Предложено немало систем с силовым электроуправлением впрыска электроприводом исполнительных механизмов):
ТС с электрическим разрядом в камере форсунки.
В этих ТС используется эффект Юткина (работы УАИ, ЦНИТА, МАМИ). Он обеспечивает получение таких высоких давлений впрыска (до 1000 МПа). которые попросту непригодны для дизеля, но главное, форсунки быстро выходят из строя из-за закоксовывания рабочей камеры.
Системы с силовым пьезоприводом.
Рис. 11. Схема ТПА с пьезоприводом ТНВД (4) и распределителем (5)
| Пьезопривод все шире внедряется в технических устройствах, а характеристики пьезоэлектриков в последние годы резко повышены. Применительно к ТПА он обладает рядом несомненных достоинств - высокие КПД, усилия, малый нагрев, реверсивность, отсутствие тока удержания. Важнейший его недостаток - малые перемещения - устраняется применением современных материалов и механическими мультипликаторами перемещения мембраны.
Малость перемещений пьезопривода вынуждает увеличивать диаметр плунжера или мембраны. По комплексу параметров подобная ТПА выглядит наиболее перспективной для впрыска бензина в цилиндр с давлениями 5…25 МПа.
В выполненном в МГТУ проекте ТПА для ДВС Nе=50 кВт, п=6000 мин-1 беспрецизионный ТНВД имел мембрану Ø35 мм с ходом до 0,1 мм Размеры пьезоэлемента из керамики ЦТС-19 - Ø32 мм, высота 80 мм. По частотным свойствам ТНВД может обслуживать по крайней мере 4 цилиндра, однако создание распределителя - самостоятельная задача. Просто реализуется ТВД на 2 цилиндра (Рис. 11) с простейшим двухзатворным клапаном (двухпозиционным золотником) 5. Такая ТПА содержит бак 2, ТПН 1, фильтр 3. ТНВД 4. трубопроводы 6, 8. форсунки 7, 9. Компоновка пьезопривода в форсунке затруднена.
Волновой процесс в трубопроводе приводит к колебательным процессам в ЛВД (Рис. 12) Изменение волновой картины топливоподачи осуществляется подбором приведенной массы мембраны, длины трубопровода, объемов полостей, параметров распылителя и управлением формой импульса напряжения. Регулирование осуществимо амплитудой и продолжительностью электрического импульса От CR данная ТПА отличается простотой и дешевизной.
| 
Рис. 12. Ход мембраны и давление впрыска бензина в ТПА с пьезоприводом, Qц=20 мг, п=6000 мин'
|
ТПА с электродинамическим двигателем
Рис. 13. Скорость плунжера (1,2), давление Рпл (3,5) и Р^р (4,6) при подаче дизельного топлива §„=40 мг, п=4200 мин ', ёш,=7 мм насос-форсунка (1,3,5) и ТПА с трубопроводом 01,6 х 480 мм (2,4,6)
| В электродинамическом двигателе при пропускании через катушку импульса тока отталкивающее усилие на немагнитном электропроводном якоре обязано возникающему магнитному полю от вихревых токов, противоположного полю катушки. ТПА наилучшим образом реализуется в виде насос-форсунки или с трубопроводом длиной менее 150-250 мм. В проекте МГТУ ТПА свободно-поршневого дизеля за Δφ=15° при Рвпр.мах. = 183 МПа совершается работа 52 Дж с максимальной мощностью 140 кВт и усилием на плунжере 3,5 Т (Рис. 13)
Трудности в создании такой ТПА - кратковременность силового импульса, малый КПД двигателя, неуравновешенность. Первая решается оптимизацией параметров ТПА, вторая - электронными системами с рекуперацией энергии, третья - оппозитной схемой агрегата. Необходим неэлектропроводный жесткий корпус с заливкой диэлектрическими компаундами. Наиболее простой способ регулирования такого ТНВД - напряжением питания конденсаторов.
|
Гидроударная ТПА
Рис. 14. Схема гидроударной ТПА многоцилиндрового двигателя
| Рис. 15. Процесс гидроударной ТПА 4-цилиндрового двигателя при п=2000 мин'1: 1 - давление у форсунки, 2 - давление впрыска, 3 - скорость топлива в конце гидроударното трубопровода
|
Также наиболее подходит для впрыска бензина. Насос 6 (Рис. 14) - беспрецизионный (роторно-лопастной, вихревой и др.) Для повышения КПД целесообразен пневмогидравлический аккумулятор 3 без слива, периодическое включение насоса, обслуживание одной ЛВД всех форсунок 2. В исходном положении электроуправляемый клапан 5 открыт, и топливо разгоняется в трубопроводе 1. При его закрытии, в результате гидроудара, через предварительно открытый клапан 4 форсунки осуществляется впрыск. Параметры подачи на Рис. 15 относятся к двигателю Ne = 50 кВт, n=6000 мин-1, с 4 цилиндрами, Рт=2 МПа, трубопроводом Ø2,5x900 мм, форсункой 5x0,2 мм, Рфо=3 МПа. Система способна подавать топливо с Qц= 4…25 мг, Рвпр = 15 МПа, при мощности насоса 0,25 кВт.
Аккумуляторная ТПА с мультипликатором давления
| Рис. 16. Схема ТПА с насос-форсунками «Марк-1»:
7-сервоплунжер золотника,
9-управляющий золотник;
14-впускной клапан;
15 - мультипликатор запирания иглы;
17-плунжер; сервопоршень плунжера;
20-индивидуальньш аккумулятор;
21-насос-форсунка;
24-механический распределитель | | Насос-форсунки с гидроприводом плунжера до середины 90-х годов
считалась наиболее перспективной аккумуляторной системой с электронным
управлением. В этом направлении работали МАДИ, ЦНИТА, Воронежский ЛТИ,
зарубежные фирмы. Родоначальником таких систем были системы с
механическим распределителем 24 (Рис. 16). В данной ТПА, созданной для
дизеля грузового автомобиля, распределитель управляет давлением на
торце сервоплунжера 7, перемещающего трехпозиционный золотник 9,
переключающий полость поршня 18 плунжера на аккумулятор или слив.
Построено и испытано немало ТПА с мультипликаторами давления и
электронным управлением (Рис. 17 - Рис. 21). Система МАДИ с
предварительным дозированном (Рис. 17) снижает требования к
быстродействию электроклапана, открываемого только для наполнения
плунжерной полости непосредственно перед впрыском. |
Рис. 17. Насос-форсунка предварительного дозирования МАДИ
| 
Рис. 18. Насос-форсунка системы GRIDEC фирмы BKM Inc.
| 
Рис. 19. ТПА UFIS American Bosch: а - дозирование, б - впрыск, в – отсечка.
|
Насос-форсунка системы GRIDEC фирмы BKM Inc. (Рис. 18) сообщает полость мультипликатора давления 3 с аккумулятором или сливом с помощью трехпозиционного шарикового клапана. Система испытана на дизеле Ford с gu<100 мм3 и п<2600 мин"1 с Рвпр до 150 МПа. Система Universal Fuel Injection System (UFIS) фирмы American Bosch (ныне АМВАК International) обеспечивает питание дизеля gu <500 мм3 и п<3000 мин1 с Рвпр до 140 МПа (Рис. 19). Форма и размер паза Н подачи топлива в полость над мультипликатором А определяет закон подачи. Его окончание обусловливается подачей высокого давления через канал М в надыгольную полость.
| 
| Тенденциозными, повторяющими на новом техническом уровне устаревшие аккумуляторные системы 50-х годов, можно считать системы с управлением давления топлива в подыгольной полости форсунки. В этом случае сами форсунки обычные но органы управления ими переусложнены.
Так фирма R.Bosch для дизелей фирмы MAN в 1979 г. построила топливную систему с электроуправляемым золотником 16 (Рис. 20), который управляет двумя игольчатыми дифференциальными клапанами 2 и 10, а он, в свою очередь, запорной иглой 5 с тремя управляемыми площадками. Система работала на дизеле MAN K3EZ52/105C/CL с цилиндровой мощностью 885 кВт при п=183 мин"1.
| Рис.
20.
Схемы системы и насос форсунки фирмы R.Bosch для дизеля MAN |
| Фирмы Caterpillar и Perkins разработали аккумуляторную систему с электроуправлением и мультипликацией давления для дизелей автотракторного класса, названную HEUI (Hydraulic Electronic Unit Injection) (Рис. 21) С 1992 г. фирмой Caterpillar она была успешно испытана на ряде дизелей. К насос-форсункам топливо
Привод сервопоршня 4 мультипликатора давления осуществляется с помощью масла под давлением 4...25 МПа. Управление его подачей в гидроцилиндр мультипликатора осуществляется клапаном 2 с электроприводом 1. Таким образом, достигается давление нагнетания топлива до 150 МПа. Па рис.48 показано, что масло забирается из картера дизеля, охлаждается, очищается, еще раз сжимается до рабочего давления и поступает в насос-форсунку (поз. 9-12, 25-26).
Система управления содержит традиционный набор датчиков, необходимый для организации ТП и дополнительно датчики обратной связи контроля давления впрыска, а также уточненного контроля параметров масла в смазочной системе дизеля.
Предложено много схем мультипликаторов давления с электроуправлением, однако, все они конструктивно сложны, относительно дороги, т.к. содержат дополнительные прецизионные детали, имеют значительные неуравновешенные массы, требующие демпфирования в конечных положениях и имеют определенные ограничения по быстродействию. Можно предположить, что именно из-за этих причин такие аккумуляторные системы не нашли широкого применения. Такие сложные системы оказались еще менее перспективными для автомобильной техники, особенно для дизелей с n<4000 мин-1.
| 
| 1 электромагнит, 2-управляющий клапан,
3-масло под давлением;
4 сервопоршень мультипликатора давления,
5-топливо под давлением подкачки, 6-топливо под давлением нагнетания,
7-корпус, 8-распылитель, 9-фильтр, 10-радиатор,
11-насос, 12-масляный поддон, 13-блок управления, 14-23-датчики, 14-педали водителя, 15-положения распределительного вала, 16-давления впрыска; 17-давления наддува, 18-температуры масла, 19-давления масла, 20-охлаждающей жидкости,
21-температуры окружающей среды,
22-давление воздуха на впуске,
23-давления отработавших газов, 24-насос-форсунки, 25-редукционный клапан, 26-масляный насос высокого давления,
27-слив, 28-топливный бак, 29-фильтр, а - масло, б - подкачка топлива, в - электрические связи
| Рис. 21. Общий вид и схема системы HEUI фирм Caterpillar и Perkins
|
Рис. 22. Электродинамическая форсунка ОмГТИ: 1-игла; 2-подвижный каркас; 3- подвижная катушка; 4-катушка возбуждения; возвратная пружина
| Прямое управление иглой электромагнитом,
по подобию бензиновых форсунок, для современных дизелей невозможно ввиду значительных давлений топлива и требуемых усилий, предела магнитного насыщения материала и ограниченности допустимых токов. По этой причине в ОмПИ долгое время разрабатывались так называемые электродинамические форсунки (Рис. 22). Они имели массивный магнитопровод, подмагничиваемый катушкой возбуждения и подвижную легкую катушку иглы форсунки. Однако, имелись трудности обеспечения надежности подвижных электроконтактов, повышенная масса иглы при все же недостаточном силовом воздействии. В результате - невысокое быстродействие и ненадежное запирание иглы при отсутствии подачи. Тем не менее, для непосредственного впрыска бензина более простое прямое управление иглой форсунки применяется.
|
|
