ПЬЕЗОФОРСУНКИ BOSCH COMMON RAIL. ПРИНЦИП РАБОТЫ, КОНСТРУКЦИЯ.

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

РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ШАЙБЫ 120-й ФОРСУНКИ BOSCH CR

Электромагнитная форсунка BOSCH Common Rail 0445120141 типа CRIN2-16.

Кто-то может поделиться видением ситуации по регулировочным шайбам этой форсунки? В частности каково назначение регулировочной шайбы под анкером?

Если посмотреть на изображенное устройство, то очевидно, что шарик  прижимается к седлу клапана усилием верхней пружины. При срабатывании электромагнита, т.е. при открытии клапана, ход анкера ограничивается сердечником самого электромагнита и величину этого хода можно изменить устанавивая на место верхней регулировочной шайбы, шайбу меньшей или большей толщины. Так, например, работает форсунка 0445110156 типа  CRI2.1. Однако, в рассматриваемой форсунке (CRIN2-16), в отличие от CRI2.1, есть шайба под анкером. Если названная шайба будет толще некоторого значения, она остановит движение анкера вниз раньше, чем шарик коснется поверхности седла, а если она окажется тоньше чем нужно, то шарик упрется в седло раньше, чем анкер в шайбу и шайба будет не у дел. Получается, что клапан (сопряжение седло-шарик) может выполнять свои функции только при идеально подобранной толщине этой шайбы. Но ведь известно, что нет абсолютно точных размеров, толщина шайбы лежит в каком то поле допуска и к тому же в процессе эксплуатации форсунки, клапан изнашивается и шарик "проседает" на некоторую величину.

Долполнение 26.02.2021 г.

С момента данной публикации прошло время, и я сейчас, на заданный в ней вопрос, пожалуй, отвечу так. Если форсунку собрать без нижней (маленькой) шайбы под анкером работать она будет, и усилие, с которым шарик прижимается к седлу клапана (не принимая во внимание пружинку под анкером) будет равно силе упругости верхней пружины над анкером. Это то, что в механике называется статически определимая конструкция.

Другое дело с шайбой под анкером. Я считаю, что изначально, в новой форсунке, между анкером и названной шайбой должен быть очень маленький зазор. При этом шарик, как и без шайбы, будет упираться только в седло клапана, и шайба изначально будет не у дел. Затем, в процессе работы, шарик создаст в седле небольшую лунку и опустится вниз. Анкер в результате начнет соприкасаться с названной шайбой, которая «заберет» на себя часть силы упругости давящей на анкер пружины, и не даст анкеру уходить вниз в процессе дальнейшего износа сопрягаемой с шариком поверхности. Износ седла клапана, надо понимать также замедлиться. При этом ход анкера будет оставаться постоянным весь срок службы форсунки и параметры её работы останутся стабильными, а двигатель все это время будет работать в комфортных условиях до тех пор, пока обратка не станет критической. После этого форсунку надо отремонтировать, т.е. заменить мультипликатор и это дешевле чем ремонтировать двигатель.

Следует отметить, что, когда анкер одновременно упирается и в седло, и в шайбу то это уже называется статической неопределимостью. Статическая неопределимость в механизмах во многом непредсказуема и работает на пользу только в случае высокой культуры производства, т.е. при высокой точности изготовления, сборки и регулировки.

E-mail: alekskrez@mail.ru
 Тел.+375296560658

ФОРСУНКА Common Rail BOSCH 3-его ПОКОЛЕНИЯ

      Представилась возможность разобраться с конструкцией последних BOSCH-евских форсунок. В частности ниже показан сборочный чертеж управляющего узла форсунки 0445110369, тип CRI2-18 W/O VCC. Так же ранее была изучена форсунка 0445В76315. Конструкция управляющих узлов названных форсунок идентичная.

      Не считая, что эти форсунки по конструкции проще всех предыдущих, создается впечатление, что BOSCH сделал шаг назад в совершенствовании системы дизельного впрыска.

      Возможно, кто-то аргументировано может пояснить их прогрессивность? За счет чего у этих форсунок быстродействие выше, чем у пьезо? Каково назначение стерженька над клапаном, и как он ведет себя в процессе работы? Может быть, я что-то не доглядел в конструкции?

 

РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ШАЙБЫ В ФОРСУНКАХ CR BOSCH

 

           Разобравшись с конструкцией управляющего узла электромагнитной форсунки Common Rail BOSCH, с целью выяснить на что влияет изменение размеров регулировочных шайб форсунки, с позиции механики можно сделать вывод:

- увеличение голубой шайбы приведет к уменьшению давления шарика на седло клапана и увеличению хода шарика и наоборот;
        - увеличение зеленой шайбы приведет к уменьшению давления шарика на седло клапана и увеличению электромагнитного зазора между якорем и электромагнитом и наоборот;

- увеличения красной шайбы приведет к увеличению давления шарика на седло клапана и наоборот.

И ещё, чтобы при ремонте форсунки восстановить расчетное значение величины подъема шарика и величину воздушного зазора меду якорем и электромагнитом, в следствие проседания шарика в процессе износа клапана и последующего перешлифовывания поверхности седла клапана, нужно уменьшить на такую же величину на какую опустился шарик толщину голубой и зеленой шайбы.

В форсунке имеется также шайба под пружиной прижимающей иголку к седлу в корпусе распылителя (на рис. поз.16). При этом известно, что пружина иглы распылителя в форсунке CR для функционирования форсунки необязательна и устанавливается для предотвращения заброса газов из камеры сгорания при отсутствии давления в аккумуляторе, а также, чтобы при неработающем двигателе из форсунки не вытекала топливо. Тем не менее, увеличение толщины этой шайбы приведет к тому, что распылитель будет открываться при большем давлении  под иголкой и наоборот. Последнее можно использовать для компенсации изменения давления открытия распылителя при уменьшении площади активного сечения иголки в случае ремонта распылителя.

Самый недорогой и эффективный ремонт электромагнитных форсунок CR BOSCH заключается в першлифовывании седла управляющего клапана форсунки с проведением, до и после его обработки, соответствующих замеров и корректировки на необходимую величину толщины её регулировочных шайб. Также, в случае необходимости, можно произвести притирку конуса иглы распылителя с последующей коррекцией ширины линии контакта его запорных конусов и заменить дефектное тифлоновое уплотнение и шарик, восстановить гидравлическую плотность сопряжения шток-гильза мультипликатора.

Тел. +375 29 6560658

E-mail: alekskrez@mail.ru