Исследование процесса технической эксплуатации топливных форсунок системы распределённого впрыска

Стоит сказать, что созданные Bosch системы непрерывного впрыска используются исключительно на автомобилях европейских производителей - c 1989 года ни на одной машине японского или американского происхождения К-Jetronic или ее аналоги не устанавливались. Среди европейских пользователей - все ведущие фирмы: Audi, BMW, Ferrari, Lotus, Mercedes, Peugeot, Porsche, Renault, Rolls-Royce, Saab, Volvo и, конечно, Volkswagen. На 12-цилиндровых двигателях Ferrari (Testarossa) и Mercedes по две системы KE-Jetronic устанавливались параллельно, каждая обслуживала свою группу цилиндров.

Отличительным внешним признаком системы непрерывного впрыска является отдельный блок, объединяющий в себе измеритель воздушного потока и дозирующее устройство. Этот блок, как правило, крепится между воздушным фильтром и впускным коллектором, с которым соединяется гибким рукавом. От дозирующего устройства к каждому (если впрыск многоточечный) инжектору подведен отдельный тонкий бензопровод. Встречаются, правда, и исключения: на многих двигателях Mercedes, а также на V-образных шестерках Peugeot, Renault и Volvo этот блок крепится прямо на впускном коллекторе и закрыт сверху воздушным фильтром - внешне похоже на обычный карбюратор. В любом случае электрические провода к инжекторам и единый массивный распределительный бензопровод, являющиеся отличительными признаками системы импульсного впрыска, естественно, отсутствуют.

Для обогащения смеси в момент пуска холодного двигателя в системах многоточечного впрыска во впускной трубопровод раньше устанавливали еще одну, дополнительную форсунку, т. н. инжектор холодного пуска, управляемый термочувствительным переключателем. В последние годы от этого решения отказались, изменив при пуске режим работы стандартных инжекторов.

1.6 Непосредственный впрыск

Перспективной разновидностью многоточечного впрыска являются системы непосредственного, или прямого впрыска топлива. От обычных конструкций они отличаются тем, что впрыск бензина происходит не во впускной коллектор, а непосредственно в камеру сгорания. Интересно, что первая в мире система впрыска для серийного бензинового двигателя (Mercedes-Benz 300SL, 1954 год) относилась именно к этой категории. Но там использовались топливные насосы высокого давления с механическим приводом от двигателя, что требовало высокой точности изготовления и тщательной регулировки. Стоимость таких систем и их обслуживания была весьма высока, да и Mercedes-Benz 300SL назвать серийным автомобилем можно лишь с большой натяжкой. Широкого применения они не нашли.

Реализация на современном техническом уровне идеи прямого впрыска для бензиновых двигателей требует решения ряда конструктивных и технологических проблем, и осуществить ее в массовом производстве пока не удается, тем не менее идея считается весьма перспективной, разработки в этом направлении ведутся многими фирмами.

На Tokyo Motor Show в конце 1993 года Toyota показала свой новый двигатель D-4 ("Автопилот #1). Это 4-цилиндровый бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива, работающий на переобедненной смеси. Степень сжатия 12,5. Топливо подается под давлением более 100 кг/см кв. Применены быстродействующие пьезоэлектрические инжекторы повышенной точности, которые фирма называет электронными. Момент впрыска регулируется в зависимости от нагрузки на двигатель: при малых и средних нагрузках впрыск происходит позднее, при больших - раньше. Для управления турбуленцией потока в цилиндре применен специальный клапан (swirl control valve) в воздушном впускном патрубке, открывающийся при больших нагрузках.

Работа над двигателем продолжается, по окончании его доводки конструкторы надеются добиться 20% экономии топлива. Массовое внедрение двигателей с непосредственным впрыском фирмы Toyota ожидают не ранее 2005-2010 годов.

1.7 Почему возникла необходимость в системах впрыска

А теперь наконец попробуем разобраться, почему собственно системы впрыска получили такое распространение и в чем их преимущество перед теми же карбюраторами?

Может показаться, что ответ лежит на поверхности - системы впрыска позволяют увеличить мощность, улучшить динамику, двигатель становится более экономичным. Действительно, вначале целью внедрения таких систем на серийных автомобилях было прежде всего улучшение ездовых качеств. Однако обвальное распространение впрыска топлива на современных автомобилях обусловлено прежде всего не техническими, а экологическими соображениями.

Как известно, при сгорании бензина в двигателе в атмосферу выбрасывается множество вредных для человека и окружающей среды веществ и соединений. Регламентируется пока (к счастью для автопроизводителей и к несчастью для всех остальных) выброс только трех компонентов выхлопа: окиси углерода (CO), углеводородов (НС) и окислов азота (NOx). Снизить их содержание можно совершенствованием двигателя, оптимизацией процесса сгорания топлива, а также установкой в системе выпуска специальных трехкомпонентных (по числу регламентируемых компонентов выхлопа) каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Без них выполнить современные, а тем более планируемые в недалеком будущем нормы по токсичности выхлопа невозможно. А применение катализатора обязательно влечет за собой комплектацию автомобиля системой впрыска топлива.

Массовое внедрение каталитических устройств в системе выпуска отработавших газов и, соответственно, систем впрыска топлива началось в США, где нормы на чистоту выхлопа становились более жесткими, чем в Европе. Уже с 1980 года европейские производители автомобилей были вынуждены поставлять свою продукцию в США с системами впрыска, в то время как на местные рынки по-прежнему шли автомобили с карбюраторными системами питания.

Разработанные к середине 80-х годов трехкомпонентные катализаторы предназначались для нейтрализации продуктов, образующихся при сжигании в двигателе т. н. нормальной топливо-воздушной смеси (весовое соотношение бензин/воздух 1/14,7).

Любое отклонение состава смеси от указанного приводило к падению эффективности работы катализатора и увеличению токсичности выхлопа.

Поддержание нужного состава смеси на различных режимах работы двигателя при наличии массы возмущающих факторов возлагалось на систему впрыска. Для карбюраторов, даже оснащенных электронным управлением, это была совершенно непосильная задача. Да и упрощенные системы впрыска, например, К-Jetronic или KE-модификация тоже не могли решить ее полностью.

Выход был найден следующий. В систему впрыска ввели обратную связь - в выпускную систему, непосредственно перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, т. н. лямбда-сенсор. По сигналам этого датчика компьютер системы управления регулировал подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси.

Трехкомпонентный катализатор в сочетании со снабженной лямбда-сенсором системой впрыска работал весьма эффективно - с точки зрения экологов. Но для конструкторов автомобильных двигателей такая схема обернулась серьезной проблемой - дело в том, что максимальная экономичность двигателя достигается при работе на обедненной или даже переобедненной смеси (отношение бензин/воздух 1/25), и конструкторами уже была проделана немалая работа по созданию именно таких двигателей. Однако на обедненных смесях катализатор работает плохо.

За чистоту выхлопа, достигнутую в результате внедрения катализаторов, пока приходится расплачиваться некоторым увеличением расхода топлива по сравнению с результатами, которых удалось добиться к середине 80-х годов на двигателях без катализаторов.

Но увеличение расхода топлива приводит к увеличению общего количества выбросов в атмосферу, пусть даже и более чистых. Круг замыкается. Решение - за экологами, экономистами и политиками.

Тенденция работать на переобедненных смесях, по-видимому, сохранится. Потребуются, конечно, новые катализаторы, способные работать с такими смесями, а сокращение расхода топлива будет достигаться за счет дальнейшего совершенствования и усложнения систем управления двигателем: в конце концов принцип "Максимально достижимой технологии" - это получение наилучших результатов вне зависимости от сложности и стоимости технических решений.

Приверженность переобедненным смесям демонстрируют японские конструкторы. Первый двигатель такого типа Toyota выпустила на рынок в 1984 году. Соотношение бензин/воздух 1/25, многоточечный впрыск, мощная система зажигания, 2 впускных клапана/цилиндр, в системе управления двигателем - дополнительный датчик состава смеси или давления в камере сгорания. Экономия топлива 8 - 10%.

Похожие двигатели в 1991 году выпустили Mitsubishi и Honda, в 1994 году о завершении аналогичной разработки объявил Nissan. Одна из проблем в таких конструкциях - необходимость повышения турбуленции, или завихрения топливо-воздушной смеси в камере сгорания. Завихрение может происходить по-разному - swirl или tumble - как в стиральных машинах с вертикально или горизонтально расположенной осью барабана. В двигателях Toyota и Nissan для завихрения смеси в одном из двух воздушных впускных патрубков каждого цилиндра применен специальный клапан - swirl control valve. Honda для этих целей использует различающееся на 1 мм по высоте приоткрытие впускных клапанов каждого цилиндра,

Mitsubishi - особую конфигурацию впускных патрубков в сочетании с формой днища поршня.

Пока все созданные двигатели имеют относительно небольшой (до 2,0 литра) объем, который можно будет увеличить лишь после создания катализаторов, хорошо работающих с переобедненными смесями. Определенный прогресс в этом направлении уже достигнут. Toyota, кроме того, небезуспешно экспериментирует с системой из двух датчиков кислорода в выпускной системе, один из которых установлен до катализатора, а второй после. Исследуется метод электроподогрева катализатора для улучшения его работы при пуске холодного двигателя. FIAT предлагает использование двух каталитических нейтрализаторов, один из которых установлен близко к выпускному коллектору и способен работать при более высокой температуре.

1.8 Выводы о системах впрыска

Многие до сих пор настороженно относятся к автомобилям, оснащенным системами впрыска топлива. Напрасно. Во-первых, карбюраторные двигатели все равно постепенно отходят в прошлое и волей-неволей к впрыску придется привыкать. Во-вторых, с точки зрения эксплуатации системы впрыска гораздо надежнее карбюраторов, требующих постоянной чистки и регулировки. О выигрыше с точки зрения ходовых качеств автомобиля можно не говорить. И о зимнем запуске двигателя тоже. И о многом другом. Но, конечно, неприятности тоже случаются.

В первую очередь, заправка этилированным бензином. Его продажа в Москве запрещена, но кто не попадал в ситуацию, когда заправляться приходится за городом? А в других городах? Одной заправки этилированным бензином с гарантией хватает на то, чтобы вывести из строя катализатор. Можно, конечно, не думать об окружающей среде, но от содержащегося в этилированном бензине тетраэтилсвинца страдает не только катализатор - из строя выходит и датчик кислорода, лямбда-сенсор. Это уже хуже, поскольку нарушается управление двигателем. А это потеря мощности и другие прелести.

Бывают и курьезные случаи. Один человек за городом оборвал глушитель. Где-то в самой передней части. Грохочет машина, естественно, жутко. И не едет совсем. Сначала думал, что дело в психологии - не хотелось сильно шуметь. Превозмог себя, нажал на газ как следует - все равно не едет, вернее едет, но плохо. Потом только в гараже разобрался - глушитель оборван перед самым цилиндром с катализатором, датчик кислорода торчит наружу. Естественно, сигнализирует, что кислорода много. Умный компьютер понял - подаваемая в двигатель смесь слишком бедная. И обогатил ее до отказа. С соответствующей потерей мощности двигателя.

Другой пример - добыл себе человек Land Rover. Летом все было нормально, но как только чуть похолодало, начались проблемы. Когда разобрались, выяснилось, что человек из экономических соображений немного схитрил - купил машину по случаю, в исполнении для жарких стран. Естественно, компьютер был запрограммирован на совершенно другой температурный диапазон. Пришлось ставить новый. Этим и закончилась экономия.

Достаточно распространенное явление в отечественных условиях - загрязнение форсунок инжекторов. От плохого бензина. Проявляется это в повышенной шумности холостого хода, провале или неуверенном наборе скорости при резком нажатии на педаль газа, увеличении расхода топлива, грязном выхлопе. Чаще происходит в небольших автомобилях с тесным подкапотным пространством при коротких поездках по городу с длительными остановками между ними: в неработающем горячем двигателе оставшиеся в соплах форсунок капли топлива испаряются, оставляя осадок, постепенно забивающий тонкий (около 0,05 мм) кольцевой канал. Профилактика - использование высокосортного топлива с хорошими моющими характеристиками. Проверка - только на стенде. Лечение - моющие добавки к бензину, причем использовать рекомендуется только те из них, которые специально предназначены для чистки инжекторов - добавки для карбюраторных двигателей не годятся.

И здесь мы переходим к важному вопросу. В целом системы впрыска устроены логичнее и даже проще карбюраторов. Но уровень их технического исполнения таков, что найти неисправность без специального диагностического оборудования сложно, а уж отремонтировать - тем более. И вряд ли здесь поможет умелец в робе с продранными локтями, который регулирует карбюраторы на улице. И хотя ломаются системы впрыска крайне редко, ищите хорошую станцию заранее.

О том, что так называемый впрыск - вещь нужная, известно всем. Но как правильно с ним обращаться, знает отнюдь не каждый. Между тем, большинство автомобилей, катающихся по нашим дорогам, оснащены этими самыми инжекторами. Мы надеемся, что данная статья поможет автомобилистам разобраться в устройстве систем впрыска топлива.

Начнем с того, что инжекторные системы подачи топлива имеют целый ряд преимуществ над карбюраторными. Главное - это точное дозирование топлива и, как следствие, более экономичный его расход. Также нельзя забывать о снижении токсичности выхлопных газов и увеличении приемистости.

Эффективность работы инжекторного двигателя во многом определяет состояние форсунок - управляемые электромагнитные клапаны, обеспечивающие дозированную подачу топлива в цилиндры двигателя. Кстати, существуют форсунки для центрального (одноточечного) и распределенного (многоточечного) впрыска. Еще одна важная деталь - блок управления, которому и подчиняются все форсунки.

Как работает форсунка? К ней под определенным давлением подается топливо, а электрические импульсы, поступающие от блока управления, открывают и закрывают игольчатый клапан. Таким образом и регулируется количество распыляемого топлива (оно пропорционально длительности импульса, задаваемой блоком управления). Причем большую роль в процессе смесеобразования играют форма и направление так называемого распыляемого факела (это зависит от расположения распылительных отверстий). Теперь самое время разобраться, чем различаются центральный и распределенный впрыски. Начнем с первого. Здесь для всех цилиндров двигателя топливо впрыскивается одной форсункой. Она устанавливается перед дроссельной заслонкой, на том самом месте, где должен стоять карбюратор. Эта форсунка имеет низкое сопротивление обмотки электромагнита - от 4 до 5 Ом.

В системах распределенного впрыска топлива для каждого цилиндра работает отдельная форсунка, которая располагается у основания впускного коллектора. Такие форсунки имеют высокое сопротивление обмотки электромагнита - от 12 до 16 Ом.

На новейших инжекторах топливо подается непосредственно в камеру сгорания, поэтому такие системы носят название - непосредственный впрыск. Здесь форсунки обладают очень высоким рабочим напряжением электромагнита - до 100 В.

Со временем, естественно, форсунки приходят в негодность. Об этом, кстати, вы сразу узнаете: недостаточная мощность двигателя, повышенная токсичность выхлопов, рывки и провалы при увеличении нагрузки на двигатель, неустойчивая работа на малых оборотах.

Самая распространенная неисправность форсунок - загрязнение. Причин тому огромное количество. Это и общее загрязнение топливной системы, и закоксовывание содержащимися в топливе смолами, и... Но не пугайтесь - ведь чаще всего форсунки промывают, и они восстанавливают свою работоспособность. Хуже, когда из строя выходит электромагнит форсунки. В таком случае ее, вероятней всего, придется менять. А проверить его исправность можно на ощупь или, если хотите, с помощью стетоскопа.

Но вернемся к промывке. Весь смысл состоит в том, чтобы удалить загрязнения. Существует три основных способа промывки форсунок: промывка специальными присадками к топливу, промывка без демонтажа форсунок с помощью специальной установки и промывка на ультразвуковом стенде с демонтажом форсунок.

2. Исследование работы и процесса технической эксплуатации форсунок бензиновых двигателей

2.1 Конструкция электромагнитных форсунок

Рассмотрим устройство и принцип действия форсунок на примере форсунки фирмы Бош, а также неисправности которые она может вызвать.

Схема включения форсунок на автомобиле ГАЗ.

Схема включения форсунок на автомобиле УАЗ.

1. Лампа неисправности горит после включения зажигания. Самодиагностика блока фиксирует коды неисправности 131.

Проверьте исправность цепей форсунок: 17(37к), 16(37и), 35(37з), 34(37ж). Двигатель работает с перебоями («троение» или «двоение»). Лампа неисправности мигает бессистемно. Система самодиагностики блока фиксирует однократные коды неисправности 131...143 (156).

o Проверить контакты в электрических соединителях форсунок.

2. Двигатель работает с перебоями («троение»). Лампа неисправности не горит (нет неисправностей системы).

3. Выявить методом отключения форсунок неработающий цилиндр. Проверить параметры неработающей форсунки и при необходимости заменить ее на исправную. Выполнить профилактику фильтров очистки топлива. При замене форсунок сбросить давление в топливной магистрали. Двигатель работает с перебоями («троение» или «двоение»). Лампа неисправности мигает бессистемно. Система самодиагностики блока фиксирует однократные коды неисправности 131...143 (156).

o Проверить контакты в электрических соединителях форсунок.

4. Двигатель работает с перебоями («троение»). Лампа неисправности не горит (нет неисправностей системы).

o Выявить методом отключения форсунок неработающий цилиндр. Проверить параметры неработающей форсунки и при необходимости заменить ее на исправную. Выполнить профилактику фильтров очистки топлива. При замене форсунок сбросить давление в топливной магистрали.

Двигатель работает с перебоями («троение» или «двоение»). Лампа неисправности мигает бессистемно. Система самодиагностики блока фиксирует однократные коды неисправности 131...143 (156).

o Проверить контакты в электрических соединителях форсунок.

5. Двигатель работает с перебоями («троение»). Лампа неисправности не горит (нет неисправностей системы).

o Выявить методом отключения форсунок неработающий цилиндр. Проверить параметры неработающей форсунки и при необходимости заменить ее на исправную. Выполнить профилактику фильтров очистки топлива. При замене форсунок сбросить давление в топливной магистрали.

Диагностика форсунок в бензиновых моторах

В современных автомобилях впрыск под высоким давлением стал обыденным явлением. Многие производители автомобилей используют в бензиновых двигателях с прямым впрыском, которые работают как в режиме послойного, так и гомогенного смесеобразования, подобные устройства. Часто производители используют для таких двигателей форсунки высокого давления (HDEV), вмонтированные непосредственно в камеру сгорания. Как можно проверить их работоспособность без демонтажа? Пришло ли время их прочищать? С помощью диагностической системы для приборов управления можно сравнить многие актуальные и номинальные показатели. Пользователь может снять показатели холостого хода с каждого цилиндра.

Если показатели отличаются от номинальных, это указывает в основном на то, что в системе существует какая-то неисправность. А если провести ещё и тест компрессии, то можно очень быстро установить, какого рода проблема -- механическое повреждение или повреждение форсунки. Эти тесты можно провести без демонтажа деталей.

В зависимости от системы впрыска есть возможность получить лямбда показатели и оценить качество сгорания смеси в каждом отдельном цилиндре. Благодаря инжектору высокого давления есть возможность проверить с помощью тестера двигателя, как питание системы, так и прохождение сигнала, интервал впрыска в каждом цилиндре и сопротивление катушки. Таким образом, такой встроенный клапан даёт возможность провести полноценную проверку. Если есть подозрение, что клапан высокого давления протекает, специалист должен удалить свечу зажигания и после остановки двигателя с помощью тестера выхлопных газов замерить концентрацию несгоревшего топлива (НС) в цилиндре. Она не должна увеличиваться, иначе клапан в цилиндре с максимальной концентрацией неисправен. Оценить состояние форсунок можно на любом СТО, обладающем современными диагностическими приборами. При малейших перебоях в работе двигателя, такой контроль позволит четко оценить пришло ли время промывать форсунки.

На прошедшей в прошлом году выставке новых технологий был выдвинут новый проект по устройству форсунок.

Удостоенный премии проект носит название «Форсунки с пьезоэлектрическим управлением: новая техника впрыскивания для экологичных и экономичных дизельных и бензиновых двигателей». Давайте вспомним: ещё совсем недавно любой прохожий мог с первого взгляда отличить дизельный автомобиль от бензинового: дизельный исторгал из выхлопной трубы густые клубы смрадного дыма. Теперь же ситуация изменилась: оказалось, что и дизельный двигатель может быть вполне экологичным. Неслучайно доля машин с дизельными двигателями в общем числе производимых сегодня автомобилей неуклонно увеличивается и уже приближается к 50-ти процентам. Растущая популярность дизельных машин объясняется, с одной стороны, более низкими ценами на дизельное топливо, а с другой стороны - значительным прогрессом в качестве и эксплуатационных характеристиках самих моторов. Но несмотря на это - а, может быть, именно поэтому, - дальнейшее совершенствование дизельных двигателей, то есть, прежде всего, снижение расхода горючего и уменьшение содержания сажи в выхлопных газах, становятся одной из приоритетных задач моторостроителей. Достигаются эти цели, в первую очередь, благодаря специальным фильтрам, собирающим мелкодисперсные частицы сажи, и за счёт улучшенной системы впрыскивания горючего. Но если в области фильтров мировыми лидерами считаются японские и французские инженеры, то по части прецизионных инжекторов и форсунок «впереди планеты всей» специалисты двух немецких фирм - «Robert Bosch GmbH» в Штутгарте и «Siemens VDO Automotive» в Регенсбурге. Вообще-то эти фирмы - конкуренты, однако так уж получилось, что новую систему впрыскивания топлива они разработали хоть и независимо друг от друга, но одновременно. Поэтому и на соискание премии будущего была выдвинута, так сказать, сборная команда двух соперничающих фирм - ситуация совершенно уникальная.

Так что же нового привнесли лауреаты в конструкцию автомобильных моторов? Как известно, система впрыскивания горючего является одним из важнейших компонентов дизельного двигателя. Эта система состоит из топливного насоса высокого давления и клапанной форсунки.

Практически все эксплуатационные характеристики двигателя, будь то КПД, экономичность, экологичность или уровень шума, напрямую зависят от эффективности сгорания топлива, а она, в свою очередь, определяется такими параметрами, как давление, под которым топливо подаётся в камеру сгорания, объём впрыскиваемой порции, степень распыления, момент впрыскивания и т.д. И хотя в дизельных двигателях могут быть использованы системы впрыскивания разных конструкций, практически все клапанные форсунки до недавнего времени были с электромагнитным управлением. Именно этот элемент и усовершенствовали инженеры компаний «Bosch» и «Siemens», разработав форсунку с пьезоэлектрическим управлением. Профессор Ханс Майкснер (Hans Meixner) из фирмы «Siemens» напоминает:

Название «пьезо» происходит из греческого языка и означает «давлю». Если вы надавите на такой пьезоматериал, приложите к нему механическое усилие, то он поляризуется, образует на противолежащих гранях электрические заряды противоположного знака.

Собственно, это явление - оно именуется прямым пьезоэлектрическим эффектом - было впервые исследовано ещё Пьером Кюри в 1880-м году. В наши дни этот эффект находит применение во многих технических изделиях - таких, например, как струйные принтеры или газовые зажигалки. Но лауреаты Премии будущего использовали в своих форсунках так называемый обратный пьезоэлектрический эффект: воздействуя на пьезоматериал электрическим полем, они вызывают его механическую деформацию. В качестве такого материала инженеры обеих фирм используют специальную керамику с примесью окислов циркония и свинца, что позволяет ей выдерживать типичные для дизельного двигателя механические и термические нагрузки. Одно из преимуществ пьезоэлектрического управления состоит в его быстродействии: время реакции на сигнал составляет всего лишь 0,00006 секунды. Правда, сама по себе деформация одной такой керамической пластинки чрезвычайно мала - около 0,0001 миллиметра. Поэтому приходится каждый управляющий элемент компоновать из нескольких сотен керамических слоёв.

С другой стороны, эти пьезоэлектрические материалы развивают огромное усилие, за эти доли секунды они могут поднять слона, - говорит профессор Майкснер. Конкретно такой управляющий элемент развивает усилие в 3 тысячи ньютонов, что и позволяет использовать пьезокерамические форсунки для оптимизации всего процесса работы двигателя. Профессор Ханс Майкснер называет такое управление «taylor made», то есть «скроенным по мерке»:

«Taylor made» означает, например, возможность так регулировать сгорание топлива, чтобы свести к минимуму содержание вредных веществ в выхлопных газах. Особенно в дизельных двигателях можно радикально снизить количество мелкодисперсной сажи. Для этого уже после процесса сгорания в раскалённые выхлопные газы впрыскивается ещё небольшая порция топлива, и почти все ранее уцелевшие частицы сажи при таких высоких температурах догорают.

Внешне форсунка с пьезоэлектрическим управлением напоминает толстую шариковую ручку. Внутри расположен сам пьезоэлемент - он имеет форму цилиндра длиной 4 сантиметра. Подчиняясь управляющему электрическому сигналу, пьезоэлемент укорачивается или удлиняется на 0,04 миллиметра. Поскольку этого всё равно не хватало, конструкторы увеличили ход клапана посредством специального гидравлического устройства. На конце форсунки, словно остриё баллончика в шариковой ручке, ходит взад-вперёд дозирующая игла, открывающая и закрывающая отверстие, через которое и производится впрыскивание топлива. Вроде бы всё просто. Но только работа двигателя требует нескольких сотен впрыскиваний в секунду, и форсунка должна надёжно работать на протяжении не менее чем 20-ти лет в экстремальных условиях высоких температур и давлений до 2-х тысяч бар, обеспечивать низкий уровень шума и при этом обходиться дёшево в производстве. Неудивительно, что разработка такой форсунки заняла в общей сложности свыше 20-ти лет. Новый продукт появился на рынке в 2000-м году. Профессор Майкснер говорит: Исследователи всегда верят в то, что их разработки, существующие пока только в виде чертежей, уже завтра будут реализованы на практике. Но на самом деле всё происходит в своё время. Когда мы начинали наши изыскания, время для этой конструкции ещё не пришло. Тогда и цены на нефтепродукты были гораздо ниже, и экологическое мышление, идея экономии ресурсов, ещё не получили широкого распространения.

Многолетние усилия увенчались успехом. За счёт того, что пьезокерамическая форсунка в 4-5 раз быстрее обычной, она позволяет производить вместо одного впрыскивания несколько мини-впрыскиваний. В результате такой оптимизации процесса сгорания топлива его расход сократился на 2-3 процента, а эмиссия вредных газов и сажи уменьшилась на 20-30 процентов.

Проект обошёлся не дёшево: начиная с середины 90-х годов, обе компании инвестировали в него более 5-ти миллиардов евро. Зато сегодня такие форсунки можно встретить во многих автомобилях разных производителей. Эксперты исходят из того, что в будущем году объём производства достигнет 16-ти миллионов штук. Но и это ещё не всё, - говорит профессор Майкснер: Теперь эту же технологию мы собираемся перенести и на бензиновые моторы. Они тоже станут тише, экологичнее и экономичнее. Мы твёрдо рассчитываем на 20-процентную экономию бензина.

А на вопрос, когда же бензиновые двигатели с пьезокерамическими форсунками появятся на рынке, другой лауреат - Фридрих Бёккинг (Friedrich Boecking) с фирмы «Robert Bosch» - ответил кратко, но твёрдо: Cо следующего года.

Экспериментальное определение производительности.

2.3 Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка представляет собой многоцелевой стенд, на котором можно определять производительность форсунок и делать это при разных условиях: при различной длительности открытия форсунки, также стенд позволяет менять давление в рампе с форсунками. Давление лишь ограничено производительностью самого топливного насоса - около 6.5 бар. Также стенд позволяет наглядно изучать производительность форсунок при разных оборотах двигателя. На данном стенде можно сравнивать производительности чистых форсунок и загрязнённых путём сравнения прогоняемой через них жидкости за определённый промежуток времени. И, главное - на этом стенде можно промывать загрязнённые форсунки и наглядно видеть изменения, происходящие с ними, что не позволяет промывка форсунок, проводимая на двигателе.

Сама установка представляет из себя целую последовательность элементов необходимых для выполняемых ею задач. Во первых это источник питания. В данном случае его роль исполняет аккумуляторная батарея с подсоединённым к ней выпрямителем. Выпрямитель нужен из - за того что электробензонасос с увеличением давления больше рабочего, свыше 3 бар даёт большую просадку, тем самым потребляя больше энергии чем при обычном режиме его работы. Во вторых это сам электробензонасос фирмы Bosch позаимствованный от автомобиля Ауди шестой модели. Насос погружного типа и без жидкости его включать строго запрещается, потому что из - за особенностей конструкции он может выйти из строя. Насос погружён в бачок, из которого он черпует жидкость. Бачок отечественного производства, предназначенный для автомобилей марки ВАЗ, который там в свою очередь исполняет роль бачка омывателя стекла. Через шланг жидкость из насоса поступает в рампу с форсунками.

Рампа рассчитана на две форсунки. Рампа установленная не позаимствована не из какого автомобиля - она собственного производства. Сделана из трубы прямоугольного сечения, к которой по торцам приварены два штуцера, предназначенные для соединения со шлангами. С одной стороны в трубе просверлены два отверстия, в которые вставлены и обварены два посадочных места под форсунки. Сверху к рампе приварены две полосы железа, в которых просверлены два отверстия. Вся рампа посажена на четыре шпильки с резьбой М8, которые продеваются в отверстия в двух пластинках и при помощи четырёх гаек с соответствующей резьбой притягивается к опорной планке, чью роль выполняет доска с соответствующими прорезями для форсунок. После рампы шланг идёт в муфту соединённую с игольчатым краном. Этот кран и позволяет варьировать давление в рампе. Через муфту к крану подсоединён манометр, который измеряет давление в системе и делает картину происходящего более наглядной. Манометр рассчитан на максимальное давление 10 бар. Со стороны противоположной манометру к игольчатому крану подсоединён шланг, по которому в бачок идёт жидкость, которая была не востребована форсунками, или этот шланг можно назвать обратной магистралью. Главная роль в этой установке отведена самим электромагнитным форсункам, которые вставляются в рампу. Жидкость, выходящая из форсунок направлена на мерные стаканы, которые представляют собой две стеклянные емкости, на которые нанесены мерные деления от 0 и до 250 мл. Длительностью промывки управляет реле времени, на котором можно устанавливать необходимое время, по истечению которого установка отключается автоматически. Управляет работой всего стенда электронный блок управления собственной разработки. В его обязанности входит регулировать работу форсунок, именно регулировать длительность открытия и регулировать мнимую частоту вращения двигателя.

Таким образом, мы дали подробное описание нашей установки. Мы дали полное пояснения всем её составляющем, для чего нужны все элементы, принцип взаимодействия всех составляющих установки между собой.

Далее будет приведена схема электронного сигнала, который поступает с блока управления на форсунки и даны некоторые пояснения.

Краткое описание: DD4.1 - задающий генератор, для стабильности применён кварц. На счётчике DD1 выполнен формирователь длительности импульсов отпирания форсунки. Длительность импульса можно выбирать 2,5 или 5 мс переключателем SA1. На счётчике DD2 выполнен дозатор числа импульсов. Количество импульсов выбирается переключателем SA2. Выключателем SA3 (фиксируемым) можно включить непрерывный режим. Это необходимо при промывке форсунок, в том числе ультразвуком. SB1 - кнопка "Пуск", при нажатии на нее начинает работать дозатор. С3,R3 - служит для установки в ноль DD2,DD3.1 при включении питания. VD1,R6,R5,C4 - подавляет дребезг SB1. Можно обойтись и без него, но при длительном нажатии на SB1 может произойти повторное включение дозатора. VT3 - пародия на защиту от КЗ, с ней VT2 (KT817) может выдержать пару циклов работы дозатора. Вместо VT1, VT2 можно поставить составной КТ972 или КТ829, но тогда теряем еще 1 вольт на Uнас.кэ. При питании устройства от аккумуляторной батареи автомобиля стабилизации питания микросхем не нужно. Если от другого источника, то последовательно с L1 нужно поставить резистор и стабилитрон на 10-15В. На рис.1 изображен сигнал на выходе DD4.4. Скважность приближена к рабочим условиям сигнала на форсунках. Гонки можно зафиксировать только хорошим осциллографом и на работу устройства они не влияют. Коэффициенты деления счетчиков можно изменять по необходимости - данные счетчики позволяют это делать в широких пределах, но кратно двум.

Страницы: 1, 2, 3, 4