О пьезофорсунках

Важная отличительная особенность системы CP3 - это применение пьезофорсунок, которые относятся к поколению CRI 3. Скорость включения пьезофорсунок этого типа в 4 раза быстрее, чем у предыдущего поколения электромагнитных форсунок CRI 2. Кроме того, технология применения пьезофорсунок по сравнению с электромагнитными клапанами впрыска имеет приблизительно на 75% меньше подвижной массы на игле распылителя. Из этого складываются преимущества очень короткого времени включения, возможности большого количества циклов впрыска в течение рабочего такта и точно дозируемое количество топлива. За счет очень короткого времени включения пьезофорсунок можно гибко и точно управлять фазами и циклами впрыска. Благодаря этому процесс впрыска можно приспособить к соответствующим требованиям условий работы двигателя. В течение каждого процесса впрыска может производиться до пяти частичных циклов впрысков. Перед основным впрыском в камеру сгорания впрыскивается небольшое количество топлива. Это способствует повышению температуры и давления в камере сгорания. За счет этого сокращается задержка самовоспламенения основного впрыска и вместе с этим снижается быстрое возрастание давления и его пик. Следствием этого являются незначительные шумы сгорания топлива и низкий уровень токсичности выхлопных газов. Число, время и количество впрыскиваемого топлива для предварительного впрыска зависят от режима работы двигателя. В холодном двигателе и при низком числе оборотов по шумовым причинам происходят два предварительных впрыска. При более высокой нагрузке и высоком числе оборотов проходит только один предварительный впрыск для уменьшения уровня токсичности выхлопных газов. При полной нагрузке и высоком числе оборотов не происходит предварительного впрыска, поскольку для высокого коэффициента полезного действия должно впрыскиваться большое количество топлива. После предварительного впрыска и короткой паузы в камеру сгорания впрыскивается основное количество топлива. Уровень давления впрыска всего процесса остается примерно равным. Для регенерации сажевого фильтра происходят два пост впрыска. За счет их повышается температура выхлопных газов, которая необходима для сгорания частиц сажи в сажевом фильтре.

Для управления клапаном впрыска применяется пьезопривод. Он находится в корпусе клапана и управляется электрическим соединением блока управления системы впрыска. Пьезопривод имеет высокую скорость включения, он включается за менее чем, десятитысячную долю секунды. Для управления пьезоприводом используется обратный пьезоэлектрический эффект. Пьэзопривод состоит из множества пьезоэлементов, для достижения достаточно большого хода контактов управления клапанами впрыска. При подаче напряжения пьезопривод расширяется до 0,03 мм. (Для сравнения: человеческий волос имеет диаметр приблизительно 0,06 мм). К пьезоприводам подается напряжение от 110 до 148 В. Модуль сопряжения состоит из соединительной и клапанной колбы. Модуль связи действует как гидравлический цилиндр. Он очень быстро гидравлически преобразовывает линейное расширение пьезопривода и приводит в действие клапан переключения. Гидравлической передачей клапан переключения мягко открывается и за счет этого происходит точное управление впрыском. Преимущества гидравлической передачи: незначительная сила трения, амортизация подвижных конструктивных элементов, компенсация изменения длины конструктивных элементов за счет теплового расширения и отсутствие механического воздействия на иглу распылителя. Модуль сопряжения является гидравлической системой, в которой силы соотносятся друг к другу как площади колб. В модуле сопряжения площадь соединительной колбы больше площади клапанной колбы. Клапанная колба приводится, таким образом, в действие силой соединительной колбы. Отношение площади соединительной колбы к площади клапана переключения во много раз больше. За счет этого клапан переключения приводится в действие против давления топливной рампы от модуля сопряжения. Давление топлива в модуле сопряжения поддерживается клапаном постоянного давления в обратной магистрали приблизительно на уровне 10 бар. Это давление топлива служит в качестве воздушной подушки для гидравлической передачи между колбой соединения и клапанной колбой. В состоянии покоя клапан впрыска закрыт. Пьезопривод выключен. В пространстве управления выше иглы распылителя и к клапану переключения подается высокое давление топлива. Клапан переключения за счет высокого давления топлива и усилия пружины клапана переключения прижат в своем гнезде. За счет этого высокое давление топлива отделено от обратной топливной магистрали. Игла распылителя закрывается усилием пружины и высоким давлением топлива в пространстве управления выше распылителя. В обратной топливной магистрали давление топлива составляет приблизительно на уровне 10 бар, которое поддерживается клапаном постоянного давления в обратной магистрали клапанов впрыска. Начало впрыска проводит ЭБУ. При этом он посылает управляющие сигналы на пьезопривод. Пьезопривод расширяется и передает усилие на соединительную колбу. Движением соединительной колбы назад, в модуле сопряжения создается гидравлическое давление, которое через клапанную колбу воздействует на клапан переключения. Клапан переключения открывается гидравлическим усилием модуля сопряжения и освобождает путь высокому давлению топлива в обратную магистраль. Топливо в области управления через сливной дроссель попадает в обратную магистраль. При этом резко падает давление топлива выше иглы распылителя. Игла распылителя поднимается и начинается впрыск. Завершение впрыска происходит, когда блок ЭБУ больше не подает управляющие сигналы на пьезопривод. Пьезопривод возвращается в свое исходное положение. Обе колбы модуля сопряжения двигаются вверх, а клапан переключения прижимается в своем гнезде. За счет этого перекрывается путь высокому давлению топлива к обратной магистрали. Через дроссель подачи топливо поступает в область управления выше иглы распылителя. Давление топлива в области управления снова растет до уровня топливной рампы и закрывает иглу распылителя. Процесс впрыска завершен и клапан впрыска находиться снова в состоянии покоя. Количество впрыскиваемого топлива определяется длительностью нахождения под управлением пьезопривода и давлением топливной рампы. Благодаря быстрым промежуткам включения пьезопривода можно совершить большее число циклов впрыска за рабочий такт и точно определить количество впрыскиваемого топлива.

На каждой форсунке нанесен семизначный код для адаптации. Это значение для адаптации может состоять из букв и/или цифр. Значение (IMA код) определяется при изготовлении клапана впрыска на испытательном стенде. Оно представляет разность заданной величины и описывает этим параметры работы клапана впрыска. C помощью значения IMA ЭБУ дизельной системы впрыска может точно рассчитать необходимое время срабатывания для впрыска топлива через каждый отдельный клапан форсунки. За счет регулировки количества топлива для впрыска выравниваются различные параметры работы форсунок, которые возникают на основе производственных допусков. Целями данных коррекций количества впрыскиваемого топлива являются: сокращение расхода топлива, сокращение количества выхлопных газов, тихая работа двигателя.