Электромагнитная форсунка принцип работы: Принцип работы форсунки

Принцип работы форсунки

Форсунка (другое название — инжектор), являясь конструктивным элементом системы впрыска, предназначена для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.
Форсунка используется в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей. На современных двигателях устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска.
В зависимости от способа осуществления впрыска различают следующие виды форсунок:
электромагнитная;
электрогидравлическая;
пьезоэлектрическая.
Электромагнитная форсунка
Электромагнитная форсунка устанавливается, как правило, на бензиновых двигателях, в т.ч. оборудованных системой непосредственного впрыска. Форсунка имеет достаточно простое устройство, включающее электромагнитный клапан с иглой и сопло.

Схема электромагнитной форсунки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 сетчатый фильтр
2 электрический разъем
3 пружина
4 обмотка возбуждения
5 якорь электромагнита
6 корпус форсунки
7 игла форсунки
8 уплотнение
9сопло форсунки

Работа электромагнитной форсунки осуществляется следующим образом. В соответствии с заложенным алгоритмом электронный блок управления обеспечивает в нужный момент подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана. При этом создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло. Производится впрыск топлива. С исчезновением напряжения, пружина возвращает иглу форсунки на седло.

Электрогидравлическая форсунка
Электрогидравлическая форсунка используется на дизельных двигателях, в т.ч. оборудованных системой впрыска Common Rail. Конструкция электрогидравлической форсунки объединяет электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

 

Схема электрогидравлической форсунки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 сопло форсунки
2 пружина
3 камера управления
4 сливной дроссель
5 якорь электромагнита
6 сливной канал
7 электрический разъем
8 обмотка возбуждения
9 штуцер подвода топлива
10 впускной дроссель
11 поршень

12игла форсунки

Принцип работы электрогидравлической форсунки основан на использовании давления топлива, как при впрыске, так и при его прекращении. В исходном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Впрыск топлива не происходит. При этом давление топлива на иглу ввиду разности площадей контакта меньше давления на поршень.
По команде электронного блока управления срабатывает электромагнитный клапан, открывая сливной дроссель. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль. При этом впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не изменяется, под действием которого игла поднимается и происходит впрыск топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка
Самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива, является пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка). Форсунка устанавливается на дизельных двигателях, оборудованных системой впрыска Common Rail.
Преимуществами пьезофорсунки являются:
быстрота срабатывания (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана), и как следствие возможность многократного впрыска топлива в течение одного цикла;
точная дозировка впрыскиваемого топлива.
Это стало возможным благодаря использованию пьезоэффекта в управлении форсункой, основанного на изменении длины пьезокристалла под действием напряжения. Конструкция пьезоэлектрической форсунки включает пьезоэлемент, толкатель, переключающий клапан и иглу, помещенные в корпусе.

Схема пьезоэлектрической форсунки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 игла форсунки
2 уплотнение
3 пружина иглы
4 блок дросселей
5 переключающий клапан
6 пружина клапана
7 поршень клапана
8 поршень толкателя
9 пьезоэлемент
10 сливной канал
11 сетчатый фильтр
12 электрический разъем
13 нагнетательный канал

В работе пьезофорсунки, также как и электрогидравлической форсунки, используется гидравлический принцип. В исходном положении игла посажена на седло за счет высокого давления топлива. При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина, которая передает усилие на поршень толкателя. Открывается переключающий клапан, топливо поступает в сливную магистраль. Давление выше иглы падает. Игла за счет давления в нижней части поднимается и производится впрыск топлива.

Количество впрыскиваемого топлива определяется:
длительностью воздействия на пьезоэлемент;
давлением топлива в топливной рампе.

Электромагнитная форсунка — как она устроена?

Топливная форсунка сейчас стала неотъемлемой частью топливной системы многих современных автомобилей. Подобные приспособления начали ставить в 30-х годах 20 века на авиамоторы, а позже на гоночные автомобили. Более широкое распространение в автомобилестроении они получили не так давно, только в 70-80-х годах 20 века. Причиной широкого использования форсунок стали топливный кризис и повышенное внимание к сохранению окружающей среды.

До 70-80-х годов 20 века для достижения большей мощности двигателей транспортных средств распространено было преднамеренное переобогащение воздушно-топливной смеси. Конечно, это имело свой эффект и транспортные средства становились более шустрыми. Но эта шустрость увеличивала расход топлива и приводила к избытку продуктов горения в выхлопных газах. Чтобы решить эти проблемы, нужно было доработать конструкцию топливной автомобильной системы. Это и привело к использованию топливных форсунок в автомобилестроении. Сначала начали ставить системы с одной форсункой (моновпрыск), а позже – системы распределённого впрыска топлива. Первая электромагнитная форсунка с электронный управлением впрыска появилась в 1967 году. Она производила подачу топлива в камеру сгорания через равные промежутки времени.

1. Что такое электромагнитная форсунка.

Форсунка или, как её иногда называют, инжектор – это элемент двигательной системы автомобиля, который предназначается для дозировки подачи и распыления топлива в камеру сгорания двигателя, а также для формирования воздушно-топливной смеси

. Кроме того, форсунки выполняют функцию герметизации камеры сгорания двигателя.

Форсунки ставят в большей степени на бензиновые двигатели (даже на те, что оборудованы системой непосредственного впрыска). Но встречаются и дизельные двигатели с форсунками. Распыление топлива происходит за счёт высокого уровня давления, создаваемого форсунками. Для бензина достаточно нескольких атмосфер, а для дизельного топлива необходимы сотни и тысячи атмосфер (только при таком давлении дизельное топливо приобретает нужные характеристики).

Различают три основных вида топливных форсунок:

— Электромагнитные форсунки.

— Пьезоэлектрические форсунки.

— Электрогидравлические форсунки.

Остановимся на первом типе форсунок. Электромагнитная форсунка основана на работе электромагнита. Она начинает действовать во время поступления на обмотку возбуждения клапана некоторого напряжения в соответствии с заложенным алгоритмом в блоке электронного управления. Эта обмотка возбуждения и представляет собой некую копию электромагнита. Если сравнивать топливные системы с форсунками и карбюраторные топливные системы, то первые имеют как достоинства, так и недостатки перед вторыми.

Достоинства топливных форсунок по сравнению с карбюраторными системами:

1. Точная дозировка топлива, благодаря чему обеспечивается его экономный расход.

2. Токсичность отработанных газов сводиться к минимуму.

3. Мощность автомобильного двигателя с форсунками возрастает на 10%.

4. Запустить двигатель с форсунками намного легче вне зависимости от погоды на улице.

5. Форсунки улучшают динамические свойства автомобиля.

6. Чистить и менять форсунки и другие элементы двигательной системы необходимо заметно реже, чем в карбюраторных двигателях.

Недостатки топливных форсунок по сравнению с карбюраторными системами:

1. Для нормальной работы форсунок топливо должно быть очень качественным. Если состав топлива нарушается, то форсунки быстрой выйдут из строя.

2. Стоимость ремонта или замены топливных форсунок очень высокая.

Учитывая все достоинства, двигатели с форсунками и получили такую популярность среди автопроизводителей.

2. Устройство электромагнитной форсунки.

Обычно, форсунка состоит из одного канала. Но встречаются варианты и с двумя каналами, когда по одному каналу выбрасывается топливо, а по второму – состав, необходимый для распыления топлива (жидкость, газ, пар). Устройство электромагнитной форсунки предельно простое. Она состоит из таких компонентов:

1. Фильтр в виде сетки.

2. Электрический разъём.

3. Электромагнитная обмотка возбуждения.

4. Специальная пружина.

5. Якорь от электромагнита.

6. Корпус форсунки.

7. Уплотнение на корпусе.

8. Игла форсунки.

9. Сопло форсунки.

Сопло предназначается для осуществления разбрызгивания топлива. От качества исполнения данного элемента зависит работа всего прибора. Фильтр сеточного типа необходим для фильтрации топлива, которое будет проходить через форсунку. Фильтр нужен, так как форсунки очень чувствительны к наличию сторонних элементов в топливе.

Через электрический разъём на форсунки поступает электроэнергия, которая потом переходит на электромагнитную обмотку возбуждения. Пружина предназначается для возвращения иглы форсунки в исходную позицию после впрыска. Якорь электромагнита производит управление, и осуществляет движение иглы форсунки. Игла форсунки производит открытие и закрытие сопла, благодаря чему происходит управление впрыском топлива. Все конструктивные элементы форсунки располагаются в определённом порядке в её корпусе. Уплотнение на корпусе необходимо для более качественной и надёжной установки прибора в топливную систему.

3. Принцип работы электромагнитной форсунки.

Принцип работы электромагнитной форсунки состоит в следующем. После включения зажигания, электромагнитные форсунки получают от блока управления команды с определённой частотой. Под воздействием этих команд они принимают два возможных положения: открытое или закрытое. Если на форсунку напряжение не подаётся, то игла под воздействием пружинного механизма и давления топлива прижимается к седлу клапана и форсунка в это время не обеспечивает подачу топлива в коллектор.

Когда электронный управляющий блок по заложенному алгоритму подаёт на электромагнитную обмотку возбуждения необходимое напряжение, создаётся электромагнитное поле, которое провоцирует втягивание якоря с иглой и освобождение сопла форсунки, преодолевая силу пружины. Через сопло и производиться впрыскивание топлива в камеру сгорания. Когда напряжение исчезает, игла форсунки под воздействием пружины возвращается в исходное положение.

Все современный форсунки оснащаются электронной системой контроля впрыска топлива. Электронная система контроля впрыска топлива принимает команды от датчиков в двигателе, на основе которых определяет нужное количество топлива для двигателя в данный момент и отправляет сигналы форсункам. А форсунки открываются в нужное время и производят впрыск необходимого количества топлива. То есть они дают возможность довольно точно дозировать впрыск топлива в коллектор.

Впрыскивание топлива осуществляется сверху вниз через распылительную пластину, от формы и конструкции которой зависит форма струи. Качество работы форсунки определяется по характеру распыления топлива, который она способна обеспечить. Форсунка должна давать конусообразное распыления с ровный и непрерывным факелом.

Работу форсунок определяют по таким характеристикам:

1. Динамический диапазон функционирования.

2. Минимальная подача топлива за один цикл.

3. Время на открытие форсунки.

4. Время на закрытие форсунки.

5. Угол распыления.

6. Дальность топливного факела.

7. Мелкость и зернистость распыления.

8. Характер распределения топлива в факеле.

4. Игла форсунки.

Распылитель – это одна из основных частей форсунки, которая состоит из двух элементов:

1. Иглы.

2. Корпуса.

Игла форсунки изготавливается из легированной стали, очень тщательно обрабатывается и имеет высокую степень твёрдости поверхности. Высокая твёрдость поверхности просто необходима для обеспечения работы форсунки в условиях высокой температуры и высокого давления. Качество функционирования иглы форсунки зависит от зазора между ней и корпусом распылителя. Поэтому иглу и корпус форсунки всегда выбирают попарно. Заменить только одну из этих деталей нельзя. Если менять, то сразу две.

Положение иглы внутри форсунки контролируется при помощи специальной пружины, которая регулируется винтом, вкрученном в дно корпуса. Рассмотрим, каким образом происходит работа иглы форсунки. Когда двигатель работает, топливо проходит из топливного насоса в камеру через канал. Как только давления топлива превысит силу пружины, игла приподнимается, а топливо проходит к отверстиям распыления и впрыскивается в камеру сгорания. После впрыска, давление топлива резко падает, и игла форсунки под действием пружины возвращается в начальную позицию, закрывая входное отверстие. А потом всё повторяется заново.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Дизельные электромагнитные форсунки. — Автоэлектрика

Требование к экологической безопасности повышаются постоянно. В результате производители дизельных двигателей разрабатывают новые системы топливоподачи. Для повышения качества топливовоздушной смеси и полнейшего сгорания топлива прежде всего повышают давление топлива. Более того дизельные электромагнитные форсунки обеспечивают точную подачу топлива в цилиндры двигателя. Самый простой и эффективный способ регулировки подачи топлива в цилиндры, это применение дизельных электромагнитных форсунок. На данный момент так же существуют форсунки с пьезо управлением. Все эти форсунки схожи по конструкции с механическими форсунками.

В этой статье остановимся подробнее на форсунках с электромагнитным приводом. То есть на форсунках имеющих электромагнитную катушку. Эти форсунки являются гибридом механической дизельной форсунки и электромагнитной форсунки бензинового двигателя.  Как устроена и работает форсунка бензинового двигателя можно прочитать в статье «Инжекторная форсунка». Так как давление топлива на дизельном двигателе более 1500 атмосфер, то применение электромагнитных форсунок бензинового двигателя не возможно.

Устройство дизельной электромагнитной форсунки.

Дизельные электромагнитные форсунки состоитят из корпуса, в котором располагаются клапана, возвратные пружины, каналы. На конце форсунки располагается распылитель. Название и расположение элементов форсунки видно на картинке ниже. Подключение магистрали высокого давления к форсунке осуществляется по средствам штуцера. Более того к форсунке подключается магистраль для обратного слива лишнего топлива. Основным элементом управления форсункой является электромагнитная катушка, которая подключается к электропроводке автомобиля по средствам разъёма.

Распылитель форсунки перекрывается иглой, которая плотно притирается к стенкам распылителя. Электромагнитный управляющий поршень, аналогично якорю бензиновой форсунки перемещается за счёт электромагнитного поля катушки. Управляющий поршень воздействует на клапан камеры управления. В результате поднятие иглы форсунки осуществляется не непосредственно электромагнитной катушкой, а топливом, за счёт разницы давлений.

Принцип работы дизельной электромагнитной форсунки.

В отличие от бензиновой форсунки, дизельная форсунка работает под большим давлением, почти 1800 атмосфер. В результате подача топлива происходит не за счёт электромагнитной катушки, а за счёт давления подаваемого топлива. Следовательно управление форсункой осуществляется клапаном камеры управления. При работе топливного насоса высокого давления происходит подача топлива по каналу высокого  давления, через дроссельное отверстие к нижней части иглы. Точно так же через дроссельное отверстие топливо поступает в управляющую камеру. В результате давление под иглой форсунки и в камере управления становится одинаково. Благодаря дроссельным отверстиям давление в камере управления повышается медленнее, чем под иглой. Под действием пружины игла при этом остаётся прижатой к седлу, следовательно топливо не поступает к распылителю.

При подаче импульса на дизельную электромагнитную форсунку происходит перемещение электромагнитного управляющего поршня вверх. Это освобождает шарик клапана камеры управления. Из-за разницы давления топлива в камере управления происходит открытие клапана. В результате топливо из камеры перетекает в магистраль возврата топлива. Следовательно давление в камере управления падает, что приводит к разнице давлений топлива под иглой форсунки и над поршнем управления. Под действием давления игла поднимается, следовательно топливо поступает через распылитель в цилиндр. Дроссельные отверстия обеспечивают разность скорости падения давления под иглой и камерой управления.

При снятии питания с катушки под воздействием возвратной пружины происходит возврат электромагнитного поршня в исходное положение. В результате происходит закрытие клапана камеры управления. В результате происходит повышение давления в камере управления. Под действием повышенного давления происходит перемещение управляющего поршня вверх, который воздействует на иглу форсунки, то есть закрывает её.

Особенности электромагнитных дизельных форсунок.

Электромагнитные форсунки имеют важное преимущество перед механическими форсунками. Прежде всего они позволяют  более точно дозировать подаваемое топливо. Также имеется  возможность многократного впрыска топлива. Кроме того впрыск топлива производится в самый подходящий момент. Наконец, электромагнитные дизельные форсунки более тонко распыляют топливо, потому что работают при повышенном давлении почти 1800 атм. В результате этого топливо лучшего смешения его с воздухом.

В отличие от форсунок бензинового двигателя при производстве форсунок их характеристики не одинаковы, то есть они отличаются от эталона. Это приводит к различной подаче топлива ы цилиндры. Для компенсации этого недостатка каждая форсунка проходит испытания, при которых проверяют характеристики при нескольких параметрах. После этого на корпус форсунки наносится  код для корректировки подачи топлива. При смене форсунок при помощи диагностического оборудования этот код вводится в память блока управления. В зависимости от производителя код может быть различного вида.

admin 06/04/2020 «Если Вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста выделите это место мышкой и нажмите CTRL+ENTER» «Если статья была Вам полезна, поделитесь ссылкой на неё в соцсетях»

Об электромагнитных форсунках

Обычно в двигателях с системой Bosch СР1 используются форсунки электромагнитного типа CRI 1 и CRI 2. Принцип работы в следующем:
Топливо из рампы под высоким давлением через трубку направляется к форсунке и далее по топливной галерее в форкамеру распылителя, а также через впускной дроссель в управляющую камеру клапана. Управляющая камера клапана соединена с линией возврата топлива в бак через выпускной дроссель, который может открываться электромагнитным клапаном. В закрытом состоянии (электромагнитный клапан обесточен) выпускной дроссель закрыт шариком клапана, поэтому топливо не может выйти из управляющей камеры клапана. В этом положении в форкамере распылителя и в управляющей камере клапана устанавливается одинаковое давление (баланс давления). На иглу распылителя действует дополнительно усилие собственной пружины, поэтому игла распылителя остается закрытой (гидравлическое давление и усилие пружины иглы распылителя). Топливо не попадает в камеру сгорания. При активации электромагнитного клапана открывается выпускной дроссель. За счет этого возрастает давление в управляющей камере клапана, а также гидравлическое усилие, действующее на управляющий золотник клапана. Как только гидравлическая сила в управляющей камере клапана станет меньше гидравлической силы в форкамере распылителя и пружины иглы распылителя, игла распылителя открывается. Топливо через отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания. 

Спустя заданное программой время подача электропитания к электромагнитному клапану прерывается. После этого выпускной дроссель снова закрывается. С закрытием выпускного дросселя в управляющей камере клапана через впускной дроссель восстанавливается давление из топливной рампы. Это повышенное давление с большим усилием воздействует на управляющий золотник клапана. Эта сила и сила упругости пружины иглы распылителя теперь превосходят силу в форкамере распылителя и игла распылителя закрывается. Скорость закрывания иглы распылителя определяется расходом впускного дросселя. Впрыск прекращается, как только игла распылителя достигает своего нижнего упора. Косвенное приведение в действие иглы распылителя посредством системы гидравлического сервопривода применяется, когда усилие, необходимое для быстрого открывания иглы распылителя с помощью электромагнитного клапана, не может быть создано напрямую. Для этого дополнительно к объему впрыскиваемого топлива в возврат топлива через дроссели управляющей камеры подается требуемый «управляющий объем». 

Дополнительное к управляющему объему имеются объемы утечек на перемещение иглы распылителя и управляющего золотника клапана. Электромагнитные форсунки калибруются во время производства и имеют несколько вариантов кодировки. Ранние версии разделены на классы (например, Х, Y, Z у Hyundai) и в случае замены классы форсунок необходимо комбинировать по определенному принципу. В более поздних системах используется код : 8-значный (ЕВРО IV) или 9-значный (ЕВРО V), который представляет собой поправочный коэффициент для коррекции топлива и выгравирован на поверхности головки топливной форсунки. В случае замены форсунок в память ЭБУ необходимо вводить новый код. Также необходимо вводить коды форсунок при замене ЭБУ на новый в память нового блока.

Источник: http://www.commonrail.ru

Топливные форсунки: устройство и принцип действия

23.03.2017

Форсунки являются основными элементами в дизельных и бензиновых инжекторных двигателях. Существует несколько типов форсунок. Они устанавливаются на двигатели разных конструкций. В данной статье будет подробно описано, что собой представляет данная деталь конструкции автомобиля.

Назначение форсунок и их виды

Все инжекторные бензиновые и дизельные двигатели оснащены системой впрыска топлива, которая подразумевает использование форсунок. Этот элемент системы играет не самую последнюю роль. Форсунки предназначены для распыления топлива внутри камеры сгорания. Принцип работы форсунок дизельного и бензинового двигателей аналогичен. Распыление происходит за счет подачи топлива под высоким давлением через сопло форсунки. Благодаря форсункам внутри камеры сгорания возникает топливный факел, то есть происходит разбивка топлива на микроскопические капли, которые смешиваются с воздухом.

Единственно, что отличает работу форсунок бензиновых и дизельных моторов, так это режим работы. Форсунки в бензиновых силовых агрегатах работают под более низким давлением, чем в дизельных.

На сегодняшний день в системах впрыска используется 4 вида форсунок:

• Механические
• Электромагнитные
• Электрогидравлические
• Пьезоэлектрические

Разберем каждый тип форсунок отдельно, так как каждый из них обладает своими особенностями и применяется в разных сферах.

Механические форсунки

Данный тип форсунок является «классическим» решением. Их используют уже не один год и за это время они не стали менее популярными. Механическая форсунка представляет собой некий клапан, который открывается при достижении определенного давления. Внутри корпуса находится игла. Она закрывает сопло под действие пружины. Давление толкает топливо от ТНВД к кольцевой камере, которая находится между иглой и корпусом. Под действие давления игла приподнимается и открывает сопло. В результате происходит распыление капель топлива по камере сгорания. После снижения давления игла приподнимается и закрывает сопло.

Механическая форсунка обладает высокой надежностью и простой конструкции. Но она не подходит для установки на современные дизельные двигатели, так как не способна обеспечить необходимые характеристики. По этой причине на смену механическим форсункам постепенно приходят другие.

Электромагнитные форсунки

Основное отличие электромагнитной форсунки от механической заключается в том, что открытие сопла происходит после подачи сигнала от контроллера на встроенный электромагнит, который располагается в верхней части форсунки. Якорь электромагнита соединен с иглой. При подаче напряжения на электромагнит игла поднимается и открывает сопло.

Электромагнитные форсунки нашли широкое применение в бензиновых двигателях. В дизельных их не используют, так как они не способны работать под большим давлением.

Электрогидравлические форсунки

В этих форсунках собраны все положительные качества двух предыдущих видов. Давление топлива на иглу осуществляется сразу с двух сторон (снизу и сверху) в местах расположения топливных камер, которые связаны между собой. Следовательно, и давление в них одинаковое. Верхняя камера получила название камерой управления. Она соединена со сливной магистралью посредством электромагнитного клапана. Топливо поступает в верхнюю камеру из впускной магистрали через дроссель (канал с сужением).

Принцип действия электрогидравлической форсунки выглядит следующим образом. Когда клапан находится в закрытом положении, игла опущена и прижата к седлу. Как только клапан получает импульс от контроллера, топливо начинает из камеры управления поступать в сливную магистраль. Это сопровождается падением давления в камере. Теперь на иглу оказывается давление только снизу. Из-за этого игла приподнимается и происходит впрыск топлива. В этот момент камера управления все еще соединена с впускной магистралью. Впускной дроссель не позволяет топливу заполнить камеру.

Электрогидравлические форсунки используются в дизельных двигателях и системах впрыска Common Rail. Данное устройство отличается своей простотой и надежностью. Использование таких форсунок обеспечивает двигателю длительный срок службы.

Пьезоэлектрические форсунки

Эти форсунки являются самыми современными. Их наиболее часто используют в дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. Принцип действия этих форсунок схож с гидроэлектрическими, за исключением одного момента. В качестве элемента, который воздействует на клапан и заставляет его открываться, чтобы топливо из верхней камеры попало в сливную магистраль, выступает пьезоэлектрический кристалл. Уже давно известно, что некоторые кристаллы обладают пьезоэлектрическим эффектом. Внешняя сила воздействует на кристалл, и он поддается деформации, образовывая электрический заряд. Также эти кристаллы способны демонстрировать и обратный эффект. Если на них воздействовать электрическим током, то они начнут изменять свои размеры. В пьезоэлектрических форсунках используются именно такие кристаллы. Они под действием электричества удлиняются и толкают поршень клапана, отвечающего за подачу топлива из камеры управления в сливную магистраль.

Эти форсунки отличаются от остальных своим быстродействием. Длина кристалла изменяется и открывает клапан в 4 раза быстрее, чем это происходит в электромагнитных форсунках. Благодаря пьезоэлектрическим форсункам появилась возможность осуществлять несколько впрысков за один такт двигателя. В результате появились двигателя с форсунками, которые способны за один такт делать до 9 впрысков.

Принцип работы форсунки Common Rail

      Форсунки Common Rail связаны с топливным аккумулятором высокого давления  магистралями из толстостенных трубок, способных выдерживать давление до 2 500 бар. Форсунки системы Common Rail по аналогии с форсунками на дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива устанавливаются с зажимными скобами в головке цилиндра. Тем самым допускается возможность установки форсунок указанной системы на дизельные двигатели с непосредственным впрыском топлива без кардинальной модернизации головки блока цилиндров.

Необходимые время начала впрыска и величина подачи топлива (продолжительность впрыска) обеспечиваются открытием электромагнитного клапана каждой форсунки посредством команды от электронного блока управления ДВС, получающего сигналы о положении коленчатого вала и частоты его вращения через соответствующие датчики.  Форсунка состоит из следующих основных функциональных блоков:

• распылительный узел
• система гидропривода
• клапанный узел

Принцип действия форсунки

А – форсунка в состоянии покоя

B – форсунка открыта

C – форсунка закрыта

1 – обратная топливная магистраль; 2 – катушка электромагнита; 3 – якорь электромагнита; 4 – шарик клапана; 5 – камера управляющего давления; 6 – конус иглы распылителя; 7 – сопловые отверстия распылителя; 8 – дроссельное отверстие отвода топлива; 9 – магистраль высокого давления; 10 – дроссельное отверстие подачи топлива; 11 – мультипликатор;

Форсунка в «состоянии покоя» (Рис А). Топливо подается по магистрали 9 высокого давления (см. рис. А) через подводящий канал к распылителю форсунки, а также через дроссельное отверстие 10 подачи топлива — в камеру 5 управляющего клапана. Через дроссельное отверстие 8 отвода топлива, которое может открываться электромагнитным клапаном, камера соединяется с обратной топливной магистралью 1. При закрытом дроссельном отверстии 8 гидравлическая сила, действующая сверху на мультипликатор 11 управляющего клапана и усилие пружины (ориентировочно, в зависимости от моделей ~30Н), превышает силу давления топлива снизу на конус 6 иглы распылителя. Вследствие этого игла прижимается к седлу распылителя и плотно закрывает сопловые отверстия 7 распылителя. В результате топливо в камеру сгорания не попадает.

Форсунка открыта, процесс впрыска (Рис В). При срабатывании электромагнитного клапана якорь электромагнита сдвигается вверх (на рис. 8), открывая дроссельное отверстие. Соответственно снижаются как давление в камере управляющего клапана, так и гидравлическая сила, действующая на мультипликатор. Под действием давления топлива на конус 6 игла распылителя отходит от седла и топливо через сопловые отверстия 7 впрыскивается в камеру сгорания цилиндра. Применение такого непрямого управления иглой вызвано тем, что непосредственного усилия электромагнитного клапана для быстрого подъема распылителя недостаточно. Также дополнительно для увеличения моментов (уменьшения времени срабатывания) применяются промежуточные вставки между мультипликатором и иглой распылителя — упругие стержни, способные сжиматься-распрямляться. А для исключения явления «отскока» шарика клапана в форсунках применяются демпфирующие устройства.

Форсунка закрывается/ закрыта (Рис. С). После закрытия клапана давление над мультипликатором повышается, вследствие чего он перемещается вниз и через упругий стержень воздействует на иглу распылителя. Благодаря упругому стержню (за счет его распрямления) скорость перемещения иглы увеличивается, а время опускания уменьшается. Игла полностью опускается и перекрывает доступ к сопловым отверстиям распылителя.

Более подробно и наглядно принцип работы форсунки Common Rail описан в анимационном ролике «Как работает форсунка Common Rail», размещенном на сайте нашей компании в разделе «Видеотека».

Форсунки. Описание. Типы.

Инжектор под названием форсунка является основным элементом, предназначенным для подачи топлива, и преобразование ее в топливно-воздушную смесь.

Конструктивный элемент форсунка используют для впрыска топлива в камеру сгорания в бензиновых и дизельных двигателях. В наше время для лучшей производительности устанавливают электронный впрыск для управления форсунки.

В зависимости от управления форсункой различают несколько способов впрыска:
1.Электромагнитая система;
2.Электрогидравлическая система;
3.Пьзеоэлектрическая.

Электромагнитная форсунка

Чаще всего электромагнитную форсунку устанавливают на бензиновых двигателях системой непосредственного впрыска. Для роботы форсунки используется электромагнитный клапан с иглой и сопло.

Принцип роботы электромагнитной форсунки

Работа форсунки починается с подачи напряжения на обмотку клапана с помощью электронного блока управления. В этот момент электромагнитное поле втягивает иглу за счет преодоления пружины. Как только игла освободила сопло происходит впрыск топлива. После впрыска игла возвращается на исходное положение.

Электрогидравлическая форсунка

В отличии от электромагнитной форсунки электрогидравлическую устанавливают на дизельных двигателях разом с системой впрыска Common Rail. Она состоит из клапана, камеры управления, и впускной и сливной дроссели.

Принцип роботы

Основа роботы форсунки — это давление, которое используется при впрыске топлива. В исходном положении   игла опущена и прижата к седлу, клапан закрыт. Впрыск производится только когда клапан открывается. Блок управления подает сигнал на клапан а он в свою очередь открывает сливную дроссель. Топливо течет по дроссели и переходит в впускную магистраль. Давление топлива снижается на поршень при этом поднимая иглу и впрыскивая топливо.

Пьезоэлектрическая форсунка

Пьезофорсунка является совершенным, устройством которое обеспечивает высокое качество впрыска топлива. Конструкцию форсунки оборудовала система Common Rail Она устанавливается на дизельных двигателях.

Преимущества такой технологии и ее составные элементы:
Форсунка срабатывает в 4 раза быстрее электромагнитной форсунки и это дает возможность многократно впрыскивать топливо за один цикл. Топливо впрыскивается с большой точностью. Такой результат стало возможно получить благодаря пьезо-кристаллу под действием давления.  Как и все форсунки пьезоэлектрическая имеет конструкцию из нескольких элементов таких как пьезоэлемент, толкатель, клапан и игла. Все эти элементы помещаются в корпусе форсунки.

Принцип роботы пьезоэлектрической форсунки

Работа осуществляется на основе гидравлического принципа. В начальном положении игла опущена за счет давления. Электрические сигнал передается блоком управления на пьезоэлемент увеличивая этим давление на поршень толкающего элемента. Как только клапан открывается, топливо поступает в специальную магистраль. Давление топлива снижается. Впрыск топлива происходит в момент поднятия иглы под давлением.  Дозировка топлива которое впрыскивается определяется двумя способами:
1.    Количеством затраченного времени воздействия на пьезоэлемент.
2.    Уровнем давления топлива в рампе.

Видео — принцип работы форсунки Bosh

• < Назад
• Вперёд >

ИНЖЕКТОР ОБЫЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ (CRIE)

Общее описание
Форсунки Common Rail обеспечивают точный электронный контроль времени и количества впрыска топлива, а более высокое давление, обеспечиваемое технологией Common Rail, обеспечивает лучшее распыление топлива. Чтобы снизить уровень шума двигателя, электронный блок управления двигателем может впрыснуть небольшое количество дизельного топлива непосредственно перед событием основного впрыска («пилотный» впрыск), таким образом уменьшая его взрывоопасность и вибрацию, а также оптимизируя время впрыска и количество для изменений в качество топлива, холодный запуск и тд.
Некоторые усовершенствованные топливные системы Common Rail выполняют до пяти впрысков за такт.
Внешний вид
На рис. 1 показан типичный электромагнитный инжектор Common Rail.

Фиг.1

Принцип работы электромагнитной форсунки common rail

Электромагнитный клапан TWV (двухходовой клапан) открывает и закрывает выпускное отверстие для управления как давлением в камере управления, так и началом и окончанием впрыска.Принцип работы показан на рис. 2.

Фиг.2

Без впрыска

Когда на соленоид не подается ток, сила пружины превышает гидравлическое давление в камере управления. Таким образом, электромагнитный клапан опускается вниз, эффективно закрывая выпускное отверстие. По этой причине гидравлическое давление, которое прикладывается к управляющему поршню, заставляет пружину сопла сжиматься. Это закрывает иглу форсунки, и в результате топливо не впрыскивается.

Фаза впрыска

Когда ток первоначально подается на соленоид, сила притяжения соленоида подтягивает электромагнитный клапан вверх, эффективно открывая выпускное отверстие и позволяя топливу вытекать из камеры управления. После того, как топливо вытечет, давление в камере управления снижается, подтягивая командный поршень вверх. При этом игла сопла поднимается и начинается впрыск. Топливо, которое проходит через выпускное отверстие, попадает в трубу утечки и под командный поршень.Топливо, которое течет под поршнем, поднимает иглу поршня вверх, что помогает улучшить реакцию форсунки на открытие и закрытие. Ток открытия 85В, 7А. Ток удержания 12В, 2А.

Конец фазы впрыска

Когда ток продолжает подаваться на соленоид, сопло достигает максимального подъема, при этом скорость впрыска также находится на максимальном уровне. Когда ток на соленоид отключается, электромагнитный клапан опускается, что приводит к немедленному закрытию иглы форсунки и прекращению впрыска.

• Проверить сопротивление

1. Убедитесь, что зажигание выключено и двигатель не запускается
2. Отсоединить двухштырьковый разъем форсунки.
3. Подключить точный омметр между выводами разъема форсунки.
   Сопротивление должно быть от 0,4 до 0,8 Ом.
4. Вставить разъем форсунки.

• Проверка выходного сигнала

Зависимость напряжения форсунки от тока

1. Установите первый вход осциллографа на 100 В (полная шкала).
2. Подсоедините активный измерительный провод этого канала к одному из проводов форсунки. Затем подключите заземляющий провод к заземлению корпуса.
3. Подключите токовые клещи переменного / постоянного тока к другому каналу осциллографа. Установите диапазон клещей постоянного / переменного тока на 20 А.
   Важное примечание: Следует зажимать только один из двух проводов, а не оба. Неважно, какой провод будет зажиматься токовыми клещами: положительный или отрицательный. Это повлияет только на полярность измеряемого тока.
4. Запустите двигатель, прогрейте его до рабочей температуры и оставьте на холостом ходу.
5. Сравните результат с осциллограммой на рис. 2.

Рис. 3
Примечание: Испытательная установка может немного искажать записанные сигналы.

Напряжение форсунки

1. Установите все входы осциллографов на 100 В (полная шкала).
2. Подключите активный измерительный провод канала № 1 к одному из проводов первого инжектора.
   Затем подключите заземляющий провод к заземлению корпуса.
3. Подключите активный измерительный провод канала № 2 к одному из проводов второго инжектора.
4. Подсоедините активный измерительный провод канала № 3 к одному из проводов третьей форсунки.
5. Подсоедините активный измерительный провод канала № 4 к одному из проводов четвертой форсунки.
6. Запустить двигатель, прогреть его до рабочей температуры и оставить на холостом ходу
7. Сравните результат для каждой форсунки с осциллограммой на рис.3

Фиг.4

• Возможное повреждение форсунок:

1. Обрыв цепи, короткое замыкание на плюс или массу в проводе (ах)
2. Отсутствие проводимости разъемного соединения или плохое его соединение
3. Заземление ослаблено или корродировано
4. Механическая неисправность в элементе

Принципы работы и схема топливной форсунки

Электронная система впрыска топлива представляет собой серию топливных систем, в которых используются электромеханические детали для подачи топлива из бака в цилиндр с идеальным соотношением.

Одной из основных частей системы EFI является инжектор. Тогда каково определение инжектора? как работает инжектор на двигателе? проверьте содержимое ниже

Определение и функция топливной форсунки

Топливная форсунка — это клапан с электроуправлением, который используется для распыления топлива. В системе впрыска бензина форсунка действует как дверца для распыления топлива из топливных магистралей во впускной коллектор.

Инжектор выполняет не только функцию распылителя, но и распыляет топливо во впускном коллекторе.Когда топливо находится в форме распыления, молекулы могут лучше смешиваться с воздухом.

Когда на форсунку подано питание, форсунка открывается, так что топливо под высоким давлением внутри форсунки может распыляться.

Тогда кто контролирует работоспособность форсунки? это работа ЭБУ. ЭБУ (электронный блок управления) будет регулировать открытие форсунки, и это так. Но ЭБУ нуждается в помощи ряда датчиков.

Итак, схема, датчик будет определять несколько состояний двигателя, таких как температура двигателя, температура всасываемого воздуха, период всасываемого воздуха и другие.Затем датчик отправит данные в ЭБУ, данные будут обрабатываться ЭБУ, а выходные данные будут отправлены для форсунок, находящихся под напряжением.

Дополнительные сведения, Система впрыска топлива в бензиновом двигателе

Принцип работы инжектора

img от enginebasics.com

Форсунка работает с использованием электроэнергии, когда на форсунку подается напряжение, форсунка открывается, и топливо распыляется. Какова продолжительность подачи напряжения, влияющего на объем распыляемого топлива.

Форсунка состоит из трех основных компонентов;

Трубка — это основной корпус форсунки (цилиндрическая часть), здесь заканчивается топливо.

Соленоид — это магнитная катушка, которая может преобразовывать электрическую энергию в энергию движения. При этом напряжение от ЭБУ поступает на соленоид. На соленоидах электромагнитные силы возникают из-за протекания электричества через катушку.

Электромагнитная сила перемещает железный сердечник в середине катушки, это движение открывает сопло.

При этом насадка представляет собой игольчатую деталь (конусообразную). В нормальных условиях (форсунка выключена) форсунка закрывает зазор трубки. Однако, когда сопло слегка жидкое, зазор трубки откроется.

Это вызывает разбрызгивание топлива.

Одна вещь, о которой нельзя забывать, это распыление топлива в виде распылителя.

Это происходит из-за того, что зазор на трубке очень мал и имеет круглую форму. При высоком давлении топлива топливо распыляется.

Тип топливной форсунки

Широко применяются три типа форсунок;

1.Инжектор пружинного типа

Этот тип также называется механическим инжектором, это вызвано его работой, которая не использует электрическую энергию, а вместо этого использует существующее давление топлива.

Основным компонентом этого инжектора является пружина. В выключенном инжекторе пружина толкает насадку вниз и закрывает трубку. Однако при самопроизвольном повышении давления топлива форсунка открывается автоматически.

Но форсунка также открывается очень мало, потому что пружина все еще удерживается.

Поскольку он работает только тогда, когда давление топлива повышается самопроизвольно, давление топлива в этой системе впрыска не может поддерживаться непрерывно. Давление топлива будет увеличиваться только при достижении угла опережения зажигания.

Итак, как контролировать тайминг и продолжительность форсунки?

Это работа ТНВД высокого давления. Насос самопроизвольно поднимает давление по достижении тайминга, в то время как продолжительность регулируется топливным баллоном внутри насоса, и объем может изменяться в зависимости от открытия педали газа.

Этот тип широко применяется в обычных дизельных двигателях.

2. Электромагнитный инжектор

Электромагнитный инжектор работает на электромагнитных принципах, процесс описан выше. Где электрические силы будут преобразованы в механические движения через магнитную катушку.

Отличие от первого типа, соленоидный тип имеет стабильное давление топлива (постоянно). Это потому, что инжектор управляется ЭБУ.

Этот тип широко применяется в бензиновых двигателях EFI, а также в дизельных системах впрыска Common Rail.

3. Форсунка Pizeo

Топливная форсунка Pizeo — это форсунка, в которой используется материал кусочков пизео. Ломтик пизео — это материал, который может изменять свой объем под напряжением.

В этом случае в инжектор помещаются тысячи ломтиков пизео. Когда ЭБУ подает напряжение, этот кусок пизео сдуется. Сдув будет совершать минимальное движение, и это движение используется для перемещения сопла так, чтобы зазор сопла был открыт.

Этот тип относительно новый, поэтому пока мало разработчиков используют эту модель.

Войны инжекторов: пьезо и соленоид

Соперничающие поставщики дизельных топливных форсунок борются в технологической дуэли, чтобы выиграть новый бизнес, поскольку до конца десятилетия вступят в силу более жесткие правила ЕС по выбросам.

Немецкие поставщики Роберт Бош и Siemens VDO Automotive и итальянская Magneti Marelli заявляют, что форсунки, использующие пьезотехнологию, — это единственный способ, которым более крупные дизельные двигатели могут соответствовать будущим правилам Euro 5. Но конкурент Delphi заявляет, что он может улучшить характеристики обычных электромагнитных форсунок в достаточной степени, чтобы не вкладывать средства в пьезоинжекторы.

Пятый и самый маленький из ведущих производителей инжекторов, Denso из Японии, планирует продолжить разработку обеих технологий.

Споры о инжекторах противопоставляют хорошо зарекомендовавшую себя

технологию, которая приближается к известным пределам производительности, против более дорогостоящей неразвитой технологии с возможно большим потенциалом.

Поставщики отказываются обсуждать доходы от форсунок, но для каждого цилиндра автомобильного двигателя требуется одна единица сложной детали. Таким образом, общий объем производства инжекторов в Европе превысит 80 миллионов единиц в год.

До тех пор, пока Delphi не решила попытаться расширить использование соленоидных форсунок, многие руководители отрасли ожидали, что стандарты Euro 5 для оксидов азота (NOx) и выбросов твердых частиц вынудят большинство производителей перейти на пьезоинжекторы.

Первоначальное предложение ЕС по стандартам Euro 5 предусматривало сокращение выбросов NOx до 200 миллиграммов на километр с 250 мг / км и твердых частиц до 5 мг / км с 25 мг / км для дизельных двигателей. Но к тому времени, когда Евро 5 станет законом, возможно, в 2008 или 2009 годах, предел NOx, вероятно, будет еще ниже 170 мг / км.

Улучшение сгорания

Если производители дизельных двигателей хотят избежать добавления новых дорогих систем очистки выхлопных газов после сгорания, они должны улучшить процесс сгорания дизельного топлива. Лучший способ добиться этого — использовать более качественные топливные форсунки. Работы, проводимые поставщиками, были сосредоточены на новых форсунках с:

• Повышенное давление впрыска
• Многоканальный впрыск
• Увеличенное время впрыска.

Поставщики работают над новым поколением дизельных форсунок с давлением впрыска 2000 бар, которое выше примерно 1600 бар, и улучшенными характеристиками парообразования.

Компания Siemens VDO использует пьезофорсунки с 2000 года и считает, что технология лучше всего подходит для соответствия стандартам Euro 5 и даже более жестким стандартам в будущем.

Но Delphi заявляет, что ее последняя версия традиционной соленоидной технологии на 2000 бар работает так же, как пьезо.

«Мы сравнили пьезо с соленоидом и не увидели разницы», — говорит Детлев Шёппе, технический директор дизельных систем Delphi. «Наша система также на 20 мм компактнее».

Выбор Delphi удивил отраслевых источников.

«Это интересно. Причиной может быть стоимость, особенно для французских автопроизводителей, которые имеют более низкую рентабельность », — говорит Эндрю Фулбрук, менеджер по прогнозам трансмиссии в офисе CSM Worldwide в Лондоне. «Но NVH [шум, вибрация и резкость] могут быть недостатком».

Стефан Гейгер, аналитик лондонского офиса консультанта Global Insight, сомневается, что пьезотехнология необходима для соответствия 5 евро. Он говорит, что этого также можно добиться. с существующей технологией, дополнительными фильтрами и настройками систем управления двигателем.

«Французы и раньше пошли легким путем, установив фильтры твердых частиц, вместо того чтобы оптимизировать сгорание дизельного топлива внутри», — говорит Гейгер.

Delphi сообщает, что французские автопроизводители тщательно исследовали традиционные соленоиды.

«Но некоторые другие OEM-заказчики должны быть уверены в преимуществах соленоидов», — говорит Шёппе.

Электромагнитные форсунки по-прежнему являются основной дизельной технологией PSA / Peugeot-Citroen, говорит представитель компании Марк Бок.

«Но мы исследуем пьезотехнологию для прямого управления клапанами, более точного времени и измерения», — добавляет Бок.

Denso, имеющая прочные связи с Toyota, стремится привлечь больше клиентов в Европе. Denso будет разрабатывать как пьезо, так и традиционные технологии соленоидных форсунок. Он имеет новый усовершенствованный пьезоинжектор с тремя фазами и девятью отверстиями для форсунок вместо семи.

Гонка технологий

Обе системы, скорее всего, будут соответствовать стандартам Euro 5. Многие считают, что пьезотехнология имеет преимущество перед возможным стандартом Euro 6, который ожидается к 2014 или 2015 году, но только исследования определенно ответят на этот вопрос.

«Чтобы соответствовать более строгим ограничениям, чем Евро 5, [вам нужно] больше, чем просто более высокое давление», — говорит Шинья Оми, генеральный менеджер по корпоративным коммуникациям Denso Europe. «Вам необходима полная очистка выхлопных газов с каталитическим нейтрализатором NOx и сажевыми фильтрами».

По мере увеличения рабочего давления становится все труднее сбалансировать силы, такие как предотвращение обратного потока топлива в конце фазы впрыска.

«Соленоидная система лучше подходит для уравновешивания таких сил», — говорит Шёппе из Delphi.

Аналитики считают, что пьезотехнология выигрывает у традиционных соленоидов, как для дизельных, так и для бензиновых двигателей, поскольку пьезо-форсунки хорошо подходят для бензиновых двигателей с прямым впрыском, что является областью роста.

«Производители более дорогих моделей премиум-класса будут использовать пьезосистему, в то время как производители автомобилей, как ожидается, останутся с экономичными соленоидными системами», — говорит один из руководителей поставщика.

Global Insight оценивает текущую долю дизельного топлива в производстве автомобилей в Европе в 47,4 процента, или 10 процентов.2 миллиона единиц, что немного вырастет до 48,1 процента к 2010 году.

По оценкам отраслевых источников, объем производства пьезодизельных форсунок в 2010 году составит от 20 до 22 миллионов единиц, предполагая, что к тому времени он займет от 45 до 47 процентов дизельного рынка.

Аналитики не видят особых изменений в рыночных долях поставщиков, за исключением того, что Siemens VDO получит некоторую прибыль за счет Bosch из-за Volkswagen. Когда VW отказался от своей собственной дизельной системы с насос-форсунками, он создал совместное предприятие с Siemens VDO по производству пьезо-форсунок.

По словам представителя группы Siemens VDO Йоахима Тёпфера: «Благодаря этому мы несколько увеличим нашу долю на рынке».

Исследование электромагнитных моделей высокоскоростных электромагнитных клапанов для форсунок Common Rail

Новая формула, легко применяемая с высокой точностью Предлагается в этой статье, чтобы соответствовать кривой — магнитомягких материалов, и это подтверждается путем сравнения с предсказанными и экспериментальными результатами. Он может точно описывать нелинейный процесс намагничивания и характеристики магнитного насыщения магнитомягких материалов.На основе принципа электромагнитной переходной связи на языке Фортран разработана электромагнитная математическая модель высокоскоростного соленоидного клапана (HSV), которая учитывает явления насыщения электромагнитной силы. Точность модели подтверждается сравнением смоделированных и экспериментальных статических электромагнитных сил. Экспериментально сделан вывод, что увеличение тока возбуждения способствует повышению эффективности преобразования электромагнитной энергии HSV при низком токе возбуждения, но мало влияет на высокий ток возбуждения.Путем моделирования было обнаружено, что на характеристики преобразования электромагнитной энергии HSV влияют ток возбуждения и полное сопротивление, состоящее из сопротивления зазора и сопротивления железного сердечника и магнитомягких материалов якоря. Эти два фактора влияния в рамках различных приводных токов имеют разную степень вклада в эффективность преобразования электромагнитной энергии.

1. Введение

Топливная система имеет жизненно важное значение для общей производительности дизельного двигателя, а система Common Rail высокого давления позволяет точно и гибко контролировать количество циклического впрыска, время впрыска и закон впрыска топлива. .Следовательно, дизельный двигатель, оснащенный системой Common Rail высокого давления, имеет потенциал для достижения оптимизированных проектных целей, заключающихся в высокоэффективном сгорании и сверхнизком уровне выбросов [1–5]. Форсунка Common Rail является одним из критических компонентов системы Common Rail высокого давления, который напрямую влияет на колебания количества впрыска топлива в цикле, характеристики двухфазного потока газа и жидкости в форсунке высокого давления, характеристики распыления топлива в форсунке. цилиндр и качество топливовоздушной смеси [6–9].Форсунка Common Rail представляет собой сложную, нелинейную и многомерную систему, в которой сочетаются электромагнитные, механические и гидравлические явления. Для детального изучения динамических характеристик форсунки Common Rail и ее оптимизации эффективным методом является имитационный анализ ее динамических характеристик. Таким образом, необходима имитационная модель HSV с высокой точностью.

Характеристика динамического отклика является важным показателем оценки HSV в топливной форсунке.Это связано с тем, что быстрая скорость отклика HSV полезна для достижения множественных впрысков и более точного управления синхронизацией впрыска топлива в системе Common Rail высокого давления. Динамический отклик HSV определяется как его характеристикой электромагнитной силы, так и качеством движущихся частей, но первое имеет более значительное влияние. Только когда максимальная статическая электромагнитная сила HSV удовлетворяет его требованиям, требования к времени отклика фаз открытия и закрытия HSV могут быть удовлетворены с помощью схемы возбуждения.Следовательно, исследование электромагнитной силы имеет большое значение для конструкции HSV.

При исследовании статической электромагнитной силы ВПГ большинство ученых использовали метод конечных элементов (МКЭ). Лю и др. [10] изучили правила влияния основных параметров конструкции и взаимодействия между ними на электромагнитную силу, используя комбинацию дизайна поверхности отклика и МКЭ. Sun et al. [11] изучали правила влияния длины железного сердечника, площади поперечного сечения главного и боковых полюсов, витков катушки и ширины воздушного зазора на электромагнитную силу E-образного HSV для насоса электронного блока с помощью FEM.Было обнаружено, что ток возбуждения значительно влияет на преобразование электромагнитной энергии, поскольку увеличение тока возбуждения без необходимости не улучшает электромагнитную силу HSV, а только увеличивает потребляемую мощность и, таким образом, снижает эффективность преобразования электромагнитной энергии. Cheng et al. [12] исследовали с помощью МКЭ распределение плотности потока HSV, чей железный сердечник сделан из магнитомягкого материала на основе наночастиц. Было обнаружено, что электромагнитные клапаны из разных магнитомягких материалов имеют разные характеристики электромагнитной силы.Miller et al. [13], Shin et al. [14], а также Bianchi et al. [15] провели исследование по оптимизации статической электромагнитной силы HSV для получения оптимальных параметров конструкции с помощью МКЭ. Однако из-за длительного времени решения и высоких требований к производительности компьютера для FEM эффективность исследований по оптимизации и анализу структурных параметров невысока, особенно при проведении итеративного структурного анализа для детального проектирования параметров HSV. Таким образом, разработка статической электромагнитной математической модели для HSV, которая может быть применена удобно и с высокой точностью, стала важным направлением исследований.

Элмер и Джентл [16] предложили относительно простую математическую модель пропорционального электромагнитного клапана. Модель упростила расчет электромагнитного процесса электромагнитного клапана как расчет эквивалентной схемы RL. Ma et al. [17], Шамдани и др. [18], а также Bianchi et al. [19] определили влияние тока привода и воздушного зазора на электромагнитную силу методом полиномиальной аппроксимации на основе данных испытаний статической электромагнитной силы. Wang et al.[20] и Chung et al. [21] рассмотрели характеристики магнитного насыщения HSV, скорректировав коэффициент формулы подгонки, чтобы ограничить максимальную электромагнитную силу клапана. Huber и Ulbrich [22] и Chung et al. В [23] разработана математическая модель динамических характеристик форсунки Common Rail. Его электромагнитная подмодель была построена на основе карты, состоящей из электромагнитной силы, тока возбуждения и воздушного зазора. Однако электромагнитные характеристики HSV — это не только простое функциональное соотношение между электромагнитной силой и током возбуждения и воздушным зазором.В системе Common Rail высокого давления нелинейные переходные характеристики связи электромагнитной, механической и гидравлической систем определяют преобразование электромагнитных характеристик HSV. Следовательно, этот метод отвечает требованиям инженерного применения, но он не может выявить внутренние электромагнитные свойства HSV, как статические электромагнитные характеристики, так и динамические электромагнитные характеристики.

Большая часть литературы по HSV имеет тенденцию игнорировать влияние магнитного магнитного сопротивления материала при разработке электромагнитной модели электромагнитного клапана.Topçu et al. [24], Jin et al. [25], Насерадинмусави и Натарадж [26], а также Мехмуд и др. [27] считают, что сопротивление магнитного материала железного сердечника намного меньше, чем сопротивление воздушного зазора; следовательно, нелинейным процессом намагничивания и характеристиками магнитного насыщения магнитного материала железного сердечника можно пренебречь. Сефкат [28] предположил, что магнитное поле не насыщается в течение всего рабочего процесса электромагнитного клапана, а интенсивность магнитной индукции всегда линейно увеличивается с увеличением напряженности магнитного поля; иными словами, для их модели не произошло явления насыщения электромагнитной силы.Однако Wang et al. [29] и Sun et al. [11] обнаружили, что явление насыщения электромагнитной силы для электромагнитного клапана существовало в их экспериментальных исследованиях, и магнитное насыщение магнитомягких материалов HSV было основной причиной этого. В фактическом процессе управления HSV, чтобы улучшить скорость открытия, высокое напряжение было загружено на HSV, чтобы быстро получить большой ток. Таким образом легко добиться магнитного насыщения электромагнитного клапана. Когда электромагнитный клапан достигнет магнитного насыщения, с увеличением управляющего тока электромагнитная сила HSV будет увеличиваться очень медленно; следовательно, экономика HSV снизилась.Простое рассмотрение характеристики магнитного насыщения или отсутствие ее учета приведет к очевидным ошибкам в расчетах при определении характеристик электромагнитной силы. Следовательно, необходимо учитывать нелинейные характеристики намагничивания и характеристики магнитного насыщения магнитных материалов электромагнитного клапана при построении математической модели HSV.

Coppo et al. В [30] была создана полная математическая модель форсунки Common Rail.Для его электромагнитных подмоделей процесс намагничивания электромагнитного клапана был разделен на фазу линейного намагничивания и фазу намагничивания насыщения, которые описываются простыми кусочными линиями. В математической модели HSV, разработанной Liu et al. В [31] сопротивление магнитомягких материалов было включено для учета нелинейной характеристики намагничивания, но наиболее важное — кривая намагничивания — была определена на основе экспериментальных данных методом проб и ошибок для расчета магнитного сопротивления магнитомягких материалов.Математические модели электромагнитного клапана, разработанные Jin et al. [25] и Vu et al. В [32] рассматривались характеристики магнитного насыщения, краевой эффект воздушного зазора и рассеивание магнитного потока, но не было предоставлено подробное описание кривой намагничивания, которая определяет сопротивление магнитомягких материалов и вычисляет их переходную проницаемость.

Из приведенных выше ссылок видно, что определенная исследовательская недостаточность электромагнитной математической модели HSV все еще существует.Некоторые электромагнитные математические модели используют формулу подгонки электромагнитных сил, основанную на экспериментальных данных, некоторые модели не учитывают магнитное сопротивление магнитомягких материалов, а некоторые учитывают только сегментарные магнитные свойства магнитных материалов. Поэтому, чтобы предоставить более ценную информацию о преобразовании электромагнитной энергии HSV и более глубоко понять процесс электромагнитного преобразования электромагнитного клапана, в этой статье было проведено более подробное исследование электромагнитной математической модели HSV.Полученная модель учитывает нелинейные характеристики намагничивания и характеристики магнитного насыщения HSV. На основе этой математической модели можно провести исследование характеристик электромагнитной силы форсунки Common Rail HSV и ее ключевых факторов влияния. Он обеспечивает определенную теоретическую основу и инструменты проектирования для проектирования HSV.

2. Электромагнитная модель HSV

2.1. Модель магнитной цепи HSV

На рисунке 1 показана структурная схема HSV.В основном он состоит из стального сердечника, катушки и якоря. Чтобы получить сильную электромагнитную силу, для железного сердечника и якоря часто применяют магнитомягкий материал с высокой плотностью индукции насыщения и низкой остаточной намагниченностью.

Для HSV функциональная взаимосвязь между полным магнитным потоком и полным сопротивлением магнитной цепи описывается следующим образом: где — общий магнитный поток; — витки катушки; это ток; — полное сопротивление магнитной цепи.

Чтобы точно описать нелинейное намагничивание и магнитное насыщение HSV, математическая модель должна учитывать магнитное сопротивление железного сердечника и магнитомягких материалов якоря. Из-за различных эквивалентных площадей поперечного сечения основного и боковых полюсов при нормальных условиях реактивное сопротивление зазора между основным полюсом, боковым полюсом и якорем описывается отдельно в математической модели, а эффекты граничных эффектов воздушного зазора и якоря поток утечки не учитывается.На основе эквивалентной магнитной цепи, показанной на рисунке 2, полное сопротивление HSV выражается как где — сопротивление зазора между основным полюсом и якорем; — реактивное сопротивление зазора между боковым полюсом и якорем; — сопротивление якоря; сопротивление железного сердечника. Соответствующие сопротивления описываются следующим образом: где — эквивалентная площадь поперечного сечения главного полюса HSV; — эквивалентная площадь поперечного сечения боковой стойки HSV; воздушный зазор HSV; — эквивалентная длина магнитной цепи железного сердечника в осевом направлении; — эквивалентная длина магнитной цепи железного сердечника в радиальном направлении; — эквивалентная длина магнитопровода якоря в радиальном направлении; — проницаемость магнитомягкого материала в зависимости от — основной кривой намагничивания; — эквивалентная площадь магнитного потока железного сердечника в радиальном направлении; — площадь эквивалентного магнитного потока якоря в радиальном направлении.Каждая эквивалентная длина магнитной цепи выражается как

. Наконец, электромагнитная сила вычисляется как

2.2. — Кривая намагничивания Модель

Проницаемость магнитомягкого материала показывает свое влияние двумя аспектами в электромагнитной математической модели HSV. С одной стороны, сопротивление магнитомягкого материала влияет на электромагнитное преобразование, а с другой стороны, ток возбуждения влияет на сопротивление.Электромагнитная связь HSV точно реализуется проницаемостью магнитомягкого материала в математической модели электромагнитной силы. Следовательно, точность формулы аппроксимации кривой напрямую влияет на точность результатов, предсказываемых электромагнитной математической моделью HSV.

Джайлс и Атертон [33] предложили модель Джайлса-Атертона (модель J-A) для описания явлений намагничивания и магнитного гистерезиса. Модель широко используется в области электромагнитного моделирования, например, для двигателей.Однако при применении модели необходимо определить пять ключевых параметров путем подбора на основе данных испытаний сложным математическим методом. Leite et al. [34] использовали генетический алгоритм для определения пяти параметров и проверили их, используя наименьшую среднеквадратичную ошибку между экспериментальными и смоделированными результатами. Джаафар [35] изучил влияние пяти параметров на процесс намагничивания и обнаружил, что каждый параметр существенно влияет на точность прогнозирования математических моделей намагничивания и гистерезиса.Следовательно, точное определение пяти параметров затрудняет инженерное применение модели J-A. Поэтому очень необходима математическая модель основной кривой намагничивания магнитомягкого материала, которую можно легко применить с высокой точностью.

Chan et al. [36] предположили, что петля гистерезиса магнитного материала симметрична фундаментальной кривой намагничивания, и получили следующую математическую модель для основной кривой намагничивания:

. Одномерное коммерческое программное обеспечение AMESim [37] использовало (10) для описания — основная кривая намагничивания для электромагнитного расчета, где коэффициент определяется по (11): где — намагниченность насыщения; — остаточная плотность магнитного потока; — плотность индукции насыщения; — напряженность магнитного поля, соответствующая плотности индукции насыщения; коэрцитивность; — постоянная проницаемость вакуума.

Как описано выше, в предыдущих исследованиях использовались различные формулы подбора для основной кривой намагничивания; поэтому необходимо изучить применимость приведенной выше формулы, чтобы получить наиболее последовательную формулу, описывающую процесс намагничивания магнитомягкого материала. Как показано на рисунке 3, уравнение, предложенное Чаном, обеспечивает хороший прогноз на этапах начальной намагниченности и магнитного насыщения, но дает плохой прогноз в переходном процессе от начальной намагниченности до магнитного насыщения, который находится вблизи точки перегиба изгиб.

Как показано на рисунке 4, результаты, предсказанные (10) и (11), не могут адекватно описать реальный процесс намагничивания магнитных материалов. Уравнение (10) само по себе может обеспечить относительно хороший прогноз, регулируя его коэффициент (равный 5000 в преобладающих обстоятельствах), но оно также обеспечивает прогноз в переходном процессе от начальной намагниченности до магнитного насыщения.

На рисунке 5 показана — основная кривая намагничивания магнитных материалов, включая магнитотвердые материалы и магнитомягкие материалы.При увеличении сначала быстро увеличивается, но его рост становится медленным и постепенно приближается к плотности индукции насыщения. Таким образом, выбранная формула подгонки может точно описывать физические явления основной кривой намагничивания.

Во многих функциональных формах кривая логарифмической функции приближается к кривой на рисунке 5. Кроме того, когда она бесконечна, использование логарифмической функции может гарантировать, что при дальнейшем увеличении продолжится небольшое увеличение.Это может сделать проницаемость () ненулевой во всем диапазоне и гарантировать, что (5) и (6) имеют физический смысл. С целью уменьшить количество коэффициентов в формуле аппроксимации основной кривой намагничивания, натуральный логарифм выбран в качестве основной функциональной формы. Однако для каждого типа магнитного материала основная кривая намагничивания начинается от начала координат; таким образом, когда равно нулю, равно нулю. Поскольку натуральный логарифм не проходит через эту точку, уравнение необходимо изменить на форму; таким образом, формула подгонки пройдет через начало координат.Принимая во внимание вышеуказанные факторы, основная функциональная форма подгоночной формулы основной кривой намагничивания определяется следующим образом:

Каждый магнитный материал имеет различную плотность индукции насыщения и максимальную проницаемость. определяет характеристики магнитного насыщения магнитного материала и определяет его нелинейный процесс намагничивания. Для обеспечения универсальности предложенной формулы подгонки введены два коэффициента и. применяется для регулировки плотности индукции насыщения и применяется для регулировки процесса преобразования кривой намагничивания от начального намагничивания до критического магнитного насыщения.Уравнение (13) вводит коэффициент на основе (12). Как показано на рисунке 6, плотность индукции насыщения аппроксимирующей кривой постепенно увеличивается с увеличением. Когда равно 0,2, плотности индукции насыщения моделирования и эксперимента особенно хорошо совпадают. Однако независимо от того, какое значение имеет, существует относительно большая ошибка между моделированием и экспериментом на начальной стадии намагничивания. Следовательно, уравнение не может описывать нелинейный процесс намагничивания магнитных материалов на начальной стадии намагничивания:

Уравнение (14) вводит коэффициент на основе (12).Как показано на рисунке 7, с увеличением значения аппроксимирующая кривая и экспериментальные данные все больше и больше совпадают на начальной стадии намагничивания. Когда равно 0,0009, (14) может особенно точно описать начальный процесс намагничивания магнитного материала. Однако, поскольку он не вводится для ограничения максимальной интенсивности магнитной индукции, прогнозируемая плотность индукции насыщения будет увеличиваться с:

Из приведенного выше анализа можно заметить, что два коэффициента и должны быть введены для точного описания фундаментального намагничивания. кривая в (12).Уравнение (15) вводит и, которое может быть определено методом наименьших квадратов:

Как показано на рисунке 8, существует относительно значительная ошибка в фазе магнитного насыщения и фазе перехода из ненасыщенного режима в насыщенное состояние между смоделированными результаты из (15) и экспериментальные результаты. Причина в том, что скорость роста интенсивности магнитной индукции относительно больше в фазе магнитного насыщения. Чтобы этого избежать, используется квадратный корень логарифмической функции в (15).Окончательная формула подбора основной кривой намагничивания показана следующим образом:

Как показано на рисунке 9, результаты моделирования из (16) и экспериментальные результаты близко совпадают во всем процессе намагничивания, а их коэффициент определения -квадрат составляет 0,96. Это доказывает, что предложенная формула подгонки может точно описывать не только явление магнитного насыщения магнитных материалов, но и процесс нелинейного намагничивания.

3.Валидация электромагнитной модели HSV

3.1. Стенд для испытания электромагнитной силы HSV

Для экспериментальной проверки точности электромагнитной модели HSV был использован стенд для испытания статической электромагнитной силы, изображенный на рисунке 10. Железный сердечник размещается на свободном конце стенда, а якорь и датчик силы (Chengdu Xingpu Transducer Co., Ltd., CZLYB-3) размещаются на неподвижном конце стенда. Высота свободного конца регулируется так, чтобы ось стального сердечника и ось якоря находились на одной горизонтальной линии.Общий воздушный зазор изменяется путем регулирования расстояния между свободным концом и неподвижным концом. Управляющий ток соленоида подается с помощью усилителя мощности с регулируемым током и измеряется с помощью токового пробника (Agilent Technology 1146A). Якорь притягивается к железному сердечнику после включения постоянного тока в катушку, и датчик силы генерирует слабый сигнал напряжения. Этот сигнал напряжения представляет собой величину электромагнитной силы в осевом направлении после прохождения через высокоточный усилитель.Экспериментальные результаты были получены путем изменения воздушного зазора и тока возбуждения. Точность измерения основного оборудования показана в таблице 1.

CZLY Оборудование Датчик силы Датчик тока Тип 1146A Производитель Chengdu Xingpu Transducer Co., Ltd. Agilent Technology Диапазон измерений 0500 N 1100 A Точность измерения

(a) Принципиальная блок-схема испытательного стенда
(b) Испытательная установка
(a) Принципиальная структурная схема испытательного стенда
(b) Испытательная установка

3.2. Проверка модели

Таблица 2 показывает подробные структурные параметры HSV, изученного в этой статье. Железный сердечник и якорь изготовлены из одного и того же магнитомягкого материала, основная кривая намагничивания которого показана на рисунке 11. Воздушный зазор между якорем и электромагнитом отрегулирован на 0,1 мм и 0,12 мм на испытательном стенде статических характеристик статического устройства. HSV. На катушку HSV подается напряжение для разных приводных токов для вышеуказанных рабочих воздушных зазоров, и статические электромагнитные силы HSV в различных рабочих воздушных зазорах и приводных токах получаются датчиком силы.

) 903 ) Параметры Справочное значение Железный сердечник Высота (мм) мм 13,7 20,4 Диаметр отверстия (мм) 7 — кривая Из рисунка 11 Катушка Число витков 52 7.6 Внутренний диаметр (мм) 12 Внешний диаметр (мм) 17,7 Якорь Толщина (мм) Диаметр 20 — кривая Из рисунка 11 Сборка Рабочий зазор (мм) 0,1; 0,12 Control Управляющий ток (A) 118

Сравнение моделируемой силы с экспериментальными результатами электромагнитного тока и рабочие воздушные зазоры показаны на рисунках 12 и 13.Легко видеть, что результаты моделирования и эксперимента близко совпадают при разных токах возбуждения для двух рабочих воздушных зазоров, а максимальная погрешность составляет 15%, что может соответствовать требованиям инженерных приложений. В конце концов, разработанная нами численная электромагнитная модель HSV может предсказывать электромагнитную силу с приемлемой точностью.

4. Результаты и обсуждение

Как показано на Рисунке 14, электромагнитная сила HSV увеличивается с увеличением тока возбуждения при рабочих воздушных зазорах, равных 0.1 мм и 0,12 мм, и он больше с рабочим воздушным зазором 0,1 мм, чем с рабочим воздушным зазором 0,12 мм при том же приводном токе. Это связано с тем, что электромагнитная сила HSV обратно пропорциональна сопротивлению при постоянном токе возбуждения и оборотах катушки на основании (1) — (4) и (9). При этом чем меньше рабочий воздушный зазор, тем меньше сопротивление воздушного зазора. Следовательно, электромагнитная сила при рабочем воздушном зазоре 0,1 мм больше, чем при рабочем зазоре 0.12 мм при том же приводном токе. Влияние управляющего тока на электромагнитную силу более сложное. С одной стороны, ток возбуждения влияет на общий магнитный поток HSV, а с другой стороны, он также влияет на переходную магнитную проницаемость магнитомягких материалов и, таким образом, на сопротивление железного сердечника и якоря. Следовательно, чтобы глубоко проанализировать механизм влияния управляющего тока на преобразование электромагнитной энергии HSV, соотношение между увеличением электромагнитной силы и управляющим током получается путем обработки данных испытаний на Рисунке 14, как показано на Рисунке 15.

Из рисунка 15 видно, что с увеличением тока возбуждения приращение электромагнитной силы сначала увеличивается, а затем уменьшается, достигая максимума при токе возбуждения 4 А. Когда привод ток меньше 4 А, приращение электромагнитной силы при рабочем воздушном зазоре 0,1 мм всегда больше, чем при рабочем зазоре 0,12 мм; когда ток возбуждения больше 4 А, приращение электромагнитной силы почти совпадает в различных рабочих воздушных зазорах, и электромагнитная сила медленно увеличивается по мере постепенного уменьшения приращения.Фактически, на изменение электромагнитной силы влияет ток возбуждения и полное сопротивление, состоящее из сопротивлений воздушного зазора и магнитомягких материалов железного сердечника и якоря. Вклады этих двух факторов в электромагнитную силу различны в диапазоне разных приводных токов. Следовательно, угол закона изменения полного сопротивления с током возбуждения может лучше объяснить закон изменения на рисунке 15.

Из рисунка 16 можно увидеть, что полное сопротивление увеличивается с увеличением тока возбуждения при различных воздушных зазорах, когда ток привода менее 4 А.Однако степень увеличения сопротивления относительно мала и недостаточна для значительного уменьшения электромагнитной силы HSV. В этом случае увеличение управляющего тока вносит доминирующий вклад в электромагнитную силу HSV. Соответственно, приращение электромагнитной силы быстро увеличивается с увеличением управляющего тока при малых значениях управляющего тока (показано на рисунке 15). Когда ток возбуждения больше 4 А, на увеличение общего сопротивления значительно влияет увеличение тока возбуждения, и общее сопротивление быстро увеличивается с увеличением тока возбуждения.Хотя увеличение общего магнитного потока с увеличением тока возбуждения благоприятно сказывается на увеличении электромагнитной силы, доля общего сопротивления в уменьшении электромагнитной силы является приоритетной. В конце концов приращение электромагнитной силы постепенно уменьшается.

Из рисунка 16 видно, что полное сопротивление HSV отличается в разных рабочих воздушных зазорах, когда ток возбуждения меньше 4 А, и чем меньше рабочий воздушный зазор, тем меньше полное сопротивление. .Соответственно, приращение электромагнитной силы при малом рабочем воздушном зазоре больше, чем при большом рабочем воздушном зазоре в определенном диапазоне приводного тока. По мере того, как ток возбуждения продолжает увеличиваться, кривая изменения полного сопротивления практически совпадает при различных рабочих воздушных зазорах. Другими словами, изменение полного сопротивления определяется сопротивлением магнитно-мягкого материала, а не рабочего воздушного зазора (однако это также объясняет, что влияние магнитно-мягкого материала следует учитывать в математической модели. ВПГ).Следовательно, изменения электромагнитной силы в основном зависят от полного сопротивления HSV в данный момент, согласно закону изменения, показанному на рисунке 15. То есть, когда ток возбуждения относительно велик, приращение электромагнитной силы на разных уровнях Рабочие воздушные зазоры имеют такой же закон изменения, а приращение электромагнитной силы постепенно уменьшается.

5. Выводы

(1) — математическая модель кривой, легко применяемая с высокой точностью, предложена и подтверждена путем сравнения предсказанных и экспериментальных результатов.Он может точно описывать явления нелинейного намагничивания и магнитного насыщения во всем процессе намагничивания магнитного материала, включая начальную фазу намагничивания, фазу магнитного насыщения и фазу перехода из ненасыщенного режима в насыщенное состояние. (2) На основе В соответствии с принципом электромагнитной переходной связи, электромагнитная математическая модель HSV разработана на языке Фортран, которая учитывает характеристики магнитного насыщения и подтверждается экспериментальными данными статической электромагнитной силы.(3) Проведены экспериментальные исследования зависимости изменения статической электромагнитной силы ВПН от его приводного тока при различных рабочих воздушных зазорах. Сделан вывод, что при увеличении тока возбуждения приращение электромагнитной силы сначала быстро увеличивается, а затем уменьшается при различных рабочих воздушных зазорах, и существует значение тока возбуждения, при котором приращение электромагнитной силы достигает своего максимального значения. 4) На основе установленной электромагнитной математической модели HSV установлено, что на характеристики преобразования электромагнитной энергии HSV влияют ток возбуждения и полное сопротивление, и что эти два фактора влияния в рамках различных токов возбуждения имеют различный вклад в эффективность преобразования электромагнитной энергии.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Эта работа поддержана Фондом естественных наук провинции Хэйлунцзян в Китае (LC201422), Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC 51279037, 51379041, 51475100 и 51679048), Фондом фундаментальных исследований для центральных университетов. (HEUCF160304) и Программа найма высококлассных иностранных экспертов Государственного управления по делам иностранных экспертов (GDW20162300256).

Как работают форсунки Bosch и некоторые связанные с ними формы неисправностей

Давайте начнем здесь:

Как работают форсунки Bosch и некоторые связанные с ними формы неисправностей

Роль форсунки в системе Common Rail заключается в том, чтобы точно распылять топливо в камеру сгорания в нужное время, чтобы топливо полностью сгорело.

Каждый масляный канал форсунки Common Rail включает в себя часть низкого напряжения и часть высокого давления:

Форсунка состоит из пяти основных компонентов:

Корпус форсунки (1) скрепляет сопло с несколькими отверстиями (2) с узлом электромагнитной катушки (3) и содержит корпус клапана (4).Якорь соленоида (5) движется вместе с шариком. Шар открывает и закрывает так называемую А-дроссельную заслонку. Корпус клапана имеет два отверстия (A- и Z-дроссели), регулирующие давление в управляющей камере (6), и соответствующий управляющий поршень (7). Управляющий поршень находится в непосредственном физическом соединении с иглой форсунки (8).

Когда форсунка не работает, игольчатый клапан форсунки блокирует отверстие, предотвращая впрыск топлива под высоким давлением в камеру сгорания. Когда катушка соленоида форсунки получает сигнал ЭБУ, якорь всасывается из-за электромагнитной энергии, генерируемой катушкой, в то же время шар клапана и держатель шара клапана поднимаются под давлением масла, так же как и игольчатый клапан форсунки.В этот момент отверстие открывается, топливо в хорошей форме распыляется и распыляет его в цилиндр. Количество распыляемого топлива также точно контролируется ЭБУ, и каждый полный процесс впрыска можно разделить на следующие пять этапов:

(1) выкл. (Без впрыска)

(2) открыто (начало впрыска)

(3) Полное открытие (непрерывный впрыск)

(4) Выкл. (Уменьшение объема впрыска)

(5) полностью закрыто (остановка впрыска)

Путем анализа отказа основных частей следующих форсунок Common Rail мы можем узнать основную причину отказа форсунок, а затем разработать профилактические меры.

(1) Электромагнитный клапан

Ошибка плавления электромагнитной катушки: слишком большое напряжение питания или слишком продолжительное время работы, что вызвало плавление электромагнитной катушки.

Профилактический способ: Запрещается искусственно подавать внешнее напряжение на форсунки.

Форма отказа показана на следующем рисунке:

（2） Ослабление разъема высокого давления форсунки:

Соединитель высокого давления форсунки не герметичен через кожух.

Причина неисправности: при снятии трубки высокого давления соединение поворачивается, а затем ослабляется.

Профилактический способ: при демонтаже маслопровода высокого давления зафиксировать соединение высокого давления гаечным ключом

（3） Коррозия внутри форсунки Common Rail высокого давления

Профилактические мероприятия: проверять качество мазута и периодически сливать воду в период грубой фильтрации

Форма отказа показана на следующем рисунке:

（4） Форсунка Common Rail высокого давления: изношены внутренние детали (например, компоненты клапана и т. Д.))

Признаки: горит сигнальная лампа неисправности автомобиля, при ускорении подачи газа идет черный дым, а мощность недостаточна.

Причина неисправности: Топливо содержит большое количество примесей

Профилактические меры: убедиться в качестве фильтра, особенно в качестве фильтра тонкой очистки (использование нестандартных фильтров категорически запрещено). Установите воздушный фильтр на вентиляционное отверстие топливного бака, чтобы избежать загрязнения топлива песком и пылью во внешней среде и обеспечить качество топлива.

Форма отказа показана на следующем рисунке:

（5） Стальная уплотнительная прокладка: в цилиндр подается воздух

Признак: Горючие газы проникают в возвратное масло и вызывают недостаточную мощность двигателя.

Причина неисправности: примеси вызывают образование ямок на поверхности медной прокладки, что снижает герметичность.

Меры предосторожности: повторное использование медных прокладок запрещено. Чтобы обеспечить чистоту медной прокладки, нижней части монтажного отверстия двигателя и крышки форсунки при установке форсунки, используйте только медную прокладку, чтобы не допустить оставшуюся прокладку в монтажном отверстии двигателя.

Форма отказа показана на следующем рисунке:

（6） Форсунка Common Rail: внешнее повреждение

Признак: топливная форсунка не работает должным образом, из-за чего двигатель работает нестабильно.

Причина неисправности: неправильная установка и неправильная работа.

Меры предосторожности: Затяните крышки электромагнитных клапанов, клеммы и разъемы жгута проводов при установке форсунки

Как работают топливные форсунки — шаг за шагом, весь процесс

Сегодняшняя зависимость человеческой жизни от машин, особенно транспортных средств, достигла точки, когда это стало необходимостью.В наши дни покупка автомобиля для повседневной жизни стала неизбежной. Но с этим даром технологий связано и множество других обязанностей. Эти машины не только регулярно нуждаются в топливе и других дорогостоящих материалах, но также требуют большого ухода со стороны владельца. И для этого вам необходимо иметь некоторые базовые знания о том, как работает ваш автомобиль.

Работа топливных форсунок

Обычно люди довольно хорошо осведомлены о том, как работают их автомобили, но одна проблема, с которой они сталкиваются, — это , как работают топливные форсунки и как топливо подается в их двигатели.Итак, здесь, в этой статье, я подробно объясню вам вопрос, упомянутый выше, и удовлетворю все ваши потребности в знаниях.

Что такое топливные форсунки

Назначение топливных форсунок — подавать необходимое количество топлива в двигатель, чтобы оно могло эффективно сжигать его для питания двигателя. К сожалению, это не так просто, как кажется. В двигатель необходимо подавать точное количество топлива и воздуха для сгорания, слишком много или слишком мало топлива может вызвать засорение двигателя или даже не дать ему запуститься, соответственно.В прошлом механизм для решения этой задачи в реализации карбюраторных двигателей был не столь совершенен. Благодаря современным технологиям у нас теперь есть гораздо лучший способ реализовать это, а именно топливные форсунки.

Топливная форсунка — это механический клапан с электронным управлением. Обычно его устанавливают под определенным углом, чтобы впрыскивать необходимое количество топлива в камеру сгорания двигателя. Не только количество впрыскиваемого топлива должно быть точным, но и угол его расположения, давление и форма распыления также должны быть очень точными в соответствии с необходимостью идеального соотношения топлива и воздуха для сгорания.

Что такое топливные форсунки

Типы топливных форсунок различаются как для бензиновых, так и для дизельных двигателей. В то время как топливные форсунки для бензиновых двигателей используют косвенный механизм для распыления топлива, в дизельных двигателях используется скорее прямой механизм. Но это касается только механизма, используемого для распыления, и не имеет никакого отношения к тому, как работают топливные форсунки.

Читайте также: Лучший очиститель топливной форсунки

Как работают топливные форсунки

Топливная форсунка — это клапан, управляемый пружинами или ЭБУ (электронный блок управления), способный открываться и закрываться несколько раз в секунду.Топливо забирается из топливного бака и транспортируется к форсункам. Топливные магистрали используются для транспортировки. Когда топливо достигает форсунки, давление в нем повышается до нужной степени с помощью регулятора давления топлива. Затем топливо разделяется на несколько цилиндров. После этого в качестве последнего шага топливо окончательно распыляется на камеру сгорания. Однако это всего лишь обобщенный обзор, и ниже вам будет подробно объяснено , как работают топливные форсунки .

Существует два типа топливных форсунок, а именно:

Механическая топливная форсунка

Первичный механизм, используемый здесь для впрыска топлива, очень похож на карбюраторные системы, используемые в прошлом, поэтому многие люди до сих пор получают его путали с карбюраторными двигателями, но на самом деле между ними есть довольно важное различие.В то время как карбюраторная система забирает топливо под низким давлением из топливного бака, эти системы механических топливных форсунок перекачивают топливо под высоким давлением из топливного бака, что является основным принципом работы механических топливных форсунок.

После откачки из топливного бака топливо попадает в аккумулятор. Вы можете думать об аккумуляторе как о буфере для временного хранения топлива. Затем вступает в действие блок управления дозированием системы. Его задача — распределять топливо по цилиндрам.Здесь важна подача нужного количества топлива в цилиндры в нужное время.

Механическая топливная форсунка

При входе в цилиндр топливо и воздух должны быть очень точно смешаны с нужным количеством обоих. Это достигается за счет использования откидного клапана, который находится внутри воздухозаборника двигателя. Это позволяет топливу поступать правильным потоком и смешиваться с воздухом в нужном количестве. Всякий раз, когда мы увеличиваем или уменьшаем скорость транспортного средства, откидная заслонка открывается более или менее, соответственно, то же самое и в случае с распределителем топлива.Следовательно, оба остаются пропорциональными.

Здесь для работы системы используются две пружины. Одна из них — это основная пружина, а другая — под названием «Плунжерная пружина». Основная пружина предназначена для управления подачей топлива в топливную форсунку, топливо, поступающее из топливного насоса, находится под давлением, и это давление заставляет главную пружину открываться и пропускать топливо внутрь топливной форсунки.

Когда топливо поступает во впускное отверстие, оно смешивается с воздухом, и давление увеличивается, это увеличивающееся давление заставляет пружину плунжера двигаться вперед и назад, что, в свою очередь, заставляет плунжер двигаться наружу, вызывая открытие сопла и, следовательно, контролируемое распыление топлива происходит.Как вы можете заметить, используемый здесь механизм зависит от пружин, поэтому многие техники часто называют механические форсунки подпружиненными форсунками.

После завершения впрыска топлива для данного цикла в соответствии с вводом, заданным блоком управления, давление затем снижается, и в конечном итоге толкаемый наружу плунжер перестает испытывать давление и возвращается в исходное положение. Это приводит к заеданию спрея и, следовательно, к прекращению подачи топлива на определенный цикл.

Читайте также: Что происходит, когда топливные форсунки выходят из строя

Электронные топливные форсунки

Здесь мы поговорим о втором типе топливных форсунок и , как эти топливные форсунки работают . Это довольно новая реализация топливных форсунок, так как многие новые автомобили, поступающие в настоящее время, имеют эту систему.

Как было написано выше, основной принцип работы этой и механической системы совершенно одинаковый. Однако есть два момента, в которых они различаются.А именно, количество топлива и натяжение, используемое для открытия и закрытия клапана с помощью пружины. Вместо того, чтобы использовать эти две функции для управления разбрызгиванием топлива, электронные системы используют электронный блок управления, который управляет всеми необходимыми функциями.

Некоторые датчики помогают отслеживать такие параметры, как температура воздуха, давление воздуха на впуске, температура двигателя, частота вращения коленчатого вала двигателя, положение акселератора. Все они подключены к ЭБУ, и текущая информация поступает в ЭБУ в режиме реального времени.

Электронная топливная форсунка

В соответствии с условиями и расчетами, выполненными ЭБУ, он вычисляет конкретное количество топлива, которое необходимо для подачи в цилиндры. Все эти входные данные поступают в ЭБУ в режиме реального времени, и обработка происходит настолько быстро, что степень открытия клапанов вычисляется почти одновременно.

Топливные направляющие используются для перекачки топлива из топливного бака, и эти направляющие соединены с топливной форсункой. Внутри топливных направляющих поддерживается постоянное давление, и установлен электрический топливный насос, который позволяет топливу перемещаться по топливным направляющим в топливную форсунку.

По мере того, как данные поступают в ЭБУ, он вычисляет количество топлива, которое необходимо впрыснуть, и количество клапанов, которые необходимо открыть, чтобы это произошло. Когда электронные сигналы отправляются от блока управления двигателем на штифты топливной форсунки, которые, в свою очередь, подключены к батарее и системе зажигания, внутри топливной форсунки создается электромагнит, который заставляет плунжер перемещаться наружу, тем самым создавая путь для подачи топлива. проходить. Это отверстие для топлива очень точно рассчитывается ЭБУ.Таким образом, форсунка наконец открылась, и топливо распыляется на двигатель внутреннего сгорания.

После завершения определенного цикла впрыска топлива блок управления двигателем прекращает посылать электронный сигнал на топливную форсунку и, таким образом, отключать электромагнит. Когда электромагнит деактивируется, больше нет ничего, что толкало бы плунжер наружу, форсунка закрывается, что приводит к остановке распыления топлива.

Это механизм, используемый электронными топливными форсунками, где электронная схема используется для точного открытия клапана, и, следовательно, здесь не используется никакой механический механизм, хотя принцип управления как в механических, так и в электронных топливных форсунках довольно одинаковый.

Заключение

Топливная форсунка является прекрасным примером инженерной мысли и значительно упростила задачу доставки нужного количества топлива для сгорания. Они также помогли автомобильной промышленности достичь эффективности, улучшить переходную реакцию дроссельной заслонки, и они также очень помогают при холодном пуске, поскольку клапаны позволяют протекать большему количеству топлива в течение короткого промежутка времени, что невозможно сделать с использованием карбюраторных двигателей.

Влияние методов управления на динамические характеристики высокоскоростных соленоидных форсунок на JSTOR

Абстрактный

РЕЗЮМЕ Точный контроль как времени, так и количества событий впрыска имеет решающее значение для производительности двигателя и выбросов.Наиболее серьезной проблемой, которая снижает точность операции управления в таких системах, является задержка во времени реакции на открытие и закрытие электромагнитного клапана. Современные электронные системы управления должны быть способны приводить в действие высокоскоростные соленоидные форсунки с очень высокой частотой переключения с высоким КПД и приемлемыми требованиями к мощности. В данной статье исследуются динамические характеристики высокоскоростного сервогидравлического соленоидного инжектора для дизельного двигателя с различными цепями привода и методами управления.Стратегия управления с предварительным включением, основанная на двойном источнике питания, применяется для ускорения времени отклика на открытие форсунок. Влияние холостого хода на время отклика на замыкание экспериментально изучено, и схема с обратным возбуждением используется для достижения быстрого гашения рабочего магнитного поля. Ток соленоида измеряется, чтобы получить электрическую задержку форсунок. Между тем, высокоскоростная фотография используется для определения общей задержки (электрическая задержка, гидравлическая задержка и механическая задержка) процесса впрыска.Результаты показывают, что существует высокая корреляция между задержкой открытия и током соленоида, но якорь инжектора не будет двигаться, пока ток не достигнет порогового значения. Время переключения (как время открытия, так и время закрытия) можно дополнительно оптимизировать с помощью предложенных схем управления и стратегий управления без каких-либо изменений в форсунках. В результате интервал между двумя впрысками может быть значительно сокращен, что может обеспечить большую гибкость для стратегий множественных впрысков.

Информация о журнале

Международный журнал двигателей внутреннего сгорания (SAE International Journal of Engines) — это научный рецензируемый исследовательский журнал, посвященный науке и технике по двигателям внутреннего сгорания. Журнал освещает инновационные и архивные технические отчеты по всем аспектам разработки двигателей внутреннего сгорания, включая исследования, проектирование, анализ, контроль и выбросы. Стремясь стать всемирно признанным исчерпывающим источником для исследователей и инженеров в области исследований и разработок двигателей, журнал публикует только те технические отчеты, которые считаются имеющими значительное и долгосрочное влияние на разработку и проектирование двигателей.

Информация об издателе

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности.