Анализ эксплуатационных параметров пьезоэлектрических инжекторов поколения CRI 3, интегрированных в систему CP3.
1. Ключевые преимущества и функциональные возможности
Система CP3 характеризуется применением пьезоэлектрических форсунок поколения CRI 3. Основные отличия и преимущества данной технологии по сравнению с предшествующим поколением электромагнитных форсунок (CRI 2) заключаются в следующем:
Скорость срабатывания: Время активации пьезофорсунок CRI 3 в 4 раза превышает скорость срабатывания электромагнитных аналогов CRI 2.
Снижение подвижной массы: Масса подвижных элементов на игле распылителя уменьшена приблизительно на 75%.
Прецизионное управление впрыском: Указанные особенности обеспечивают:
Минимальное время срабатывания.
Возможность реализации до пяти циклов впрыска в течение одного рабочего такта двигателя.
Высокоточное дозирование топлива.
Гибкость управления: Крайне малая длительность срабатывания позволяет осуществлять гибкое и точное управление фазами и количеством циклов впрыска, адаптируя процесс к текущим требованиям режима работы двигателя.
2. Стратегии впрыска и их влияние
Многофазный впрыск: В рамках каждого процесса впрыска возможно выполнение до пяти частичных циклов, включая предварительный, основной и последующие впрыски.
Предварительный впрыск:
Назначение: Впрыск малого количества топлива перед основным циклом для повышения температуры и давления в камере сгорания.
Результат: Сокращение периода задержки самовоспламенения основного заряда, снижение скорости нарастания давления и его пиковых значений.
Эффект: Уменьшение шумности процесса сгорания и снижение уровня токсичности отработавших газов.
Режимная зависимость: Количество, время и число предварительных впрысков определяются режимом работы двигателя:
Холодный двигатель / низкие обороты: Два предварительных впрыска (минимизация шума).
Высокая нагрузка / высокие обороты: Один предварительный впрыск (снижение токсичности).
Полная нагрузка / высокие обороты: Предварительный впрыск отсутствует (максимизация количества топлива основного впрыска для достижения высокого КПД).
Основной впрыск: Производится после предварительного впрыска и короткой паузы; обеспечивает подачу основного количества топлива. Давление впрыска в течение всего процесса остается стабильным.
Последующие впрыски: Два пост-впрыска применяются для регенерации сажевого фильтра (DPF), повышая температуру отработавших газов до уровня, необходимого для окисления сажевых частиц.
3. Принцип работы пьезоэлектрического привода и модуля сопряжения
Пьезопривод:
Расположен в корпусе клапана форсунки, управляется ЭБУ системы впрыска.
Обладает высокой скоростью срабатывания (< 0.1 мс).
Работа основана на обратном пьезоэлектрическом эффекте.
Состоит из пакета пьезоэлементов для обеспечения необходимого управляющего хода.
Линейное расширение при подаче управляющего напряжения (110-148 В) составляет ~0.03 мм.
Модуль сопряжения:
Выполняет функцию гидравлического преобразователя и усилителя.
Состоит из соединительной и клапанной колб (поршней).
Быстро преобразует малое линейное перемещение пьезопривода в гидравлическое усилие.
Гидравлически воздействует на клапан переключения, обеспечивая его плавное открытие.
Преимущества гидропередачи:
Минимальное трение.
Демпфирование подвижных элементов.
Компенсация тепловых расширений.
Отсутствие механического воздействия на иглу распылителя.
Принцип усиления: Площадь соединительной колбы превышает площадь клапанной колбы. Сила, действующая на клапан переключения со стороны соединительной колбы, пропорциональна соотношению их площадей, что позволяет преодолевать давление в топливной рампе.
Давление в модуле: Поддерживается клапаном постоянного давления в обратной магистрали на уровне ~10 бар, создавая "воздушную подушку" для гидропередачи.
4. Цикл работы форсунки
Состояние покоя (клапан закрыт):
Пьезопривод обесточен.
Клапан переключения прижат в седле высоким давлением топлива из рампы и усилием пружины.
Высокое давление в управляющей камере над иглой распылителя (равное рампе) и усилие пружины удерживают иглу закрытой.
Давление в обратной магистрали ~10 бар.
Начало впрыска:
ЭБУ подает управляющее напряжение на пьезопривод → Пьезопривод расширяется.
Усилие передается на соединительную колбу.
Движение колбы создает гидравлическое давление в модуле сопряжения.
Гидравлическое давление через клапанную колбу воздействует на клапан переключения → Клапан открывается.
Высокое давление из управляющей камеры над иглой сбрасывается через открытый клапан переключения и сливной дроссель в обратную магистраль.
Давление над иглой резко падает → Игла поднимается под действием давления под ней → Начинается впрыск.
Окончание впрыска:
ЭБУ прекращает подачу напряжения на пьезопривод → Пьезопривод сжимается в исходное состояние.
Соединительная и клапанная колбы возвращаются вверх → Клапан переключения прижимается пружиной в седло.
Сброс давления из управляющей камеры прекращается.
Топливо через дроссель подачи поступает в управляющую камеру → Давление над иглой повышается до давления в рампе.
Игла распылителя под действием давления сверху и пружины закрывается → Впрыск прекращается.
Дозирование топлива: Определяется длительностью управляющего импульса на пьезопривод и давлением в топливной рампе. Высокая скорость срабатывания пьезопривода обеспечивает возможность множественных впрысков за такт и точное дозирование.
5. Калибровка и адаптация форсунок
Каждая форсунка маркируется уникальным семизначным кодом (код IMA - Individual correction code).
Назначение кода: Компенсация технологических допусков производства для обеспечения идентичной производительности всех форсунок.
Определение кода: Устанавливается на испытательном стенде при изготовлении клапана; представляет калибровочную поправку, описывающую индивидуальные рабочие параметры.
Применение: ЭБУ дизельной системы впрыска использует код IMA для точного расчета необходимого времени срабатывания каждого клапана форсунки.
Цели коррекции:
Снижение расхода топлива.
Снижение уровня вредных выбросов.
Обеспечение равномерной и малошумной работы двигателя.