Исследование процесса технической эксплуатации топливных форсунок системы распределённого впрыска

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 зави

сят 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.

 Скачать реферат