Если вы когда-нибудь видели искры, создаваемые кем-то, кто жует Wint-O-Green Life Savers в затемненной комнате, вы были свидетелем этого явления: некоторые кристаллические материалы, такие как сахар, производят незначительное количество электричества, когда вы их сжимаете. Для него даже есть слово «пьезоэлектрический», которое описывает электричество, возникающее в результате давления. Но этот процесс также обратим, поскольку эти же материалы немного расширяются при воздействии на них электричества. В автомобиле есть множество мест, где может пригодиться пьезоэлектрическое расширение.
Возьмем, к примеру, точное дозирование, необходимое для современной доставки топлива. Компании Bosch, Continental и Delphi, среди прочих, использовали это специфическое свойство расширяющегося пьезоматериала, а не обычного электромагнита, чтобы открыть сопло топливной форсунки и точно впрыскивать топливо как в бензиновые, так и в дизельные двигатели. Однако заставить эти устройства работать не так-то просто.
Одна из причин заключается в том, что расширение пьезокристаллов незначительно. Кусочек пьезоматериала толщиной в две сотых дюйма расширяется только примерно на 0.00002 дюйма, когда на него попадает примерно 140 вольт электричества. Этих двухсоттысячных дюйма недостаточно, чтобы сдвинуть иголку форсунки, которая является частью, которая закрывает сопло и должна открываться для впрыска топлива.
Инжектор Continental имеет сотни маленьких пьезоэлементов, уложенных друг на друга, так что комбинированное расширение увеличивает общее движение. Стек обеспечивает перемещение на 0.004 дюйма — этого достаточно, чтобы переместить иглу достаточно далеко для впрыска топлива. Но поскольку это движение происходит в неправильном направлении — вниз, а не вверх, — добавление двух крошечных рычагов позволяет расширить пьезоэлемент, чтобы поднять штифт и начать распыление топлива. Когда впрыск завершен, напряжение отключается, пьезоэлемент сжимается, и пружина закрывает штифт.
Пьезофорсунки имеют несколько ключевых преимуществ, которые оправдывают все эти проблемы. Во-первых, они открываются и закрываются намного быстрее, чем обычные форсунки. Это обеспечивает более точный контроль интервала впрыска, который определяет, сколько топлива впрыскивается в двигатель. Пьезоустройства также обеспечивают обратную связь, производя мельчайшие колебания электричества, используемого для их активации. Например, если компьютер управления двигателем запрашивает время открытия форсунки, равное 0.5 секунды, а реакция форсунки показывает, что она открылась всего на 0.496 секунды, компьютер может добавить немного времени к следующему циклу впрыска для компенсации. Такая точная дозировка топлива способствует лучшему сгоранию, что приводит к большей экономии топлива и снижению выбросов.
Мало того, что пьезофорсунки более точны, чем обычные твердотельные инжекторы, они также могут выполнять некоторые трюки, которые полностью выходят за рамки возможностей их предшественников. Во-первых, при подаче немного меньшего электричества пьезокристаллы меньше расширяются, поэтому форсунки могут частично открываться. Меньшее отверстие означает более длительное время впрыска, что полезно при попытке точно впрыснуть небольшое количество топлива, например, когда автомобиль почти движется накатом. Поскольку они действуют очень быстро, пьезофорсунки также могут впрыскивать несколько раз (до семи в некоторых дизелях) в течение одного цикла сгорания. Эта гибкость может снизить выбросы во всех двигателях, а также ограничить образование сажи в дизельных двигателях.
Эти преимущества обеспечили применение пьезофорсунок во многих новейших дизельных и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском. А компания Continental, например, утверждает, что ее пьезоэлементы не стоят больше, чем обычные аналоги с меньшими возможностями. Пьезофорсунки являются одним из ключевых устройств, которые будут поддерживать конкурентоспособность двигателей внутреннего сгорания по сравнению с этими надоедливыми электрическими выскочками на долгие годы.
Этот контент импортируется из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
