Инерционность форсуки

[Викторов]

Инерционность форсунки

Инерционность означает способность сохранять своё собственное состояние. В механике это связали с инерцией тела, назвали инертностью, впервые описали в IV в. до н.э. (Аристотель), а в 1686 г. косвенно отразили математически (2-й закон Ньютона). В 2002 г. инертный механический компонент назвали инертором (Смит; его инерторы это J-амортизаторы), а накопление им энергии – инерционностью, выраженной численно в единицах массы (кг в системе СИ), и таким образом инерционность стала физической величиной, параметром инертора. Данная историческая справка приведена лишь для того, чтобы сосредоточиться не на споре о терминах (который всегда бесконечен в силу постоянного развития терминологии), а на сути вопроса – инерционности форсунки.

ДВС имеет множество режимов работы. Каждый режим обеспечивается своим топливодозированием. Топливодозирование регулируется длительностью открытого состояния форсунки, а она, в свою очередь, длительностью управляющего прямоугольного (П-) импульса. Однако, импульс является прямоугольным по напряжению, а подвижный шток (инертор) форсунки сдвигается и открывает запорный клапан магнитным полем, которое создаётся не напряжением, а током, протекающим через обмотку. Обмотка обладает активным сопротивлением  и индуктивностью , реактивное сопротивление которой  в момент поступления импульса, в силу чего ток . -цепь обусловливает переходный процесс: передний фронт тока не крутой (вертикальный), как у напряжения, а нарастает плавно по экспоненте, и подвижный шток лишь при достижении требуемого значения тока и усилия магнитного поля преодолевает сопротивление возвратной пружины и с запаздыванием открывает запорный клапан.

Таким образом, запаздывание увеличивает действие механической инерционности и снижает расход (производительность) форсунки, что вынуждает удлинить управляющий импульс в матрице прошивок топливодозирования.

Запаздывание тем больше, чем выше значение , поэтому конструктивно его снижают уменьшением  (меньшим числом витков обмотки) и увеличением  (удлинением провода обмотки, уменьшением его диаметра и увеличением удельного сопротивления). При этом находят компромиссное решение, чтобы магнитное поле, создаваемое обмоткой, не потеряло требуемую энергию. А поскольку форсунки разных систем впрыска работают в разных условиях – один раз за рабочий цикл или по числу цилиндров, на клапана, в цилиндр или на дроссель и т.п., – то это является причиной их многообразия.

Загрязнённость форсунки с «обычным» (популярным) активным сопротивлением обмотки  Ом снижает расход одинаково на всех режимах работы ДВС. Загрязнённость же форсунки с  Ом намного сильнее снижает расход на режимах, требующих обогащения топливовоздушной смеси, чем на стационарных режимах прогретого двигателя. Обогащение осуществляется за счёт удлинения управляющего импульса, а поскольку импеданс  в 5÷15 раз ниже, чем у «обычных» форсунок, то обмотка заряжается (подобно катушке зажигания) током, который в 5÷15 раз выше. В момент окончания управляющего импульса (заднего фронта) э.д.с. самоиндукции больше в 2÷4 раза (за счёт меньшей индуктивности), а её энергия больше в 4÷16 раз. В сумме с усилием возвратной пружины шток с такой большой силой перемещается при закрытии, что «намертво» залипает на грязи (а это, как правило, битумные смолы) и намного увеличивает запаздывание при отрыве штока и открытии форсунки следующим импульсом.

Практический вывод: если двигатель, снабжённый низкоомными форсунками, плохо пускается (особенно холодный), плохо ускоряется, не работает на полной нагрузке (быстрое открытие дросселя) и/или на оборотах номинальной мощности (нижняя граница красного сектора тахометра), форсунки следует очистить, даже если горячий двигатель хорошо пускается, и концентрация отработавших газов находится в нормативном допуске на холостом ходу и даже на частичной нагрузке (2400÷3000 rpm), так как функционирование таких форсунок нелинейно зависит от режимов работы.

Функция тестирования форсунок на инерционность заложена в стенд «Выстрел». Инерционность измеряется не в единицах массы, а косвенно в напряжениях открытия и закрытия. Для этого на гидравлические входы форсунок подаётся бензин под нормативным системным давлением, а на электрические входы – автоматическое линейное треугольное напряжение инфранизкой частоты. Визуально контролируя выход бензина, в  момент открытия форсунки нажимают кнопку, и программа фиксирует напряжение открытия, которое должно быть не выше 5÷6 В. После этого напряжение снижается, и фиксируют момент закрытия форсунок. Чем выше напряжение открытия, тем больше запаздывание. Форсунки никогда не загрязняются одинаково. Допустимый разброс напряжений 10÷15 %. Если какие-то форсунки не вписываются в допуск, очистке подлежат все форсунки с последующим тестированием по всем параметрам.