Войны инжекторов: пьезо против соленоидов

Содержание:
Поставщики дизельных топливных форсунок ведут технологическую дуэль, чтобы завоевать нишу, поскольку каждый год ужесточаются требования по выбросам. Немецкие поставщики Robert Bosch и Siemens VDO Automotive и итальянский Magneti Marelli говорят, что форсунки, использующие пьезо-технологию, являются единственным способом, которым более крупные дизельные двигатели могут соответствовать будущим правилам Euro 5. Но конкурент Delphi говорит, что он может улучшить производительность обычных электромагнитных форсунок достаточно, чтобы избежать инвестиций в пьезо-инжекторы. Пятый и самый маленький из ведущих производителей инжекторов, Denso из Японии, планирует продолжить разработку обеих технологий. 





Принцип работы пьезоэлектрической форсунки 

Некоторые кристаллические материалы, такие как сахар, выделяют небольшое количество электричества, когда вы их сжимаете. Но процесс также обратим, те же самые материалы немного расширяются, когда к ним подается электричество. Bosch, Continental и Delphi, среди других, использовали это своеобразное свойство расширения пьезо-материала, а не обычного электромагнита, чтобы открывать сопло топливной форсунки и точно распылять топливо как в бензиновые, так и в дизельные двигатели. Однако заставить эти устройства работать непросто. 

Одна из причин заключается в том, что расширение пьезокристаллов ничтожно мало. Ломтик пьезо-материала толщиной в 0,5 мм расширяется только на 0,00051 мм, когда на него воздействует примерно 140 вольт электричества. Эти двести тысячных дюйма недостаточно для перемещения иглы инжектора. 

Континентальный инжектор имеет сотни маленьких пьезо-кусочков, сложенных друг на друга, так что комбинированное расширение увеличивает общее движение. Стек производит 0,1 мм движения - достаточно, чтобы переместить иглу для впрыска топлива. Но поскольку это движение идет в неправильном направлении - вниз, а не вверх - добавление двух крошечных рычагов позволяет, чтобы вызвать подъем иглы в нужном направлении. Когда впрыск завершен, подача напряжения отключается, пьезоэлемент сжимается, и пружина закрывает иглу. Насос-форсунки с пьезоэлектрическим дозатором используются в дизельных системах впрыска XPI аналог Common Rail, который совместно разработали SCANIA и Cummins.







Дискуссия по инжектору 

Старые технологии впрыска топлива подошли к пределам производительности. До тех пор, пока Delphi не решила попытаться расширить использование соленоидных инжекторов, многие руководители отрасли ожидали, что стандарты Евро 5 для оксида азота (NOx) и выбросов твердых частиц заставило большинство производителей перейти на пьезоинжекторы.

Первоначальное предложение ЕС по стандартам Euro 5 предусматривало сокращение выбросов NOx до 200 мг/км с 250 мг/км и твердых частиц до 5 мг/км с 25 мг/км для дизельных двигателей. Но к тому времени, предел NOx, вероятно, будет еще ниже 170 мг/км. 

Улучшение сгорания 

Если производители дизельных двигателей хотят избежать добавления новых дорогостоящих систем для очистки выхлопных газов после сгорания, они должны улучшить процесс сгорания дизеля. Лучший способ сделать это - это применить новые технологии впрыска. Работа, проводимая поставщиками, была сосредоточена на новых форсунках с:

• Увеличенным давлением впрыска
• Впрыск с улучшенным распылением
• Уменьшение времени впрыска



Поставщики работают над новым поколением дизельных инжекторов с давлением впрыска 2000 бар, которое превышает 1600 бар, и улучшенными характеристиками распыления. Siemens VDO использует пьезо-инжекторы с 2000 года и считает, что технологии лучше всего соответствуют Евро-6 и даже более жестким стандартам в будущем. 

Но Delphi говорит, что его последняя версия 2000-барной версии традиционной соленоидной технологии работает так же хорошо, как пьезо. 

«Мы сравнили пьезо с соленоидным типом и не увидели никакой разницы», - говорит Детлев Шоппе, технический директор дизельных систем Delphi. «Наша система также на 20 мм компактнее». 

Выбор Delphi удивил отраслевых игроков 

«Причиной может быть цена, особенно для французских автопроизводителей, которые имеют более жесткую маржу» - говорит Эндрю Фулбрук, менеджер по прогнозам в офисе CSM Worldwide в Лондоне. 

Стефан Гейгер, аналитик лондонского офиса консультанта Global Insight, сомневается, что пьезо-технология необходима для соответствия 5 евро. Он говорит, что этого также можно достичь с помощью существующих технологий, дополнительных фильтров и настроек систем управления двигателем. 

«Французы уже пошли более легким путем, устанавливая сажевые фильтры, а не оптимизируя сгорание дизеля внутри», - говорит Гейгер. 

Delphi говорит, что французские автопроизводители тщательно исследовали традиционные соленоиды. 

«Но некоторые другие OEM-клиенты должны быть уверены в преимуществах соленоидов», - говорит Шоппе. 

Соленоидные инжекторы по-прежнему являются первичной дизельной технологией PSA / Peugeot-Citroen, говорит представитель компании Марк Бок. 

«Но мы исследуем пьезо-технологию для ее прямого управления клапаном, более точной синхронизации и дозирования», - добавляет Бок.



Denso, который имеет тесные связи с Toyota, стремится привлечь больше европейских клиентов. Denso разработает как пьезо, так и традиционную технологию инжектора соленоидов. Он имеет новый усовершенствованный пьезоинжектор с тремя фазами и девятью отверстиями для распыления вместо семи. 

Гонка технологий 

Обе системы, вероятно, будут соответствовать стандартам Euro 6. Многие считают, что пьезотехнология имеет преимущество для возможного стандарта Евро-7. 

«Чтобы соответствовать более строгим ограничениям, чем Евро 5, [вам нужно] больше, чем просто более высокое давление», - говорит Шинья Оми, генеральный менеджер по корпоративным коммуникациям в Denso Europe. «Вам необходимо полностью очистить выхлопные газы с помощью каталитического нейтрализатора NOx и сажевых фильтров». 

По мере увеличения рабочих давлений становится все труднее уравновешивать силы, такие как предотвращение обратного потока топлива в конце фазы впрыска. 

«Соленоидная система лучше подходит для уравновешивания таких сил», - говорит Шоппе из Delphi. 

Аналитики считают, что пьезо-технологии выигрывают от традиционных соленоидов, как для дизеля, так и для бензина, потому что пьезо-инжекторы хорошо работают для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском. 

«Автопроизводители более дорогих премиальных моделей пойдут на пьезо-систему, в то время как объемные производители, как ожидается, останутся с экономичными соленоидными системами», - говорит один из поставщиков. 

По оценкам отраслевых источников, объем производства пьезодизельных инжекторов в 2020 году составит от 25 до 29 миллионов единиц, и предполагается, что к тому времени он охватит от 45 до 47 процентов рынка дизельного топлива. 



Пьезо бош принцип работы форсунки - видео



СОЛЕНОИД - как работает и для чего он нужен - видео



Пьезо- и соленоидные дизельные форсунки Common Rail тестируются на разрушение - видео