П'єзоелектрична форсунка

Вперше форсунки з п'єзоелектричним приводом з'явилися в конструкції системи акумуляторного уприскування Common Rail дизельних двигунів. На відміну від широко використовуються соленоїдів форсунки нового покоління відрізняються гранично швидким відгуком. Використання п'єзоелектричних форсунок дозволяє виробляти впорскування палива багаторазово протягом одного циклу, за рахунок рекордного швидкодії. Надалі принцип був з успіхом застосований в системах безпосереднього вприскування.

Історія застосування п'єзоелектричних форсунок

Система акумуляторного уприскування Common Rail була розроблена в середині дев'яностих фахівцями японської корпорації DENSO. Спочатку планувалося використовувати нову технологію уприскування на дизелях вантажних автомобілів, але вона виявилася настільки успішною, що з 1995 року DENSO продає ліцензію на виробництво іншим виробникам.

Відкриття п'єзоефекту належить французьким фізикам братам Жаку і П'єру Кюрі

Велику роль в удосконаленні системи зіграла компанія Robert Bosch GmbH. Вона ж стала піонером адаптації системи для бензинових двигунів.

В системі безпосереднього вприскування виробництва Robert Bosch використовуються форсунки з п'єзоелектричним приводом. Хорошим прикладом може служити двигун Mercedes-Benz M278. На цьому восьмициліндровому двигуні, який встановлюється в Mercedes-Benz S-Class S500 з 2011 року застосування п'єзоелектричних форсунок дозволило досягти такої економічності, що в США автомобіль перестав потрапляти під дію так званого "Gas Guzzler Tax", закону, за яким автомобілі з двигунами великого об'єму обкладаються додатковим податком за принципом підвищеної витрати палива. При цьому фактичний робочий об'єм двигуна S-Class S500 не змінився.

Принцип дії п'єзоелектричної форсунки

Дія керуючого клапана форсунки засноване на широко відомому п'єзоелектричному ефекті, який застосовується, наприклад, у конструкції газових запальничок. Кнопка, на яку людина із зусиллям натискає пальцем, деформує робочий елемент зі спеціального матеріалу - діелектрика. Деформація сприяє виникненню заряду, який використовується для займання газу.

Крім паливних форсунок п'єзоефект застосовується в конструкції датчика детонації і датчика абсолютного тиску на впуску (MAP)

У п'єзоелектричних форсунках використовується так званий зворотний п'єзоелектричний ефект. На діелектрик подається напруга, що сприяє деформації матеріалу. З діелектриком пов'язаний шток клапана, який піднімається, коли на форсунку подається струм.

Переваги п'єзоелектричних форсунок

Управління фазами впорскування

Застосування пьзоэлектрического клапана дозволило майже в 4 рази збільшити швидкодію форсунки порівняно з електромагнітним клапаном (соленоїдом). Найбільш точно розділити фази уприскування вдалося за рахунок того, що висока швидкість відгуку сприяє повного відкривання та замикання клапана за короткий час. Та ж особливість дозволила з високою точністю змінювати тривалість відкриття керуючого клапана форсунки.

Змінний тиск впорскування

Найчастіше при пошаровому впорскуванні, подразумевающем багаторазове відкриття форсунок, для кожної фази потрібно не тільки різна тривалість, але і тиск. Скажімо для первинної, "запального" фази тиск повинен бути мінімальним, а для подачі робочої дози потрібно дуже високий тиск. Застосування п'єзоелектричної форсунки дало можливість змінювати тиск упорскування в широких межах, приблизно від 130 до 2200 бар.

Зниження шуму при роботі двигуна

Шум при роботі двигуна на холостому ходу викликано різкими перепадами тиску палива в форсунках, а також виникаючих при цьому вібраціях, що відбиваються на елементах двигуна. Нові форсунки, завдяки швидкодії пьезоклапана, дозволяють помітно знизити рівень шуму. При розробці п'єзоелектричної форсунки був зменшений діаметр її плунжера, що дозволило знизити механічний шум виникає при її роботі.

ККД форсунки

Високий ККД насос-форсунки пояснюється зменшенням електричної потужності, необхідної для роботи клапана. За рахунок зниження обсягу палива, необхідного для вприскування, вдалося довести діаметр плунжера форсунки до 6,35 мм без втрати інтенсивності його подачі.

Особливості конструкції форсунки п'єзоелектричної

Важільний мультиплікатор

Особливість пьезопривода полягає в тому, що його робочий елемент стискається всього на 0,04 мм, а для повного відкриття голки клапана необхідно мінімум 0,1 мм. Для вирішення даної проблеми між голкою клапана і пьезоприводом монтується важільний мультиплікатор, який має потрібну передавальне відношення. В момент подачі напруги мультиплікатор приводиться в дію від натискної пластини, забезпечуючи пересування голки на необхідні 0,1 мм.

Пружина форсунки

Пружина - важлива частина конструкції п'єзоелектричної форсунки. У спеціально передбаченої порожнини знаходиться пружина, контролює посадку голки розпилювача в сідло. Пружина виконує і ще одну відповідальну функцію - запобігає занадто раннє відкриття форсунки при упорскуванні палива в самій першій фазі (в кінці такту стиснення). Сгогласно принципом пошарового вприскування для різних фаз потрібні різне зусилля тиску на голку клапана.

Зворотний клапан

Кінець кожної фази уприскування супроводжується видаленням з форсунки невикористаних надлишків палива. На зливі встановлений дросель, з зворотним клапаном. Якщо потік сливаемого палива слабшає, то знижується і тиск перед дроселем. Зворотний клапан закривається для збереження тиску в області розташування голки для чергової фази уприскування.

Особливості експлуатації п'єзоелектричних форсунок

Використання в двигунах такого прецизійного механізму, як п'єзоелектрична форсунка, дозволяє досягти вершин швидкодії. З тієї ж самої причини в паливі, яке використовується в автомобілі, не повинно бути навіть дрібних домішок. При попаданні бруду форсунки виходять з ладу практично миттєво. Вартість п'єзоелектричних форсунок коливається в межах від 10 до 15 тисяч рублів, а ремонт обійдеться приблизно в половину зазначеної суми.

Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read