Меню раздела

Аккумуляторные системы с электроуправляемыми форсунками


Решающим фактором, определившим создание таких систем, является возможность управления параметрами топливоподачи в широких пределах и обеспечения вследствие этого наилучших показателей дизеля. Современные электронные схемы позволяют обеспечивать оптимальные для данного двигателя давление, продолжительность, фазы и закон подачи топлива. При этом анализируются частота вращения, нагрузка, тепловое состояние двигателя, параметры наддува или атмосферного воздуха, характер переходного процесса, ограничения по дымности, максимальному давлению сгорания и т.д. Анализ и управление ведутся специализированным микропроцессором. Создание подобных управляющих блоков на современной элементной базе не сопряжено с преодолением больших технических трудностей, а их стоимость невелика по сравнению с получаемым экономическим эффектом. Появление систем с электроуправлением, имеющих широкие возможности, обусловило пересмотр требований, предъявляемых к перспективной топливоподающей аппаратуре.
Основная трудность широкого внедрения таких систем заключается в создании исполнительных органов с высокими энергетическими и частотными показателями. Эти показатели значительно выше, чем в системах для впрыскивания бензина автомобильных двигателей, вследствие высокого давления топлива и быстроты процесса. Магнитные материалы имеют ограничения по насыщению, а форсунки-по габаритам. По этим причинам возможности схем прямого электромагнитного управления иглой форсунки очень ограничены. Среди них наилучшие результаты достигнуты в системах с двумя взаимодействующими электромагнитами: неподвижным               и подвижным, находящимся на игле форсунки. Однако и в этом случае необходимо уменьшать площадь запирающего конуса. Существуют также трудности обеспечения надежного подвижного электрического соединения и т.д.
При уменьшений усилия электромагнита обеспечивается снижение электрической и механической инерции, величины и разброса времени срабатывания. Это обусловило создание форсунок с электромагнитом управления и гидроусилительным приводом.
На рис. 177 представлена электрогидравлическая насос-форсунка. Три ее размерных варианта могут обеспечивать цикловую подачу от 300 до 2400 мм3 на двигателях 300 кВт, 3000 об/мин. Продолжительность впрыскивания на номинальном режиме составляет 1,38 мс (срв = 12,5°), давление (в зависимости от режима) 60-120 МПа.
К насос-форсунке присоединены две напорные магистрали и одна сливная. В канал 7 подается топливо для привода плунжера, его давление изменяется от 10 до 20 МПа. Поскольку площадь плунжера 12 серво-клапана несколько больше площади самого серво-клапана 10, то под действием давления топлива, поступающего по каналу 11 с дросселирующим сечением 8, элементы 10 я 12 к началу впрыскивания приходят в верхнее положение. При этом канал II разобщается с каналом 7. Топливо для подачи в цилиндры проходит через дозирующий клапан, распределитель и под давлением 1,4 МПа поступает в полость 1. Под его действием плунжер 3 и сервопоршень 4 поднимаются, а топливо из полости 6 перепускается через выточку серво-клапана 10 в сливную магистраль 9. На рис. 177 насос-форсунка показана в момент «ожидания» впрыскивания. При срабатывании электромагнита давление в осевом канале падает. Серво-клапан 10 опускается, топливо из канала 7 поступает через паз 5 к торцу серво-поршня 4, происходит впрыскивание. Форма и размеры паза 5 определяют закон и продолжительность подачи. Ее резкое окончание обеспечивает опускание плунжера 3, при этом прекращается поступление топлива в карман распылителя, но оно вновь поступает в надыголочную полость через осевой и радиальный каналы в плунжере 3 и канал 2.
По сравнению с аналогичными схемами рассмотренная схема сложна, имеет две напорные магистрали с соответствующими агрегатами. Электроуправление подачей заключается только в изменении начала впрыскивания.
На рис. 178 представлена форсунка с электрогидроуправлением, в которой для управления и впрыскивания используется одна напорная топливная магистраль. Работает форсунка следующим образом. Топливо под давлением 50 МПа из канала 3 поступает в карман распылителя через канал 1, а также через проточки в стержне 8 и зазор 0,04 мм у его торца в полость 6. далее мимо штанги 2 к верхнему торцу иглы, в результате чего обеспечивается ее запирание. При поступлении на электромагнит управляющего импульса поднимаются якорь с клапаном. При этом полость 6 и надыголочное пространство отсоединяются от напорной магистрали и соединяются с дренажным каналом 10, происходит впрыскивание. После прохождения управляющего импульса тока клапан 9 быстро опускается под действием давления топлива на площадку 7. Под действием гидравлического и пружинного запирания игла также быстро опускается, происходит резкое окончание впрыскивания. Клапан 5 в полости 4 препятствует подпрыгиванию иглы после посадки и демпфирует удар при подъеме.
Системы с форсунками, близкими по принципу работы к рассмотренной, получают широкое распространение: они наиболее просты и эффективны. В настоящее время масса клапана в них доведена до 4 г (и менее), время срабатывания управляющей гидросистемы-менее 0,1мс. Ускорение срабатывания достигается в результате формы управляющего импульса: его фронт имеет повышенное напряжение, а основное время импульса, соответствующее лишь поддержанию клапана в определенном положении,-пониженное.
Такие топливные системы используются для двигателей с частотой вращения коленчатого вала до 2900 об/мин как автотракторных, так и судовых двухтактных с крейцкопфом. Почти все системы обеспечивают параметры топливоподачи на номинальном режиме не хуже, чем исходные системы с жестким приводом, причем на частичных режимах параметры значительно лучше (меньше продолжительность и выше давления впрыскивания, более резкое начало и конец подачи и т.д.). Системы с электроуправляемыми форсунками обеспечивают высокие технико-экономические показатели дизеля путем оптимизации процесса топливоподачи на каждом из его режимов. Они являются также эффективным средством доводки новых двигателей и могут быть с успехом использованы в научных исследованиях. Широкому внедрению этих систем препятствуют имеющиеся конструктивные и технологические трудности, недостаточная надежность, а также отсутствие опыта производства. Между тем все они могут рассматриваться как временные.
Системам с электрическим управлением присущи и общие недостатки аккумуляторных систем большого объема: сложность, высокая стоимость, большое число полостей и арматуры, находящихся под высоким давлением, и др.
Ступенчатая и двухразовая подачи могут быть осуществлены системами непосредственного впрыскивания. При ступенчатой подаче лучше организуется сгорание: вследствие ограничения впрыскивания топлива за период индукции при ступенчатом законе подачи уменьшаются жесткость и максимальное давление сгорания, а следовательно, снижаются эмиссия N0*, уровень шума, повышается надежность дизеля. При подаче небольшой порции топлива при сжатии или на впуске (двухразовая подача) в результате пред-пламенных окислительных процессов создаются активные центры цепной реакции, являющиеся инициаторами воспламенения основной дозы топлива. При этом достигается тот же положительный эффект и снижается расход топлива. Оптимальная доза предварительной подачи-около 12-20%.
Реализуют ступенчатое и двухразовое впрыскивание с помощью специальных кулачков, плунжерных пар, нагнетательных клапанов, форсунок. Для двухразового впрыскивания используют также введение топлива во впускной трубопровод с помощью форсунок, карбюратора, испарителя (рис. 179). Для этого можно применять не только легкое дизельное топливо. Тем не менее широкого распространения двухразовое впрыскивание не получило вследствие усложнения топливной системы, потерь топлива при продувке и др.