Форсунка электрическая. Принцип работы. Неисправности
Форсунка (инжектор) — конструктивный элемент системы впрыска, назначение которого заключается в дозированной подаче топлива, подводимого к ней под высоким давлением, его распылении в камере сгорания (впускном коллекторе) и образовании топливно-воздушной смеси.
Принцип работы форсунки
Рис. Пример конструкции форсунок систем распределённого (а) и центрального (моно) впрыска (б): 1 — топливный фильтр, 2 — уплотни тельные кольца, 3 — запирающий элемент, 4 — седло, 5 — пружина, 6 — обмотка, 7 — корпус, 8 — электрический разъём
Устройство электрической форсунки может быть разным(примеры конструкций приведены на рисунке), но принцип работы одинаков для всех типов форсунок.
Форсунка представляет собой определённой формы ёмкость с топливом. С одной стороны топливо под давлением поступает из топливной магистрали через фильтровочную сетку, а с другой стороны в распылённом состоянии попадает в рабочую область ДВИГАТЕЛЯ, если подано напряжения на солсноццальный клапан форсунки.
- MOНO впрыск — форсунка одна (обычно рядный двигатель до 4-х цилиндров)
- ДУБЛЬ MOНO впрыск — две форсунки, работающие на две половины, обычно 6-ти цилиндрового, V-образного двигателя
- РАСПРЕДЕЛЁННЫЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена во впускном коллекторе
- ПРЯМОЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена внутри цилиндра
- ПУСКОВАЯ — одна на двигатель, рабочая часть расположена во впускном коллекторе
Форсунки бывают НИЗКООМНЫЕ (от 1 до 7 Ом) и ВЫСОКООМНЫЕ (от 14 до 17 Ом). Низкоомные форсунки управляются пониженным напряжением или в цепях управления имеются добавочные сопротивления (5-8 Ом). Фрагмент схемы с добавочными сопротивлениями (152) приведен на рисунке.
Рис. Фрагмент схемы системы управления и фото блока сопротивлений.
Рис. Форма факела распылённого топлива различна.
Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке, с системой впрыска от порта (PFI) и системы последовательного впрыска (SFI), которые используют привод выключаемого транзистора насыщения, изображена рядом и отмечена буквой А. Соленоиды форсунок включаются блоком управления двигателем. Напряжение резко падает, когда клапан открыт, а затем, при выключении напряжения, резко возрастает (из-за индуктивности соленоида). Ширина импульса изменяется в зависимости от нагрузки двигателя.
Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке системы моновпрыска (TBI). Такие системы для включения и выключения форсунок используют формирователи пиковых токов и токов синхронизации. Клапаны соленоидов форсунок включаются при наличии высокого тока питания, подаваемого от блока управления двигателем.
После срабатывания, ток уменьшается и поддерживает клапан в открытом состоянии. Наблюдается резкое падение напряжения при первом открытии клапана, а затем резкое увеличение напряжения, когда формирователь тока создаст меньший ток синхронизации, чем высокий ток включения.
Некоторые формирователи пиковых токов и токов синхронизации производят быстрые переключения напряжения во время периода синхронизации из-за низкого сопротивления обмотки соленоида форсунки (схема С).
Рис. Форсунка распределённого впрыска топлива.
Примером может служить осциллограмма форсунки автомобиля ФОРД «Сиерра» 1,6i, EEC 4 приведённая ниже.
Рис. Осциллограмма форсунки
Ниже приведены схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива.
При одновременном и групповом методе все форсунки, соединённые параллельно впрыскивают топливо одновременно, причём за один оборот коленвала впрыскивается половина полной порции топлива.
Такой метод соединения форсунок использовался на а\м выпуска 80 х — начала 90 х годов.
Современные системы управления двигателями используют последовательный или фазированный впрыск топлива. Такой метод управления позволяет увязывать момент впрыска с моментом открытия впускного клапана в конкретном цилиндре, изменять количество подаваемого топлива в цилиндр.
Рис. Схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива
На схемах использованы следующие обозначения: 1,2,3,4 — форсунки, 5 — ЭБУ двигателем.
Форсунки систем прямого впрыска топлива отличаются от форсунок, применяемых на системах впрыска топлива во впускной коллектор. Распылитель форсунки расположен непосредственно в камере сгорания и испытывает большие температурные нагрузки и нагрузки высокого давления. Форсунка прямого впрыска длиннее, т.к. необходимо пройти толщину головки блока. Давление топлива значительно выше, чем в обычных системах впрыска и факел распыла имеет свои особенности для каждого двигателя. Эти особенности систем прямого впрыска можно отнести к бензиновым и дизельным двигателям.
Рис. Форсунка системы прямого впрыска HDI и осциллограмма, снятая на режиме XX.
Расположение
ПУСКОВАЯ форсунка обычно расположена во впускном коллекторе таким образом, чтобы её широкий факел распылённого топлива (до 90 градусов) попадал в район впускных клапанов всех цилиндров.
Форсунка МОНО впрыска расположена на месте обычного карбюратора и топливо впрыскивается в общий объём впускного коллектора.
Форсунки РАСПРЕДЕЛЕННОГО впрыска расположены на впускном коллекторе в районе впускных клапанов каждого цилиндра. Если впускных клапана два, то факел распылённого топлива состоит из двух частей, каждая из которых направлена под один из клапанов.
Форсунки ПРЯМОГО впрыска расположены в головке блока. Распылитель расположен в цилиндре и имеет узкую щель, формирующую факел, направленный под углом к днищу поршня.
Одно из принципиальных отличий систем прямого впрыска топлива в том, что в зависимости от режима работы двигателя давление топлива регулируется в пределах 80-130 атм. Система управления контролирует как момент впрыска, происходящий во время такта всасывания, так и порцию топлива, изменяя давление в трубопроводе и длительность открытия форсунки.
Неисправности форсунки
Сопротивление обмотки форсунки должно соответствовать справочным данным. Обычно форсунки на входе имеют мелкую сетку, которая может забиться мелкими частичками примесей или ржавчины из бака и топливных магистралей.
Если впускная сетка не задержала примеси, то проходя через запирающий элемент и седло форсунки, эти части получают дополнительный износ из-за абразивных свойств посторонних частиц. Постепенно форма факела меняется или вообще пропадает и форсунка льёт топливо обычной струйкой, что не способствует правильной работе двигателя.
На распылителе форсунки постепенно скапливаются смоляные отложения.
Иногда отложения образовываются в результате использования на двигателе газовой установки.
Методика проверки
Проверку топливной части форсунки необходимо начинать с подключения к автономной установке, которая может создать на входе в форсунку рабочее давление. При этом из форсунки не должно капать или литься топливо. При кратковременном подключении форсунки к питанию 12 в (высокоомные форсунки 14-17 Ом, низкоомные — от 2 до 7 Ом через добавочное сопротивление 10-15 Ом) должны раздаваться звонкие щелчки запирающего клапана, втягиваемого магнитным полем соленоида. Если форсунка «не щелкает», то, вероятно, всё внутри забито ржавчиной. Такая форсунка отправляется «в последний путь». Если первичные проверки дают положительный результат, проверяем форму факела и степень распыла топлива, а также производительность форсунки в единицу времени — это обычно 80 — 90 мл. за 30 сек (50 — 60 мл. для малообьёмных двигателей).
Ремонт форсунки
Как временную меру, можно рекомендовать промывку форсунки в промывочной установке.
Продувку сжатым воздухом в открытом состоянии с обеих сторон, но обычно всё заканчивается заменой форсунок на новые.
Двухфазная форсунка с электромагнитным клапаном для воды, плоская струя серии 166.6
В стандартном исполнении пневматические форсунки серии 166.6 сверху на внешней части корпуса имеют электромагнитный управляющий клапан, который перекрывает поток жидкости. Поток сжатого воздуха при этом не перекрывается. Клапан управляется постоянным током напряжением 24В, мощность 8W по электрическому кабелю длиной 1,0 м (в комплекте). Частота работы электромагнитного клапана до 500 циклов в минуту. Класс защиту IP 67. Температура окружающей среды для нормальной работы устройства должна быть в диапазоне от +10⁰С до +50⁰С.
Данная пневматическая форсунка работает по принципу давления в сочетании с внешним смешиванием жидкости и воздуха. С помощью водовоздушной двухфазной форсунки серии 166.6 можно добиться туманообразного мелкодисперсного распыления жидкостей (в том числе и сильновязких).
Факел распыления форсунок этой серии представляет собой плоскую струю с разными углами 45⁰ и 60⁰ градусов.
Принцип давления в работе пневматической форсунки означает, что жидкость в форсунку должна подаваться под давлением одновременно с подачей сжатого воздуха.
Подключение осуществляется стандартными пневматическими фитингами с резьбой ¼ BSPP. Сжатый воздух может подаваться в широком диапазоне давлений от 0,8 до 6,0 бар. Жидкость также может подаваться с разным давлением от 0,07 до 0,35 бар.
Комбинируя разные давления и объемы подаваемого сжатого воздуха и жидкости с помощью одной форсунки, не меняя размер ее выходного отверстия, можно добиться разных расходов распыляемой жидкости.
Показатели расхода жидкостей для пневматической форсунки серии 166.6 могут варьироваться в диапазоне от 1,7 до 102,1 л/час в зависимости от выходного отверстия и комбинации давлений сжатого воздуха и жидкости. Отверстия могут быть 0,4 мм, 0,7 мм, 1,5 мм и 2,5 мм. Существует 5 типоразмеров данной форсунки.
Внешнее смешивание жидкости и воздуха означает, что процесс атомизации жидкости происходит за пределами форсунки. Благодаря специально разработанной геометрии распылительной вставки (Nozzle tip) обеспечивается возможность распыления вязких жидкостей. Так как атомизация жидкости происходит снаружи, это решает проблему засорения и застывания жидкости внутри форсунки. На выходе мы имеем плоскую струю с углом 45⁰ или 60⁰ градусов. Однако надо учесть, что распыление очень мелкое и струя имеет четко выраженную форму только на небольшом расстоянии 300-500 мм. Далее образуется сплошное туманообразное облако.
Двухфазные (водовоздушные) форсунки серии 166.6 изготавливаются из нержавеющей стали AISI 303.
Данные пневматические сопла часто применяются для увлажнения полотен, стеклохолста, бумаги, охлаждения, мелкодисперсного туманообразного распыления, в том числе вязких жидкостей.
Артикулы плоскоструйных пневматических форсунок с клапаном серии 166.
6| 166.616.16.A2.00.0 | 166.682.16.A2.00.0 |
| 166.626.16.A2.00.0 | 166.691.16.A2.00.0 |
| 166.654.16.A2.00.0 |
Каталог плоскоструйных пневматических форсунок с клапаном серии 166.6
Магнитные сопла | Лаборатория электродвигателей и динамики плазмы
Введение
Проще говоря, магнитное сопло преобразует тепловую энергию плазмы в направленную кинетическую энергию.
Это преобразование достигается с помощью магнитного поля, контур которого аналогичен сплошным стенкам обычного сопла (см., например, рис. 1).
Приложенное магнитное поле в большинстве случаев имеет цилиндрическую симметрию и формируется с помощью постоянных магнитов или электромагнитных катушек, которые удерживают плазму и действуют как эффективная «магнитная стена».
через который тепловая плазма расширяется в вакуум.
Исследования магнитных сопел в EPPDyL начались в 2008 году. Целью данного исследования является понимание основных физических процессов течения плазмы через сопло и их влияние на работу сопла. В частности, мы работаем над ответами на следующие важные вопросы:
- Как динамика потока плазмы через магнитное сопло влияет на структуру выхлопного факела?
- Как взаимосвязь между физической и магнитной геометрией влияет на отработанную плазму?
- Как замагниченная плазма отрывается от приложенного магнитного поля?
Ответы на эти вопросы будут получены путем сочетания теоретических, экспериментальных и вычислительных исследований.
В конечном счете, знание этих процессов даст фундаментальные законы масштабирования для работы магнитных сопел для плазменных двигателей.
Теория
Мы разрабатываем теоретические модели для изучения связи между динамикой плазмы в магнитном сопле и структурой выхлопного факела. Структура выхлопного шлейфа важна для общих характеристик движения сопла. Сильно расходящийся шлейф создает меньшую тягу, чем хорошо направленный шлейф. Кроме того, структура выхлопного шлейфа тесно связана с физическими механизмами, с помощью которых плазма может отрываться от магнитного поля сопла.
Природа расширения плазмы магнитного сопла ранее наблюдалась как экспериментально, так и с помощью численных моделей, вызывая значительные пространственные неоднородности в выхлопном факеле. Руководствуясь этими наблюдениями, мы использовали преобразование цилиндрических координат в магнитные (рис. 2) для получения первой аналитической модели, способной давать решения в замкнутой форме для двумерных распределений потенциала плазмы, плотности и числа Маха ионов. в области расширения сопла (рис. 3).
Рисунок 2 — Преобразование цилиндрических (r-z) в магнитные \(\psi-\zeta\) координаты.
Рис. 3 – Пространственные распределения потенциала плазмы, плотности и числа Маха ионов. Наша модель в конечном итоге дает полностью аналитические выражения для эффективности расходимости луча и коэффициента тяги магнитного сопла. Установлено, что эти рабочие параметры в основном зависят от числа Маха ионов, радиуса плазмы и однородности профиля плотности на выходе из сопла. Работа сопла наиболее чувствительна к радиусу плазмы, при этом улучшение характеристик наблюдается при уменьшении радиуса из-за меньшей эффективной расходимости приложенного магнитного поля.
Эксперимент
Эксперимент по динамике плазмы и отделению магнитного сопла (MN-PD2X) был разработан для экспериментального изучения фундаментальной физики плазмы, связанной с течением плазмы через магнитное сопло. Цели эксперимента:
- Охарактеризовать взаимосвязь между источником плазмы и геометрией магнитного поля и ее влияние на перенос плазмы и потери на стенках.
- Определите, как эти факторы влияют на свойства плазмы в горловине сопла.
- Определите, как изменяется структура факела по отношению к потоку плазмы на горловине сопла, и сравните результаты с нашей теоретической моделью.
Основой эксперимента является плоская катушка радиочастотного (РЧ) плазменного источника, рассчитанного на мощность до 1 кВт. Согласующая сеть L-типа используется для согласования сопротивлений источника РЧ и антенны. Источник плазмы установлен концентрически с двумя электромагнитными (ЭМ) катушками, каждая с пиковым магнитным полем 500 Гс.
MN-PD2X был разработан, чтобы позволить легко изменять пропорции источника плазмы (отношение длины трубки источника к радиусу) и геометрию магнитного поля для проверки влияния взаимосвязи между физическими поверхностями источника плазмы и магнитным полем. топология поля.
В частности, положение задней стенки источника плазмы можно регулировать относительно плоскости выпуска, изменяя таким образом соотношение сторон.
Кроме того, топологию магнитного поля можно изменить, регулируя взаимное расположение электромагнитных катушек (рис. 4).
Источник плазмы установлен на упорном рычаге с поворотным затвором в составе большой диэлектрической импульсной двигательной установки (LDPP) EPPDyL. Для проведения измерений на стенде тяги трубка источника физически изолирована от антенны и согласующей сети.
Рис. 5. MN-PD 2 X Первая плазма.Фотография первой плазмы MN-PD2X представлена на рис. 5. Разряд получен при мощности 250 Вт с массовым расходом газа аргона примерно 1 мг/с и пиковым полем 250 Гс. Расположение регулируемой задней стенки можно увидеть примерно посередине между двумя электромагнитными катушками. Отсутствие паразитного разряда за задней стенкой указывает на хорошее уплотнение между антенной и камерой источника плазмы.
Рис. 6. MN-PD 2 Переход в режим X.
Расчет
В сотрудничестве с профессором Сэмом Коэном и доктором Адамом Сефковым
Механизм, с помощью которого плазма отрывается от приложенного магнитного поля сопла, остается плохо изученным.
Однако существует много многообещающих теорий.
К сожалению, эти теории связаны со сложными плазменными процессами, которые трудно включить в самосогласованные аналитические модели.
Кроме того, условия плазмы, при которых эти процессы становятся доминирующими, трудно охарактеризовать экспериментально с помощью обычной диагностики.
С этой целью мы работаем над применением кода частиц в ячейках, LSP, к проблеме отрыва плазмы магнитного сопла.
Используя LSP, мы надеемся проверить уже существующие теории отделения и потенциально открыть новую и актуальную физику.
Соответствующие публикации
- Критическое условие для удержания плазмы в источнике потока магнитного сопла — IEEE Transactions on Plasma Science (2015)
- Масштабирование характеристик магнитных сопел для электрических двигателей — доктор философии. Диссертация (2015)
- Движительные характеристики потока плазмы с конечной температурой в магнитном сопле с приложенным азимутальным током — Физика плазмы (2014)
- Влияние напряженности приложенного магнитного поля на коллимацию потока в магнитных соплах — 50th AIAA/ASME/ Совместная конференция SAE/ASEE по силовым установкам (2014 г. )
- Экспериментальная проверка фокусировки плазмы азимутальным током в магнитном сопле — 50-я Совместная конференция по двигателям AIAA/ASME/SAE/ASEE (2014 г.)
- Модель тяги и эффективности магнитных сопел с электронным приводом — Физика плазмы (2013 г.) Новый метод измерения тяги плазменных ракет с магнитными соплами с использованием измерений B-поля — бакалавр наук. Диссертация (2012 г.)
- Отрыв плазмы и передача импульса в магнитных соплах — 47-я Совместная конференция и выставка по двигателям AIAA/ASME/SAE/ASEE (2011 г.)
- Эволюция параметров подобия в магнитном сопле с применением к лабораторной плазме — 31-я Международная конференция по электрическим двигателям (2011 г.) 2010)
- Дивергенция реактивного потока плазмы, расширяющегося через магнитное сопло — 31-я Международная конференция по электродвигателям (2009)
)Контакт
Бывшие студенты:
- Джастин Литтл
- Маргарет Шоу
Бывшие приглашенные исследователи:
- Лоренцо Феррарио
- Жауме Наварро Кавалле2 нестабильность плазмы 9001 быть спасителем для плазменных двигателей с магнитным соплом — ScienceDaily
Новости науки
от исследовательских организаций
- Дата:
- 7 декабря 2022 г.
- Источник:
- Университет Тохоку
- Резюме:
- Плазменные двигатели с магнитным соплом считаются будущим космических путешествий. Но одна проблема тормозила их развитие — отрыв плазмы. Недавнее исследование показало, что спонтанно возбуждаемые плазменные волны помогают магнитным соплам решить проблему отрыва плазмы, что является редким примером нестабильности плазмы, оказывающим положительное влияние на технику.
- Поделиться:
Фейсбук Твиттер Пинтерест LinkedIN Электронная почта
реклама
ПОЛНАЯ ИСТОРИЯ
Исследовательская группа продемонстрировала, что спонтанно возбуждаемые плазменные волны могут быть решением давней проблемы с плазменными двигателями с магнитным соплом, переворачивая традиционное мышление с ног на голову.
Подробности их исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports 5 декабря 2022 года.
В радиочастотных двигателях с магнитным соплом, иногда называемых геликонными двигателями, магнитные сопла направляют и ускоряют плазму, позволяя космическим кораблям генерировать тягу.
Технология, использующая электрическую тягу, демонстрирует большой потенциал для открытия новой эры космических путешествий. Однако дальнейшему развитию мешала так называемая проблема «отрыва плазмы».Поскольку силовые линии магнитного поля всегда образуют замкнутые петли, те, которые находятся внутри магнитных сопел, неизбежно возвращаются к конструкции двигателя. По этой причине поток плазмы должен отрываться от магнитного сопла. Ионы, имеющие большой радиус гироскопа, легко отрываются от магнитного сопла. Но электроны с их небольшой массой и малым радиусом гироскопа привязаны к силовым линиям, создавая электрическое поле, которое оттягивает ионы назад и сводит результирующую тягу к нулю.
Когда плазма расширяется, она может приобретать или терять энергию и импульс из-за волн, турбулентности или электромагнитных сил. Перенос плазмы и потери из-за волн и турбулентности были серьезной проблемой для удержания плазмы в реакторах термоядерного синтеза.
Тем не менее, проанализировав подробные данные сигналов плотности плазмы и флуктуаций электрического поля, исследовательская группа из Университета Тохоку и Австралийского национального университета обнаружила, что спонтанно возбуждаемые волны вызывали транспорт намагниченных электронов в поперечном поле внутрь к главной оси.
магнитного сопла, нейтрализующего отрыв ионов. Транспорт электронов внутрь на самом деле был полезен для отрыва, помогая уменьшить расходимость расширяющегося плазменного пучка.«Наше открытие представляет собой редкий случай, когда нестабильность плазмы действительно оказывает благотворное влияние на технику», — сказал профессор Кадзунори Такахаси с факультета электротехники Университета Тохоку и ведущий автор исследования. «Наши результаты открывают новый взгляд на роль нестабильности в плазме и помогут в разработке радиочастотных плазменных двигателей с магнитным соплом».
реклама
История Источник:
Материалы предоставлены Университет Тохоку . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Ссылка на журнал :
- Казунори Такахаши, Кристин Чарльз, Род В. Босуэлл. Волновой перенос электронов внутрь магнитного сопла . Научные отчеты , 2022; 12 (1) DOI: 10.
Технология, использующая электрическую тягу, демонстрирует большой потенциал для открытия новой эры космических путешествий. Однако дальнейшему развитию мешала так называемая проблема «отрыва плазмы».
магнитного сопла, нейтрализующего отрыв ионов. Транспорт электронов внутрь на самом деле был полезен для отрыва, помогая уменьшить расходимость расширяющегося плазменного пучка.