы нашли применение при создании форсунок с управляемым процессом впрыска топлива.

Применение форсунок с быстродействующим пьезоприводом позволяет:

–управлять углом опережения впрыска топлива (раньше или позже относительно верхней мертвой точки);

–уменьшать задержку воспламенения топлива за счет высокого давления и сверхтонкого распыливания топлива;

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

–управлять формой и длительностью импульса впрыска;

70