С момента своего появления в серийном производстве в 1997
году и до настоящего момента аккумуляторные топливные системы Common Rail (СR) находятся
в процессе постоянного конструктивного совершенствования. Причем, технический
уровень топливной аппаратуры такого типа оценивается по техническому уровню
применяемых в ней топливных форсунок.
В настоящее время фирмой Robert BOSCH ведется серийный выпуск уже третьего
поколения топливной системы CR, отличительной особенностью которой является
применение пьезоэлектрического преобразователя в цепи управления иглой
форсунки. По данным фирмы BOSCH это позволило
на 3% снизить расход топлива, выбросы вредных веществ с отработавшими газами
снизились на 20 %, шум работы двигателя уменьшился на 3 дБ, на
7 % увеличилась мощность. Помимо этого, такая форсунка характеризуется наличием
устойчивого многофазового впрыскивания топлива, минимальными порциями
предварительного впрыскивания, возможностью короткого промежутка времени между предварительным
и основным впрыскиванием и компактным конструктивным решением. Важно отметить
также, что по сравнению с электромагнитной форсункой форсунка с пьезоприводом
имеет меньший расход топлива на управление и, следовательно, обладает большим
КПД.
Указанные преимущества пьезофорсунки достигнуты путем
реализации в ней достаточно сложной гидравлической схемы, которая
характеризуется наличием нескольких, связанных между собой и оказывающих
взаимное влияние, гидродинамических каналов, полостей и динамических звеньев.
Сложность конструкции определяет и сложную взаимосвязь процессов, происходящих
в работающей форсунке. Это приводит к тому, что такая гидродинамическая система
имеет узкий диапазон значений своих конструктивных параметров, которые
определяют как оптимальную работу форсунки, так и её работоспособность в
принципе. Именно сохранение набора значений этих параметров (длин, сечений
каналов, объемов полостей, масс и жесткостей подвижных элементов и др.) является
основной задачей при разработке технологии восстановительного ремонта электрогидравлических
пьезофорсунок.
Основными составляющими частями пьезофорсунки CR BOSCH являются
пьезоэлектрический преобразователь (пьезоэлемент), гидравлическая передача (гидрокомпенсатор),
управляющий клапан с дроссельной пластинкой и распылитель которые собраны в
едином корпусе и затянуты гайкой.
В случае BOSCH пьезоэлектрический преобразователь состоит из
350 кварцевых пластинок толщиной 90 мкм, каждая из которых при подаче на неё
напряжения постоянного тока удлиняется на 0,13 мкм. Максимальное удлинение
пьзоэлемента составляет 45 мкм. Исходный размер пьезоэлемента восстанавливается при снятии напряжения с пластинок. Быстродействие описанного
процесса в несколько раз выше, чем срабатывание якоря в электромагнитной
форсунке.
Конструкция механической части пьезофорсунки CR BOSCH показана на рисунке ниже.
Движение иглы распылителя обеспечивается посредством срабатывания,
т.е. открытия-закрытия управляющего клапана форсунки, а цикловая подача топлива
регулируется продолжительностью нахождения клапана в открытом положении.
При отсутствии управляющего сигнала, пьезоэлектрический
преобразователь находится в исходном сжатом положении и управляющий клапан
закрыт. В такой ситуации, полости высокого и низкого давления форсунки разобщены.
Игла распылителя поддерживается в закрытом положении за счет силы от давления
топлива (равного давлению в рейке) и силы упругости пружины. Сила, удерживающая
иголку в закрытом положении от давления топлива, возникает потому, что площадь
торца иголки больше площади активного сечения иголки со стороны распыливающих
отверстий. При подаче на форсунку управляющего сигнала напряжением 110…150 В, происходит удлинение пьезоэлектрического преобразователя и смещение
вниз сердечника, или как его называют грибка (анкера) управляющего клапана. Клапан открывает отверстие и,
давление в полости под грибком, равно как и в камере над торцем иглы
распылителя падает. Сила давления топлива на активную площадку иглы распылителя
снизу становится выше, чем сила давления топлива на верхний торец иголки и, под
действием разности этих сил игла начинает подниматься, открывая распыливающие
отверстия. При этом топливо, вытекающее в отверстие открытого управляющего
клапана, поступает в дренажную полость (обратку). Для окончания впрыскивания
происходит снятие напряжения на пьезоэлектрическом преобразователе, он
сокращается, и грибок управляющего клапана перекрывает слив топлива в дренажную
полость. Давление в полости над иглой распылителя увеличивается и она, перемещаясь
вниз, закрывает сопловые отверстия распылителя.
Следует обратить внимание, что грибок клапана приводится в
движение от пьезоэлемента не непосредственно, а через гидравлическую передачу
(гидротолкатель) или как его называют гидрокомпенсатор. Назначение этой
гидропередачи - компенсация температурного расширения цепи привода управляющего
клапана в процессе работы форсунки, а также снижение динамических нагрузок на его
детали. Помимо этого, за счет разности площадей штоков, взаимодействующих между
собой через топливо, гидропередача увеличивает ход пьезоэлемента.
Тел. +375 29 6560658
E-mail: alekskrez@mail.ru
