К&М
Меню сайта
Форма входа
Категории раздела
Мои статьи [1]
Двигатели внутреннего сгорания [9]
Электроуправляемые приводы [1]
Элекроуправляемый привод СНВТ для ДВС [5]
Цикл статей
Поиск
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 81
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz

  • Сайты Поволжья
    Статистика

    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0





    Rambler's Top100




    Четверг, 19.10.2017, 17:30
    Приветствую Вас Гость | RSS
    Главная | Регистрация | Вход
    Каталог статей
    Главная » Статьи » Элекроуправляемый привод СНВТ для ДВС

    Элекроуправляемый привод для систем непосредственного впрыскивания топлива в ДВС
    И. О. Кирилюк
    Быстродействующий электроуправляемый привод нового типа и системы непосредственного впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания с использованием этого привода
    .

    Введение.

    Выполнение жесточайших нормативных требований по выбросам вредных веществ (ВВ) с отработавшими газами (ОГ) и повышение экономических показателей современных ДВС невозможно без применения системы питания НВТ с электронным управлением топливоподачей, а значит и с электроуправляемым приводом элементов топливной аппаратуры (ТА).

    ТА с электроуправляемым приводом предлагалось использовать еще в начале ХХ века (например, патент GB210034 1924 года, автор – Louis Renault), однако лишь к концу века такие системы начали получать широкое распространение. Этот факт объясняется сложностью обеспечения быстродействия, точности работы и необходимой продолжительности управляющего импульса известных электроуправляемых приводов при требуемой силе.

    Для  применения в ТА, сейчас предлагаются электроуправляемые приводы следующих типов:

    Электромагнитный привод.


    Наиболее известны и широко применяются электромагнитные приводы. Они надежны в работе, просты  и технологичны.

    Принцип действия электромагнитного привода основан на стремлении  магнитного поля, создаваемого протекающим через  обмотку электромагнита током, к минимальному объему. В следствии этого подвижный  ферромагнитный якорь электромагнита стремится занять такое положение, когда средняя силовая линия магнитного поля в магнитопроводе электромагнита будет иметь минимально возможную для данной конструкции длину.

    Принципиальные недостатки электромагнитного привода, ограничивающие его применение в ТА – эффект насыщения магнитопровода и большое влияние воздушного зазора на величину тяговой силы. Это значит что для увеличения тяговой силы электромагнита, из-за эффекта насыщения магнитопровода, необходимо пропорционально увеличивать массу подвижной части магнитопровода, т.е. удельная величина силы тяги электромагнита ограничена. Значит существует предел быстродействия дозирующих устройств ТА с данным приводом. Кроме того, необходимо обеспечить крайне малые перемещения подвижной части магнитопровода электромагнитного привода и связанного с ним дозирующего клапана, что усложняет его конструкцию.

    Продолжающееся совершенствование электромагнитного привода обеспечено резким возрастанием точности обработки деталей привода. В качестве примера можно привести ТА «Common Rail» второго поколения, представленную на рынок компанией «Delphi Automotive Systems» («Автостроение за рубежом» №1, 202, с.18-20). Допуск на изготовление деталей привода этой системы в ряде случаев составляет 1 мкм. Миниатюрный электромагнит перемещает игольчатый клапан на расстояние 27,5 мкм. В ТА  системы «Delphi» основная порция топлива следует за предварительным впрыском через 300 мкс, а в ТА «Bosch» это происходит через 900 мкс. Однако затраты при совершенствовании ТА на базе электромагнитного привода растут значительно быстрее получаемого эффекта. Ведущие зарубежные фирмы это  видят и ищут новые типы электроуправляемых приводов для перспективной ТА.


    Пьезоэлектрический привод.


    Пьезоэлектрические кристаллы в качестве электромеханических  преобразователей  нашли обширное применение в различных областях науки и техники.

    Действие данного типа привода основано на пьезоэлектрическом эффекте – взаимной, обратимой связи механических деформаций (или напряжений) и электрической поляризации в некоторых диэлектрических кристаллах. Отличительной особенностью таких кристаллов является отсутствие в них центра симметрии, т.е. наличие в нем геометрически полярных направлений. Это значит, что если на грани плоскопараллельной поликристаллической или монокристаллической пластины (например, диска) нанести (напылить) электроды и поместить пластину в  электрическое поле, то она испытывает в общем случае деформацию растяжения (или сжатия) вдоль всех ребер кристалла и сдвига вдоль всех граней. В результате такой сложной деформации рассматриваемая пластина изменит расстояние между гранями, на которых нанесены электроды. При этом изменение размеров пластины прямо пропорционально изменению напряженности электрического поля в объеме пластины. Это позволяет получить электромеханический  преобразователь для реализации линейных механических перемещений различных устройств.

    В последние 4-5 лет пьезоэлектрическому приводу уделяется все большее внимание в качестве привода дозирующих устройств ТА. Предлагаются конструкции как привода дозирующих клапанов электрогидравлических форсунок, так и непосредственного (прямого) привода  запорной иглы распылителя. По последним литературным данным речь идет уже о предложении на рынок многомиллионных партий форсунок с пьезоэлектрическим приводом. Такой привод обладает рядом бесспорных теоретических преимуществ по сравнению с электромагнитным приводом. Обеспечиваются высокие быстродействие, точность и стабильность срабатывания дозирующих устройств ТА. Впервые появилась возможность прямого электрического управления запорной иглой распылителя. Такая ТА позволит в наибольшей степени использовать часть теоретического резерва совершенствования дизеля.

    Главные  препятствия на пути широкого внедрения пьезоэлектрического привода на настоящем этапе развития ТА:
    • Пьезокристаллическая пластина обладает очень малым относительным изменением размеров даже при большой величине напряженности электрического поля. Реально это значит, что для обеспечения перемещения  клапана либо иглы в требуемом диапазоне 50-100 мкм  и приемлемой величины напряжения питания, пьезоэлектрический привод должен набираться из большого количества тонких пластин с гальванической связью электродов. По зарубежным данным количество таких пьезоэлектрических пластин в столбике привода превышает 200 штук. Излишне говорить, какие высокие требования предъявляет такая конструкция к технологии, особенно в условиях массового производства.
    • Кроме этого, на наш взгляд,  для диэлектрических кристаллов является  проблемным обеспечение достаточного для современной ТА ресурса.
    Магнитострикционный привод.


    Этот привод также относится к электромеханическим преобразователям и основан на использовании эффекта магнитострикции – изменении формы и размеров тела при намагничивании. Соответственно, эффект магнитострикции, практически, наблюдается в ферромагнитных материалах. Основными типами взаимодействия в ферромагнетиках  являются магнитные и электрические обменные силы. Соответственно, в них возможны две различные по природе магнитострикционные деформации кристаллической решетки – за счет изменения магнитных сил и за счет изменения электрических обменных сил. При намагничивании ферромагнетиков магнитные силы проявляются в интервале магнитных полей от нуля до технического насыщения, т.е. в процессах смещения границ доменов и вращения магнитных моментов. Особенностью этой магнитострикции является то, что она носит анизотропный характер и проявляется, в основном, в изменении формы кристалла почти без изменения его объема. По сути дела это и является основой линейного перемещения магнитострикционного привода.

    Магнитострикция за счет электрических обменных сил наблюдается в области выше технического насыщения, где магнитные моменты доменов полностью ориентированы в направлении внешнего магнитного поля и происходит только рост абсолютной величины  этих моментов. Особенностью этой магнитострикции является то, что она вызывает изменение объема кристалла. Этим видом магнитострикции в приводах можно пренебречь.

    Магнитострикционные преобразователи в настоящее время нашли применение, практически, в тех же областях науки и техники, что и пьезоэлектрические. Отсутствуют данные о перспективе промышленного применения магнитострикционного привода в ТА. Главная причина – малая величина изменения линейных размеров магнитострикционных приводов. Изменение линейных размеров характеризуется коэффициентом стрикции K=(Δl/l)·10-6 . Широко известные магнитострикционные сплавы имеют коэффициент стрикции,  не превышающие 100.

    Тем не менее, магнитострикционный привод можно с уверенностью отнести к перспективным приводам. В литературе есть данные о получении материалов с коэффициентом стрикции 500 и более. Такие материалы дадут возможность работать дозирующим устройствам в требуемом диапазоне перемещений. Необходимо добавить, что обладая практически теми же характеристиками быстродействия и стабильности срабатывания, что и пьезокристаллический привод, металлический сплав магнитострикционного привода обеспечит больший ресурс срабатывания, чем диэлектрический кристалл пьезоэлектрического привода. Также в пользу магнитострикционного привода говорит простота его конструкции. Практически она аналогична конструкции электромагнитного привода.

    Электрогидроимпульсная система впрыска топлива.


    ТА, использующая данную систему впрыскивания топлива описана в ряде литературных и патентных источников и предлагается для промышленного внедрения в дизелях, как альтернативная прецизионной, дорогостоящей электроуправляемой ТА современных дизелей. Принципиально  данная система впрыска основана на электрогидравлическом эффекте:

    В полости с топливом находятся два электрода, соединенные с источником высоковольтного импульсного напряжения (например, конденсатором). При подаче на электроды  импульса высокого напряжения между последними возникает электрический искровой  (дуговой) разряд. Из-за очень высокой температуры в области электрического разряда в топливе  возникает быстро расширяющаяся газовая полость и парожидкостная среда, быстро повышается давление и возникает ударная волна давления. Ударная волна распространяется по топливу со скоростью до 1600 м/с. В результате давление впрыскивания топлива может достигать 150-1000 МПа. Данная система позволяет обеспечить до 10 частичных впрысков топлива за один цикл топливоподачи. Конструктивно электрический разряд может организовываться, как в полости собственно форсунки, так и в других конструктивных узлах ТА.

    Основное преимущество такой ТА – конструктивная простота. Однако вызывает сомнение возможность применения электрогидроимпульсной системы впрыска топлива в ТА современных дизелей. Многолетний опыт применения электрогидравлического эффекта в других областях науки и техники (например, электрогидроимпульсная штамповка, морская электрогидроимпульсная сейсморазведка установками типа «Спаркер») показал его эффективность в режиме одиночного срабатывания. Однако опыт показал, что практически невозможно обеспечить идентичность всех электрических разрядов. Нестабильность цикловой подачи топлива электрогидроимпульсной системой неприемлема для современных дизельных двигателей.

    Тем не менее, такая система впрыскивания может с успехом найти другое применение там, где не требуется высокой стабильности дозирования. Речь может идти , например, о  системе нейтрализации оксидов  азота за счет впрыскивания в выпускной тракт раствора мочевины.

    Выводы:
    В настоящее время практическое применение нашли лишь электромагнитный и пьезоэлектрический приводы. Но ТА с электромагнитным приводом практически достигли пределов своих технических характеристик, и с точки зрения быстродействия, точности и стабильности срабатывания уже не удовлетворяют требованиям двигателей нового поколения. Для производства ТА с пьезоэлектрическим приводом требуется сложная технология производства доступная лишь нескольким фирмам в мире.

    МЫ НАШЛИ ДРУГОЙ ПУТЬ РЕШЕНИЯ ЭТОЙ ПРОБЛЕМЫ.

    Применив электроуправляемый привод принципиально нового типа и используя широко доступные компоненты, в условиях неспециализированной механической мастерской, мы создали действующие конструкции ТА не уступающие по показателям быстродействия и точности работы лучшим известным образцам. Предлагаемая ТА обеспечивает выполнение современных норм по токсичности (Euro – III и выше), позволяет организовать высокоэкономичные рабочие процессы в дизельных и бензиновых двигателях. При этом она отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью производства.

    Разработана концепция ДВС с предлагаемой системой НВТ, который по показателям экономичности и содержания ВВ в ОГ  будет превосходить известные двигатели.

    Благодаря сочетанию быстродействия, точности и стабильности управления дозирующими элементами ТА на уровне лучших современных пьезоэлектрических приводов, а также  большого ресурса, компактности, простоты и низкой цены производства, предлагаемый привод позволяет создавать эффективные и недорогие системы НВТ  для всех типов ДВС, от судовых до двигателей механизированного инструмента (например, бензопил).

    Главные преимущества предложения
    • Предлагаемый электроуправляемый привод и системы НВТ с его использованием обеспечивают выполнение современных технических требований к ТА ДВС.
    • Эта ТА может устанавливаться на всех типах как новых, так и находящихся в эксплуатации ДВС, обеспечивая при этом улучшение их показателей.
    • Разработка и подготовка ее производства может быть осуществлена быстро и при сравнительно небольших затратах.
    • Сохраняется возможность получения патентов на ключевые решения привода и ТА с его использованием;
    • Стоимость таких систем НВТ сделает экономически оправданным их применение в ранее недоступных областях, например на небольших двухтактных ДВС с искровым воспламенением, где они обеспечивают более чем 40% экономию топлива.
    • Открывается возможность создания нового поколения ДВС, имеющих существенно лучшие показатели, чем существующие. На этой основе может быть обеспечена конкурентоспособность отрасли производства ДВС, и соответственно, создание большого числа высокооплачиваемых рабочих мест.
    Технические характеристики разработанной ТА:
    • быстродействие (время полного перемещения дозирующего клапана 0,1 мсек);
    • точность и стабильность цикловой подачи топлива (± 0,6 %);
    • многофазный (частотный) впрыск топлива (до 10 циклов);
    • регулирование цикловой подачи топлива (от 0 до max);
    • возможность работы при давлении впрыскивания до 250 МПа;
    • дисперсность распыливания дизельного топлива (до 10 мкм);
    • поцикловое дозирование топлива в соответствии с программой топливоподачи;
    • индивидуальное адаптивное регулирование подачи топлива по цилиндрам ДВС.
    Кроме того:
    • нет потерь топлива на управление;
    • система управления аналогична современной системе в двигателях с искровым зажиганием с распределенным впрыскиванием топлива;
    • допустимы конструкции ТА без прецизионных деталей;
    • обеспечена простота и низкая стоимость механических элементов;
    • есть возможность применения в выпускаемых и разрабатываемых двигателях практически без изменения их конструкции.
     Действующие опытные образцы ТА с электроуправляемым приводом нового типа:


    Дизельная форсунка ФД-22 с электроуправляемым приводом клапана управления.
    • Разработана на базе серийной дизельной форсунки ФД22;
    • Отличается электрогидроуправлением иглы распылителя;
    • Обеспечивает двухфазное впрыскивание топлива с регулировкой продолжительности каждой фазы;
    • Может работать в составе систем типа common rail.

    Клапанная дизельная форсунка с прямым электроуправляемым приводом клапана.
    • По установочным размерам аналогична серийной дизельной форсунке ФД22;
    • Применен клапанный распылитель форсунки;
    • Отличается прямым электроуправляемым приводом клапана распылителя;
    • Обеспечивает многофазное впрыскивание топлива с регулировкой продолжительности каждой фазы;
    • Может работать в составе систем типа common rail.

    Бензиновая насос-форсунка.
    • Предназначена для замены механической системы НВТ АВС-4 двухтактного двигателя ДН4 и аналогичных;
    • Устанавливается на цилиндр двигателя;
    • В конструкции применен узел распылителя форсунки и манжета плунжера системы НВТ АВС-4;
    • Отличается прямым электроуправляемым приводом плунжера насоса;
    • Обеспечивает многофазное впрыскивание топлива с регулировкой продолжительности каждой фазы.

    Бензиновая насос-форсунка интегрированная в свечу зажигания.
    • Предназначена для установки на всех типах ДВС с искровым воспламенением, как новых, так и находящихся в эксплуатации;
    • Отличается прямым электроуправляемым приводом плунжера насоса;
    • Обеспечивает многофазное впрыскивание топлива с регулировкой интенсивности и продолжительности каждой фазы;
    • Обеспечивает заданные параметры расслоения заряда за счет управления параметрами впрыскивания топлива.

    Категория: Элекроуправляемый привод СНВТ для ДВС | Добавил: masterkraya (03.07.2009)
    Просмотров: 2912 | Рейтинг: 4.8/4 |
    Всего комментариев: 0
    Кирилюк © 2017