СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

ИЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

2.Ofner, H. Alternatives to Conventional Diesel Fuel - Strategies for Clean Combustion and Utilization of

Resources/ H. Ofner, P. Tritthart // AVL list. – 2000. – 14 p.

3.Акобия, Ш.Е. Перспективы снижения вредных выбросов при применении диметилэфира / Ш.Е. Акобия, Т.Н. Смирнова // Грузовик и автобус троллейбус, трамвай. – 1999. – №2. – С. 27–29.

4.Результаты испытаний дизеля, использующего в качестве топлива диметиловый эфир/ Л.Н. Голубков, Т.Р. Филипосянц, А.Г. Иванов [и др.] // Автомобили и двигатели: сб. научн. тр./ НАМИ, 2003. –

Вып. 231. – С. 41–51.

5.Мамедова, М.Д. Работа дизеля на сжиженном газе / М.Д. Мамедова. – М.: Машиностроение, 1980. –

149 с.

6.Вагнер В.А. Улучшение экологических показателей дизеля путём добавки в топливо диметилового эфира / В.А. Вагнер, А.М. Гвоздев// Ползуновский вестник. – 2006. – № 4. – С 33–38.

7.Работа дизелей на нетрадиционных топливах: учебное пособие / В.А. Марков, А.И. Гайворонский, Л.В. Грехов [и др.]. – М.: Изд-во «Легион-Автодата», 2008. – 464 с.

THE USE OF DIMETHYL ETHER AS AN ADDITIVE TO THE FUEL

А.А. Matveev

Abstract The transition to diesel engines being more economical, only partially solves the fuel problem. It is therefore necessary to find new alternative fuels. The use of alternative fuels has set us the task of predicting physical-chemical properties of new fuels or standard fuel oil with the use of additives and additives. One of the outputs may be the work of the engine on the new alternative fuel

– dimethyl ether. The physico-chemical parameters contribute to the complete elimination of smokiness of the exhaust gases and decrease of their toxicity.

Keywords: diesel fuel, dimethyl ether, toxicity, cology, saturated vapors, fuel.

Матвеев Александр Александрович. Студент. Сибирский государственный автомобильно- дорожный университет (СибАДИ), ф-т «Автомобильный транспорт», гр. ДВС-13А1. Телефон 89136860608.

УДК 621.236.038

РАСЧЕТ ФОРСУНКИ С ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ ХОДА ИГЛЫ

THE CALCULATION OF THE INJECTOR WITH PIEZOELECTRIC

CONTROL THE STROKE OF THE NEEDLES

И.В. Ольков

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), Россия, г. Омск

Аннотация. Рассмотрено устройство и принцип действия форсунок с пьезоэлектрическим управлением хода иглы распылителя. Дан пример расчета пьезопривода форсунки, изменение длины которого зависит от напряженности электрического поля, геометрических размеров, коэффициента упругости материала и силы, развиваемой пьезоэлементом. Построен график зависимости толщины пьезоэлемента от величины подводимого напряжения.

Ключевые слова: форсунка, управление, пьезопривод, игла распылителя, впрыск топлива.

Введение

Форсунка является главным узлом системы питания дизеля [1]. Она служит для подачи распыленного топлива под высоким давлением в камеру сгорания.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

На рисунке1 приведена аккумуляторная система подачи топлива, которая может быть оборудована форсунками с электромагнитным или пьезоэлектрическим управлением хода иглы распылителя. Из бака 1 топливо при помощи подкачивающего насоса 6 подается через фильтр 7 в головку топливного насоса высокого давления (ТНВД) 3. Величина создаваемого давления

ТНВД регулируется клапаном, открытие которого происходит при помощи электромагнита, управляемого блоком 16.

На режиме холостого хода давление топлива достигает 40-50 МПа, а на режиме номинальной мощности и близких к нему – 100-200 МПа. Давление, создаваемое насосом, по топливопроводу 5 передается в аккумулятор 9. Аккумулятор 9 и форсунка 11 соединены при

помощи трубопровода высокого давления. Полость распылителя заполнена топливом под давлением, которое создается в аккумуляторе 9. Дополнительно топливо под давлением

поступает через впускное отверстие в камеру управления.

413

Рисунок 1 – Системы подачи топлива Common Rail: 1 – топливный бак; 2 – сливная магистраль; 3 – ТНВД;

4 – регулятор давления; 5 – топливопровод; 6 – подкачивающий насос; 7 – фильтр; 8 – предохранительный клапан; 9 – аккумулятор;

10 –датчик давления; 11 – форсунка с электрогидравлическим или пьезоэлектрическим управлением; 12 – датчик педали акселератора; 13 – датчик частоты вращения коленчатого вала;

14 – датчик температуры; 15 – другие датчики; 16 – блок управления; 17 – другие исполнительные устройства

В современных дизелях применяют форсунки с гидромеханическим и электрогидравлическим управлением. Основной недостаток форсунок с механическим управлением является то, что они не позволяют изменять характеристику впрыска в процессе работы двигателя.

Применение форсунок с электрогидравлическим управлением позволило изменять угол опережения впрыска и характеристику впрыска. Основным недостатком электромагнитных форсунок является малая скорость подъема якоря (время подъема 0,3-0,4 мс), что может

обеспечить однофазный или только двухфазный впрыск топлива.

Для уменьшения времени подъема (менее 0,1 мс) и увеличения быстродействия клапана рекомендуются форсунки с пьезоэлектрическим управлением [2].

На рисунке 2 приведен упрощенный вариант форсунки с пьезоэлектрическим управлением хода иглы [2]. Рассмотрим принцип действия форсунки с пьезоэлектрическим управлением.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Рисунок 2 – Форсунка с пьезоэлектрическим управлением:

1 – разъем; 2 – пьезопривод; 3 – электрод; 4 – рычаг; 414 5 – шток с запорным конусом; 6 – сливное отверстие (жиклёр);

7 – поршень управления; 8 – корпус форсунки; 9 – пружина; 10 – игла распылителя; 11 – сопловые отверстия; 12 – подводящий

канал к распылителю; 13 – канал подвода топлива в камеру управления; 14 – аккумулятор; 15 – камера управления; 16 – пружина

При подаче переменного напряжения на пьезопривод 2 происходит его удлинение (деформация). При помощи рычага 4 перемещение пьезопластин передается на шток 5 с запорным конусом (клапан управления). Сливное отверстие 6 открывается, давление в камере управления 15 резко 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 может быть различной, но функция одна – изменять величину давления в камере управления.

На рисунке 3 показан общий вид форсунки с пьезоэлектрическим управлением хода иглы. Предположим, что давление в аккумуляторе и на входе в форсунку равно 100 МПа.

Пьезопакет 3 (пьезопривод) находится в исходном положении, подводимое напряжение равно

нулю. Давление топлива, равное 100 МПа, передается через калиброванное отверстие (например, диаметром 0,3 мм) в камеру управления 10 и в полость корпуса распылителя 15. Учитывая, что площадь поршня 11 больше, чем площадь направляющей иглы 14, сила со стороны поршня будет значительно больше, чем со стороны иглы. Игла 14 будет находиться в

закрытом состоянии и подача топлива в камеру распылителя будет отсутствовать.

При подаче переменного напряжения на пьезопривод 3, который состоит из 200 пластин он деформируется (удлиняется), например на 20 мкм. При помощи рычажного мультипликатора 5

с передаточным отношением 5 перемещение толкателя клапана составит 100 мкм.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Рисунок 3 – Общий вид форсунки с пьезоэлектрическим управлением хода иглы: 1 – штуцер для подвода топлива из аккумулятора; 2 – разъем электрический;

3 – пьезопривод; 4 – гайка; 5 – рычажный мультипликатор; 6 – толкатель (поршень) клапана; 415 7 – канал для слива топлива; 8 – клапан переключающий; 9 – пружина клапана; 10 – камера управления; 1 – поршень; 12 – пружина иглы; 13 – толкатель иглы; 14 – игла распылителя;

15 – корпус распылителя; 16 – стакан

Клапан 8 откроется, часть топлива вытечет из камеры управления 10, давление и сила над поршнем 11 резко уменьшатся. Сила со стороны иглы 14 станет больше, чем сила со стороны поршня 11, игла откроется и через сопловые отверстия распылителя 15 начнется подача

топлива. За счет быстродействия пьезопривода, игла способна за время впрыска до четырех раз открыть и закрыть уплотнение между запорным конусом и седлом распылителя.

На рисунке 4 показан впрыск топлива с предварительной, основной и двумя дополнительными фазами, полученный с использованием форсунки с пьезоэлектрическим управлением [3].

Рисунок 4 – Характеристика подачи топлива форсункой с пьезоэлектрическим управлением

В пьезоэлектрическом преобразователе активными элементами являются пластины, изготовленные из природного кварца или пьезокерамического материала, например, ЦТБС-8

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

(Цирконат ZrO2, титанат бария BaTiO3, окиси свинца PbO) [4]. Принцип действия пьезопривода

основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте, который заключается в том, что внешнее электрическое поле вызывает механическое напряжение внутри материала, которое приводит к изменению формы кристаллической решётки и росту геометрических размеров.

На рисунке 5 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 [4].

мм, в зависимости от величины подводимого напряжения, выполненного из пьезокерамического материала ЦТБС-8.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Результаты расчета показали, что пьезопластинка толщиной 0,5 мм при подаче управляющего напряжения 100 В изменяет свою высоту на 0,05 мкм. Даже при наборе пьезопривода из 200 пластин общее удлинение составит 10 мкм. Малый ход пьезоэлемента является главным его недостатком. Данного перемещения недостаточно для эффективной работы (открытия или закрытия) клапана управления. Необходимо перемещение клапана не менее 100 мкм (0,1 мм). Для этого нужно повысить управляющее напряжение до 200-300 В или применить рычажный механизм с передаточным числом 5-7.

Рисунок 6 – Изменение толщины пьезоэлемента от величины управляющего напряжения

Выводы

1. Рассмотрено устройство и принцип действия форсунок с пьезоэлектрическим 417 управлением хода иглы распылителя.

2.Дана методика и пример расчета пьезопривода форсунки с электронным управлением.

3.Построен график изменения толщины пьезоэлемента от величины управляющего напряжения.

Научный руководитель – канд. техн. наук, доц. Макушев Ю.П.

Библиографический список

1.Трусов, В.И. Форсунки автотракторных дизелей / В.И. Трусов, В.П. Дмитриенко, Г.Д. Масляный. – М.: Машиностроение, 1977. – 167 с.

2.Макушев, Ю.П. Системы питания двигателей внутреннего сгорания: методические указания к лабораторным и практическим работам по профилю подготовки «Двигатели внутреннего сгорания» / Ю.П. Макушев. – Омск: СибАДИ, 2012. – 84 с.

3.Уве, Рокош. Бортовая диагностика. Перевод с нем. ООО «СтарСПб». – М.: ООО Изд-во «За рулем»,

2013. – 224 с.

4.Бобцов, А.А. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений: учебное пособие / А.А. Бобцов и др. – СПб.: СПБ ГУ ИТМО, 2011. – 131 с.

5.Стрелец, А.А. Определение величины перемещения пьезопривода форсунки / А.А. Стрелец // Электротехника и электромеханика. – 2011, – № 6. – С. 3–41.

THE CALCULATION OF THE INJECTOR WITH PIEZOELECTRIC

CONTROL THE STROKE OF THE NEEDLES

I. V. Olkov

Abstract. Examined the device and principle of operation of injectors piezoelectrice-sky stroke control of the needle spray. The example of the calculation of the piezo drive of the nozzle changing the length of which depends on the electric field strength, geometric dimensions, coefficient of

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.