Пьезоэлектрический инжектор: как работают пьезодизельные форсунки и что нужно знать покупателям

Пьезоэлектрический инжектор измеряет и рассчитывает топливо с помощью стопки пьезокерамических кристаллов, которые меняют форму при мгновенном подаче напряжения, заменяя электромагнитную катушку соленоидной конструкции и сокращая время срабатывания с нескольких десятых долей миллисекунды до десятков микросекунд. Эта скорость не является маркетинговой деталью. При 4000 об/мин дизельный двигатель завершает полный цикл сгорания примерно за десять миллисекунд, и только такая быстрая реакция позволяет выполнить пять или более отдельных впрысков внутри него: крошечные пилотные наддувы, которые успокаивают сгорание, основной впрыск точной формы для увеличения мощности и дополнительные впрыски, которые управляют сажей и поддерживают доочистку выхлопных газов. Для мастерских, дистрибьюторов и покупателей автопарков практический вопрос заключается не в том, работает ли пьезотехнология, а в том, где она приносит свою надбавку к стоимости и что нужно проверить, прежде чем назначать замену.

Что на самом деле представляет собой пьезоэлектрический инжектор

Определяющая особенность находится в приводе. Пьезоэлектрический эффект, известный с 1880-х годов по экспериментам с кварцем, заставляет некоторые кристаллические материалы деформироваться на небольшую и точную величину при приложении напряжения. В современных инжекторах используется керамика из цирконата и титаната свинца, поскольку она обеспечивает гораздо большее движение, чем природный кварц.

Внутри инжектора сотни тонких керамических пластин ламинируются в одну стопку. Каждая пластина расширяется лишь на долю микрометра, но пакет умножает это на десятки микрометров перемещения, доставляемого за микросекунды и с достаточной силой, чтобы воздействовать на топливо под высоким давлением. Этот ход открывает и закрывает внутренний клапан, контролирующий подъем иглы форсунки.

Серийное производство дизелей для легковых автомобилей началось в начале 2000-х годов, сначала с помощью систем Common Rail третьего поколения с сервоприводом, а затем с помощью конструкций с прямым управлением, таких как пьезоплатформа DENSO G2. Два десятилетия спустя пьезоинжекторы остаются стандартным оборудованием на дизельных платформах, где точность многократного действия оправдывает их стоимость. Более подробную информацию о том, как этот привод интегрируется в современные платформы, см. в нашем обзоре Технология пьезоэлектрических форсунок в современных дизельных системах Common Rail .

Как работает механизм внутри системы Common Rail

Обе пьезоконструкции преследуют одну и ту же цель: быстрее перемещать иглу форсунки, более повторяемо удерживать ее положение и повторять впрыск в течение одного цикла сгорания чаще, чем позволяет электромагнитный клапан.

Пьезоинжекторы с сервоприводом

В этой архитектуре топливо под высоким давлением из рампы подается в небольшую камеру управления над иглой форсунки через ограниченное впускное отверстие. Пьезоэлемент приводит в действие внутренний клапан, закрывающий выпускное отверстие. Когда ЭБУ подает питание на блок, выпускное отверстие открывается, давление стравливается из камеры управления, и возникающий в результате дисбаланс давления поднимает иглу, чтобы начать впрыск. Закрытие меняет последовательность действий. Гидравлический контур увеличивает небольшой ход штабеля, поэтому эта конструкция доминировала в первом поколении пьезосистем Common Rail.

Пьезоинжекторы прямого действия

Здесь стек воздействует на объем управления иглы с гораздо меньшим количеством гидравлической промежуточной ступени, устраняя потери сервопривода и давая ECU еще более точное управление наименьшими пилотными величинами. Текущие совместимые примеры, построенные на этом принципе, включают: DENSO G2 пьезоэлектрическая топливная форсунка прямого управления 0950006070 , который показывает, как прямое управление стало предпочтительной компоновкой на новых платформах Common Rail для легковых автомобилей.

Топливная форсунка DENSO G2 с пьезо-прямым управлением 095000-6070 для экскаваторов и погрузчиков Komatsu Этот пьезоинжектор DENSO G2 обслуживает машины Komatsu PC350-7, PC400-7, WA320 и WA470, иллюстрируя компоновку с прямым управлением, которая предпочтительна на новых пассажирских и рабочих платформах Common Rail, где точность измерения пилотного количества имеет наибольшее значение. Посмотреть продукт →

Электрически ЭБУ заряжает и разряжает аккумулятор, как конденсатор, обычно при напряжении значительно выше 100 В. Поскольку зарядка занимает микросекунды, время впрыска можно сдвигать с очень малыми приращениями, а количества примерно в один кубический миллиметр или меньше можно измерять с воспроизводимой точностью. Это разрешение измерения является основной причиной, по которой инженеры по калибровке предпочитают пьезоэлектрическое оборудование для калибровки дизельных двигателей с низким уровнем выбросов.

Пьезо-форсунки или электромагнитные форсунки: какие изменения в двигателе

Независимые сравнения двух семейств неизменно показывают, что пьезосистемы предлагают более широкие возможности для оптимизации сгорания дизельного топлива. На двигателе этот запас проявляется в более тихом холодном запуске у пилотов меньшего размера, более низком уровне выбросов NOx, поскольку предварительные впрыски смягчают рост основного давления, и более чистой регенерации сажевого фильтра, поскольку дополнительные впрыски можно дозировать достаточно точно, чтобы избежать разбавления топлива в масле. В течение рабочего сезона такая же точность приводит к заметно более низкому расходу топлива при частичной нагрузке, на которую фактически тратится большая часть дизель-часов.

Ограничения, виды отказов и диагностические предостережения

Та же самая физика, которая делает пьезоинжекторы быстрыми, также делает их менее щадящими, чем соленоидные устройства, и любой, кто их хранит или устанавливает, должен планировать с учетом четырех реальностей.

• Высокое рабочее напряжение. Напряжение возбуждения обычно составляет от 100 до 200 В, поэтому стандартные методы испытаний при низком напряжении не применимы. Электрические испытания требуют соответствующего оборудования и мер предосторожности, а неквалифицированные измерения могут привести к повреждению как форсунки, так и тестера.
• Емкостное поведение. Пьезоэлемент ведет себя как конденсатор, а не как катушка, поэтому полезная диагностика проверяет емкость, сопротивление изоляции и форму тока заряда или разряда, а не просто целостность катушки. Треснувшая стопка обычно проявляется как сдвиг емкости или обрыв цепи.
• Механическая хрупкость. Керамические пластины трескаются под воздействием ударов, грубого обращения или повторяющихся термоциклов, а влага, проникающая в разъем жгута, создает пути утечки, имитирующие неисправность привода.
• Экономика сервиса. Пьезоактуаторы и их электроника стоят дороже, чем эквиваленты соленоидов, и в большинстве политик обслуживания заменяют инжектор целиком, а не ремонтируют его. Это ценовое давление во многом является причиной того, что непосредственный впрыск бензина вернулся к конструкциям с соленоидами, в то время как дизельный Common Rail сохраняет пьезоэлектрическую систему, где точность многократного действия окупается.

Ни один из этих пунктов не является причиной избегать этой технологии. Это повод подобрать его к правильному применению и купить у поставщиков, которые проводят испытания в номинальных условиях.

Контрольный список поиска перед заказом

Пьезоинжекторы являются компонентами, зависящими от платформы, и большинство гарантийных споров связано с несоответствием спецификаций, а не с неисправным оборудованием. Перед заказом проработайте следующие пункты. Если вам нужна более широкая основа, наше руководство по выбор совместимых компонентов топливной системы дизельного двигателя охватывает процесс выбора как соленоидных, так и пьезоплатформ.

1. Подтвердить концепцию управления. Пьезоинжектор с сервоприводом нельзя заменить на блок прямого действия, поэтому прежде всего проверьте исходный номер детали и тип его срабатывания.
2. Проверьте требования к кодированию. Многие платформы требуют, чтобы калибровочный код новой форсунки был запрограммирован в ЭБУ после установки; подтвердите, кто будет это делать и что поставщик предоставит коды.
3. Соответствуйте соплу и классу расхода. Тип заменяемого сопла и калибровка расхода должны соответствовать исходной спецификации двигателя, а не только его электрического разъема.
4. Спросите, как проверяются детали. Стендовая проверка при номинальном давлении в рампе, испытания на герметичность и реакцию, а также калибровка сборки отделяют надежный запас запасных частей на вторичном рынке от возвратов на полках.
5. Консолидация для смешанных автопарков. Приобретение нескольких платформ у одного поставщика обеспечивает единообразие стандартов качества, отслеживаемости и анализа отказов по всему ассортименту.

Европейские платформы легковых автомобилей иллюстрируют ту же дисциплину. Пьезоэлектрическая топливная форсунка прямого действия Delphi Multec 28236381 подходит только для систем на базе Multec, для которых он был откалиброван, и подтверждение происхождения с помощью одного поиска по номеру детали может сэкономить весь диагностический цикл.

Топливная форсунка прямого действия Delphi Multec Piezo 28236381 для Hyundai Starex H1 и i800 Эта форсунка серии Multec, разработанная для Hyundai Starex H1 (D4CB) и i800, подходит только для тех систем, для которых она была откалибрована, поэтому проверка ее родословной по номеру детали является практичным способом избежать длительного диагностического цикла. Посмотреть продукт →

Для более тяжелого оборудования подтвержденная поставка выглядит аналогично при более высоком водоизмещении: Пьезоинжектор Common Rail Bosch CRIN 120 серии из нашего совместимого ассортимента, производится на гибких линиях, которые обрабатывают сопла, плунжеры и сборки клапанов собственными силами, со стендовой проверкой и экологическими испытаниями перед отправкой.

Форсунка Bosch CRIN 120 Piezo Common Rail 0445120127 для Iveco Cursor 9 и Renault DXi11 Созданная для двигателей Iveco Cursor 9 и Renault DXi11, эта форсунка CRIN 120 подходит для более тяжелого оборудования, поскольку форсунки, плунжеры и узлы клапанов подвергаются механической обработке на месте, а также проходят стендовую проверку перед отправкой. Посмотреть продукт →

Пьезоинжекторы вознаграждают покупателей, которые относятся к ним как к калиброванным компонентам системы, а не к стандартным деталям: соблюдайте концепцию управления, соблюдайте кодировку и покупайте у поставщиков, которые проводят испытания под давлением в рампе. При таком подходе скорость и точность технологии напрямую приводят к более тихой, чистой и экономичной работе дизельного двигателя, а также к меньшему количеству возвратов, лежащих на полке.