Материал: 2410
Со = ε33∙ εо (1- Кэм 33) ∙Sэ /h, |
(7.7) |
где ε33 – диэлектрическая проницаемость вдоль |
оси, 1500 – 3000; |
εо – электрическая постоянная, 8,85∙ 10-12 Ф/м;
Sэ – площадь двух электродов, разделяющих пьезоэлемент, м2.
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
Рис. 7.6. Изменение толщины пьезоэлемента |
|||||
в зависимости от величины подводимого напряжения |
|||||
и |
|
|
|
Кэм33, характеризую- |
|
Коэффициент электромеханической связи |
|||||
С |
|
|
|
|
|
щий эффективность преобразования электрической энергии, подводимой к материалу, в механ ческую, определяется расчетным путем или принимается равным 0,6 – 0,7 [28].
Со = 3000∙ 8,75 ∙10 -12 (1 - 0,6) ∙14 ∙10 -4 / 5∙10-4 =29736 ∙10-12 Ф. (7.8) |
|
Отметим, что 1нФ = 10 -9 Ф. Пусть |
один пьезопакет (пьезопри- |
вод) содержит 200 пьезоэлементов, тогда |
общая емкость составит |
29,7∙ 200 = 5940 нФ. |
|
На рис. 7.7 показан разрез форсунки с пьезоэлектрическим управлением хода иглы. В форсунке пьезоэлектрический элемент воздействует непосредственно через толкатель 6 на переключающий клапан 8, открывая его. Данная форсунка имеет сложную конструкцию и высокую себестоимость (до 20 тыс. руб.), но отличается большим быстродействием и лучшей управляемостью. За впрыск она способна до четырех раз открыть и закрыть уплотнение между запорным конусом иглы и седлом, что не позволяет выполнить форсунка с элек-
126
трогидравлическим управлением. Быстрое и полное открытие и закрытие клапана с пьезоэлектрическим элементом позволяет четко разделять фазы впрыска (запальную, основную и дополнительную), точнее изменять продолжительность отдельных фаз и отмерять соответствующие им дозы топлива.
|
|
И |
|
Д |
|
А |
|
|
б |
|
|
Рис. 7.7.иОбщ й в д форсунки с пьезоэлектрическим управлением хода иглы:
1 – штуцер для подвода топлива из аккумулятора;
2 – разъем электрический; 3 – пьезопривод; 4 – гайка; |
|
5С– рычажный мультипликатор; 6 – толкатель (поршень) |
|
клапана; 7 – канал для слива топлива; |
8 – клапан |
переключающий; 9 – пружина клапана; |
10 – камера |
управления; 11 – поршень; 12 – пружина иглы;
13– толкатель иглы; 14 – игла распылителя; 15 – корпус распылителя; 16 – стакан
На рис. 7.8 показана характеристика подачи топлива с запальной, основной и двумя дополнительными фазами, полученная при помощи форсунки с пьезоэлектрическим управлением.
127
Рис. 7.8. Характеристика подачи топлива форсункой с пьезоэлектрическим управлением
Предположим, что давление в аккумуляторе и на входе в форсунку 100 МПа. Пьезопривод 3 находится в исходном положении,
подводимое напряжение равно нулю. Давление топлива, равное 100 МПа, передается через калиброванноеИотверстие (например,
площадь направляющей иглы 14, то со стороны поршня сила будет значительно больше, чем со стороны иглы. Игла 14 будет находиться в закрытом состоянии.
0,3 мм) в камеру управления 10 и в полость корпуса распылителя 15. Учитывая, что диаметр и площадь поршняД11 больше, чем диаметр и
При подаче переменного напряжения на пьезопривод 3, который состоит, например, из 200бпьезопластин, он (деформируется) удли-
няется на 20 мкм. При помощиАрычажного мультипликатора 5 с передаточным отношением пять перемещение толкателя клапана составит 100 мкм (конструкция мультипликатора приведена на рис. 1.29). КлапанС8 откроется, часть топлива вытечет из камеры управления 10, давлен е с ла над поршнем 11 резко уменьшатся. Сила со стороны иглы 14 станет больше, чем сила со стороны поршня 11, игла поднимется вверх, откроет проходное сечение между конусом иглы и седлом. Через сопловые отверсия корпуса распылителя 15 начнется подача топлива в камеру сгорания дизеля.
7.3. Диагностирование форсунок с пьезоэлектрическим управлением хода иглы распылителя
В процессе длительной эксплуатации форсунок с пьезоприводом происходит старение, ухудшение характеристик пьезопривода, отрыв электродов от пьзоэлементов, что приводит к уменьшению хода клапана управления и нарушению процесса подачи топлива.
128
В процессе диагностирования пьезопривода форсунки необходимо проверить величину управляемого напряжения, емкость и перемещение пьезопривода. Пьезопривод форсунки осуществляет ход толкателя на величину примерно 100 мкм. Величину микроперемещения возможно определить при помощи лазерного интерферометра [29], который позволяет оценить величину перемещения пьезопривода с точностью до 0,05 мкм.
Важным является не только равенство хода клапана (штока) во всех форсунках, но и их герметичность. При требуемой герметичности клапанов, например четырех форсунок двигателя, величина сливаемого топлива из камеры управления каждой из форсунок должна быть одинаковой (например, 100 ± 5 см3 в минуту при номинальной
частоте вращения коленчатого вала). |
И |
Критерием герметичности клапана управления (его исправности) и изменением его хода может служить величина объема сливаемого топлива из форсунки. Слив топлива из камеры управления форсунки необходим для подъема иглы распылителя и впрыска топлива в камеру сгорания. При закрытии клапана управления форсункой слив топлива прекращается, давление в камере управления увеличивается,
игла распылителя под действием перепада давления перемещается в |
|
|
Д |
сторону посадочного конуса и закрывает доступ топлива к сопловым |
|
отверстиям форсунки. |
|
Объем сливаемого топливаАиз камеры управления определяют, |
|
используя установку (см. р с. 6.15) так же, как и для форсунок с элек- |
|
трогидравлическим управленбем. |
|
|
иКонтрольные вопросы и задания |
1. |
Что называют прямым и обратным пьезоэффектом? |
2. |
Поясните устройство и принцип работы форсунки с пьезоэлектриче- |
|
С |
ским управлением. |
|
3. |
Для какой цели необходим многофазный впрыск топлива? |
4. |
Укажите порядок расчета пьезопривода. |
5. |
С какой целью питание пьезопривода, состоящего из набора пьезопла- |
стин, подключают параллельно?
6. Как изменяется толщина (длина) пьезоэлемента в зависимости от величины подводимого напряжения?
7. Назовите этапы технологического процесса изготовления пьезокерамического изделия.
8. Как выполняется диагностирование форсунок с пьезоэлектрическим управлением?
129
8. КОНСТРУКЦИЯ АГРЕГАТОВ НАДДУВА
8.1. Системы наддува двигателей
Швейцарский инженер Альфред Бюхи впервые соединил поршневую и лопаточную машину. В 1905 г. он получил патент за № 1006907 от Федерального патентного ведомства США. Суть патента заключалась в том, что на одном валу с поршневым двигателем располагалось колесо осевой турбины. Отработавшие газы направлялись на лопатки турбины, совершая работу. На том же валу был установлен осевой компрессор, который под давлением подавал воздух во впускную систему поршневого двигателя.
В 1925 г. в Германии на теплоходах Preuben и Hansastadt были установлены двигатели с турбонаддувом [30].ИВ 1935г. двигатели с турбонаддувом стали применять на подводных лодках и локомотивах. В 1938г. швейцарский машиностроительныйДзавод Sauer стал первой компанией, которая занялась разработкой и внедрением турбонагнетателей для грузовых автомобилей. В начале шестидесятых годов впервые в Германии стали заниматьсяАразработкой турбонагнетателей для двигателей легковых автомобилей. Компрессоры приводились в действие механическим путёмб(от вала двигателя) или от турбины, которая вращалась от энергии отработанных газов (газовая связь). При установке турбонаддуваивначале предпочтение отдавалось гоночным автомобилям.
ИзвестноС, что мощность двигателя можно увеличить, повышая частоту вращения коленчатого вала. У «атмосферных» двигателей при больших частотах вращения снижается наполнение цилиндров свежим зарядом воздуха в результате дросселирования впускных клапанов. Применение многоклапанных двигателей полностью не решает данную проблему. Использование многоклапанной системы и турбонаддува на двигателях позволяет повысить мощность не только за счёт увеличения частоты вращения (7600 мин-1, Honda), но и за счёт повышения плотности заряда (больше воздуха и больше топлива).
Применение наддува снижает удельный эффективный расход топлива по следующим причинам:
1. Высокий крутящий момент и большая мощность позволяют иметь больше передаточных чисел КПП, благодаря чему снижается общая рабочая частота вращения вала двигателя.
130