Описание пьезо-инжектора common rail

Самые умные инжекторы, которые вы когда-либо встречали.

Если вам когда-либо приходилось видеть искры, появляющиеся при разжевывании конфет  Wint-O-Green Life Savers в темной комнате, вы были свидетелем подобного феномена:  при резком сжатии некоторые кристаллические вещества (например, сахар) создают незначительное количество электрического разряда. Это явление также носит специальное название «пьезоэлектричество», под которым понимается электричество, возникающее в результате давления.  Но данный процесс является двусторонним в том отношении, что те же вещества слегка увеличиваются в объеме, когда на них действует электричество. В автомобиле найдется множество мест, где действие пьезоэлектричества на расширение вещества может пригодиться.

Возьмем, к примеру, точное измерение,  необходимое в  наше время для определения количества подачи топлива. Bosch, Continental и Delphi, среди прочих, использовали это исключительное свойство - расширение вещества под действием пьезоэлектричества-  вместо обычного электромагнита,  для открытия распылителя топливного инжектора и точного дозирования топлива как в автомобилях с бензиновым, так и дизельным двигателем. Однако заставить эти устройства работать не так легко.

Одной из причин этого является то, что увеличение пьезокристаллов в объеме совсем незначительное.  Под действием напряжения ~ 140 V пластина пьезоматериала толщиной  0,02 дюйма расширяется только на 0,00002 дюйма. Тех двух стотысячных дюйма отнюдь не достаточно для того, чтобы перемещать иглу инжектора, являющуюся тем элементом, который закрывает распылитель и должен открываться при впрыске топлива.

Инжектор Continental имеет сотни маленьких пьезо-пластин, уложенных одна на другую, в результате чего совокупное расширение вещества в итоге увеличивает общее движение. Слой пластин вызывает перемещение на 0,004 дюйма. Этого достаточно для того, чтобы отодвинуть иглу достаточно далеко и произвести впрыск топлива. Но, поскольку это движение происходит не в том направлении – вниз, а не вверх, добавление двух крошечных рычажков позволяет слою пьезо-пластин расшириться и вызвать, таким образом, подъем иглы и впрыск топлива. После того, как впрыск завершен, электричество отключается, слой пластин сжимается и пружина закрывает иглу.

Пьезо-инжекторы имеют несколько ключевых преимуществ, которые оправдывают все эти хлопоты. Начнем с того, что открытие и закрытие у них происходит значительно быстрее, чем у обычных инжекторов. Это позволяет более точно контролировать интервал впрыска, который определяет, какое количество топлива подается в двигатель. Пьезоэлементы также обеспечивают обратную связь, вызывая короткие колебания в электричестве, использующемся для их активации. Например, если компьютер, управляющий двигателем, вызывает открытие инжектора на 0,5 секунд, а ответ инжектора показывает, что открытие произошло  только на 0,496 секунд, то, компьютер может добавить немного времени при следующем цикле впрыска для того, чтобы компенсировать это. Такая точность в измерении подачи топлива способствует лучшему процессу сгорания, который приводит к лучшей экономии топлива и снижению выбросов.

Пьезо-инжекторы отличаются от обычных не только большей точностью. Они умеют выполнять такие действия, которые не под силу их предшественникам. К примеру, под действием слабого электричества пьезо-кристаллы расширяются меньше, что вызывает частичное открытие инжектора.  Меньшее открытие означает более длительное время впрыска, которое имеет существенное значение, если требуется точный впрыск небольшого количества топлива, например, когда автомобиль движется почти накатом. В силу своего быстрого действия, пьезо-инжекторы также могут выполнять впрыск несколько раз (до семи в некоторых дизелях) во время одного цикла сгорания. Такая гибкость может снижать выбросы во всех двигателях, а также ограничить образование копоти в дизельных двигателях. 

Эти преимущества обеспечили применяемость пьезо-инжекторов во многих последних дизельных двигателях, а также бензиновых двигателях с прямым впрыском. Continental, например, говорит, что его пьезо-инжекторы стоят не больше, чем обычные эквиваленты с меньшими возможностями. Пьезо-инжекторы являются одними из ключевых элементов, которые будут удерживать конкуренцию двигателей внутреннего сгорания перед новомодными электродвигателями  на годы вперед.