Pjezo sprauslas. Ahileja papēdis
Kāpēc iekšdedzes dzinējos tika ieviestas pjezo sprauslas? Dēļ to ātrās reakcijas! Tieši ātrā reakcija ļauj strādāt Stratified charge benzīna dzinējiem un Direct Injection BMW dīzeļa dzinējiem (veicot pamat-injekcijas jau dīzeļdegvielas degšanas fāzē).
Diemžēl, kā tas dzīvē parasti notiek - par visu ir jāmaksā. Bet, pirms pievēršos pjezo sprauslu vājajai pusei, ļoti īsi - ''veco'' sprauslu ātrdarbības problēma. Kāpēc ''vecās'' sprauslas nevarēja padarīt ''ātras''?
Iemesli ir divi.
1. Mehāniskā inerce. Parasto sprauslu nozzle kustina elektromagnēts. Katram elektromagnētam jābūt magnētiska materiāla serdei - tā arī tiks kustināta. Diemžēl, šī serde ir relatīvi smaga. Lai šo serdi izkustinātu, paiet zināms laiks;
2. Tinumam, kas tiek izmantots elektromagnētam, ir induktivitāte - tā ir katra tinuma neatņemama ''sastāvdaļa''. Diemžēl, induktivitāte ierobežo strāvas (dI) pieauguma ātrumu, padodot spriegumu (U). Ļoti vienkāršoti: mēs pieslēdzam sprauslu pie auto borta sprieguma (12V), bet pirmajā brīdī nekas nenotiek - paiet laiciņš, kamēr pieaugs strāva ķēdē un rodas spēks, kas sāk pārbīdīt elektromagnēta serdi. Jā, šo problēmu var risināt, pirmajā mirklī padodot paaugstinātu spriegumu (patiesībā tā arī notiek: 5V sprauslām pirmajā brīdī tiek padoti 12V), bet arī šeit ir ierobežojumi - pat 100..200V augsts spriegums nerisinās pirmā (smaga serde) trūkuma ietekmi.
Un tagad - pievēršamies modernajām pjezo sprauslām. Tām nav ne smagu elektomagnētu, ne induktivitātes problēmu. Viss šķiet ļoti skaisti? Diemžēl...
Pjezo elements (elements, kas maina izmēru, ja tam pievada spriegumu) ir ar izteiktām kondensatora (capacitor) īpašībām. Kondensators, kā zinam - uzkrāj enerģiju, kad tam to pievadam un spēj enerģiju atdot, kad to mēģinam ''atņemt''. It kā jau nebūtu nekas īpašs, bet - enerģijas došana un ''atņemšana'' arī prasa laiku! Jā, mēģinot izvairīties no ''bremzes'' sprauslas darbībā, esam to ieguvuši. Jā, citādu, jā - bremze ir mazāka, bet - tā ir!
Šoreiz gan ''bremze'' izpaužas savādāk - strauji pievadot sprauslai spriegumu (U) vai to ''nometot'', strāva ķēdē (dI/dt) pirmajā mirklī ir ļoti liela - ķēdē ir īssavienojums. Lielā strāva (vairāki desmiti ampēru - tos nodrošina DME vadības tranzistori) ierobežo U pieauguma/krituma ātrumu uz sprauslas spailēm. Būtiski lielāka strāva nav risinājums, jo palielinātu DME karšanu, arī pašu sprauslu īslaicīgā pārslodze būtu milzīga.
Lūk, kāds izskatās pjezo sprauslas signāls uz tās spailēm (tukšgaita, N43/N53 sērijas dzinējs, 150 .. 200 Bar Rail spiediens) - tālu no ideāla ''on/off'' taisnstūra.
INPA/ISTA norādītais sprauslas atvērums ap 200us, bet, kā redzam - vismaz pusi no visa šī laika sprauslas vadības signāls pieaug un krīt, cenšoties sasniegt pieprasīto vērtību (0 vai 130V)! Pat, ja mēs pieņemam, ka pašai sprauslai nav nekādas mehāniskas inerces, ir problēmas ar tās vadību! Turklāt, reāls vadības signāls kāpuma/krituma brīdī nav ar ideāli taisnām līnijām!
Kas notiek atzīmētajos lūzuma punktos?
Šeit var būt gan vadības tranzistora output parametru izmaiņas (tā saucamās Millera kapacitātes izmaiņas), gan pašas sprauslas parametru izmaiņas, ko izsauc, piemēram - nozzle pārvietošanās.
Skaidrs, ka statiskos apstākļos (piemēram, ja sprauslai pievadīti 130V) viss ir kārtībā, bet - kā sprausla uzvedīsies šādu ''slīpu'' vadības signālu apstākļos?
Diemžēl, precīzi paredzēt sprauslas uzvedību šādos apstākļos nevar! Tieši šī iemesla dēļ sprauslu offset jeb delay kodējuma izkliede (dati, ko norāda ražotājs uz sprauslas korpusa) atšķiras par +/-42% jeb - divas reizes! Turpretī flowrate dati (sprauslas efektivitāte statiskos apstākļos) teorētiski var atšķirties tikai +/-17%, reāli - vēl mazāk. Tātad - sprauslas ir ļoti precīzas ''lēniem'' režīmiem, bet neprecīzas ''ātrajiem'' režīmiem. Vēl viena nianse, kas jāņem vērā - ražotāja testu stendos tiek izmantoti dārgi un precīzi vadības mezgli, auto risinājumi noteikti ir lētāki un neprecīzāki! Jā, lai risinātu šo problēmu, MSD vadības bloki izmanto vienu vadības tranzistoru visai bankai (2 vai 3 cilindriem), taču - tik un tā risinājums nav tik precīzs kā ražotāja laboratorijā.
Un visbeidzot - sprauslu offset/delay parametrs ražotāja laboratorijā tiek mērīts noteiktā temperatūrā, pie precīza Rail spiediena. Vai citos apstākļos sprauslas uzvedīsies identiski? Protams, nē, neviens to nevar garantēt!
Ja mēs apskatam ../F5/Shift+F6/F5 menu, va redzēt, ka tukšgaitā sprauslām pieļauts ļoti plašs koridors - to atvēruma laiks var atšķirties pat 4(!!!) reizes!
Lūk, pjezo sprauslu vājā vieta - tās ir ļoti neprecīzas pie ļoti īsiem atvērumiem. Tieši tādēļ modernie DME ir tik sarežģīti, tik sarežģīti veido sprauslu adaptāciju kartes, izmanto tik sarežģītus risinājumus sprauslu parametru mērīšanai! Īsie atvērumi - tukšgaita un ļoti mazas slodzes diapazons - tieši tie režīmi kuros visvairāk jūt cilindru efektivitātes atšķirības!
Nav jau tā, ka ražotājs nezinātu par šīm problēmām. Papildus sarežģītam adaptāciju veidošanu algoritmiem, tiek izmantoti arī citi risinājumi: N54; N55; N63 sērijas dzinējiem Rail spiediens tukšgaitā (N54 arī gaitā) ir samazināts līdz 50 Bar. 4 reizes zemāks Rail spiediens - 4 reizes garāks izsmidzināšanas laiks, daudz reižu mazāka šo īpaši īso atvērumu problēma. Diemžēl, N43/N53 sērijas dzinējiem šis risinājums nav iespējams, jo Stratified charge paredz ļoti īsu izsmidzināšanas pakešu principu.
Tieši iepriekšminētās problēmas dēļ N43/N53 sērijas dzinējiem tik kategoriski nepieciešams Stratified charge. Tieši Stratified charge ir nepieciešams, lai varētu izmērīt katras sprauslas parametrus pie īsiem atvērumiem, tajā skaitā - tecēšanu (pilēšanu) un izsmidzinātās degvielas atomizācijas kvalitāti. Ja dzinējs neizmanto Stratified charge, cilindru mehāniskā efektivitāte tukšgaitā un daļējas slodzes apstākļos var atšķirties (un parasti arī atšķiras) pamatīgi - būs gan vibrācija, gan palielināts CO/HC izplūdes gāzēs, gan misfires. Jā, šādas problēmas vecajām sprauslām nebija - to parametru izkliede bija nesalīdzināmi mazāka. Diemžēl, nekas nav perfekts. Arī pjezo sprauslas.
Diemžēl, kā tas dzīvē parasti notiek - par visu ir jāmaksā. Bet, pirms pievēršos pjezo sprauslu vājajai pusei, ļoti īsi - ''veco'' sprauslu ātrdarbības problēma. Kāpēc ''vecās'' sprauslas nevarēja padarīt ''ātras''?
Iemesli ir divi.
1. Mehāniskā inerce. Parasto sprauslu nozzle kustina elektromagnēts. Katram elektromagnētam jābūt magnētiska materiāla serdei - tā arī tiks kustināta. Diemžēl, šī serde ir relatīvi smaga. Lai šo serdi izkustinātu, paiet zināms laiks;
2. Tinumam, kas tiek izmantots elektromagnētam, ir induktivitāte - tā ir katra tinuma neatņemama ''sastāvdaļa''. Diemžēl, induktivitāte ierobežo strāvas (dI) pieauguma ātrumu, padodot spriegumu (U). Ļoti vienkāršoti: mēs pieslēdzam sprauslu pie auto borta sprieguma (12V), bet pirmajā brīdī nekas nenotiek - paiet laiciņš, kamēr pieaugs strāva ķēdē un rodas spēks, kas sāk pārbīdīt elektromagnēta serdi. Jā, šo problēmu var risināt, pirmajā mirklī padodot paaugstinātu spriegumu (patiesībā tā arī notiek: 5V sprauslām pirmajā brīdī tiek padoti 12V), bet arī šeit ir ierobežojumi - pat 100..200V augsts spriegums nerisinās pirmā (smaga serde) trūkuma ietekmi.
Un tagad - pievēršamies modernajām pjezo sprauslām. Tām nav ne smagu elektomagnētu, ne induktivitātes problēmu. Viss šķiet ļoti skaisti? Diemžēl...
Pjezo elements (elements, kas maina izmēru, ja tam pievada spriegumu) ir ar izteiktām kondensatora (capacitor) īpašībām. Kondensators, kā zinam - uzkrāj enerģiju, kad tam to pievadam un spēj enerģiju atdot, kad to mēģinam ''atņemt''. It kā jau nebūtu nekas īpašs, bet - enerģijas došana un ''atņemšana'' arī prasa laiku! Jā, mēģinot izvairīties no ''bremzes'' sprauslas darbībā, esam to ieguvuši. Jā, citādu, jā - bremze ir mazāka, bet - tā ir!
Šoreiz gan ''bremze'' izpaužas savādāk - strauji pievadot sprauslai spriegumu (U) vai to ''nometot'', strāva ķēdē (dI/dt) pirmajā mirklī ir ļoti liela - ķēdē ir īssavienojums. Lielā strāva (vairāki desmiti ampēru - tos nodrošina DME vadības tranzistori) ierobežo U pieauguma/krituma ātrumu uz sprauslas spailēm. Būtiski lielāka strāva nav risinājums, jo palielinātu DME karšanu, arī pašu sprauslu īslaicīgā pārslodze būtu milzīga.
Lūk, kāds izskatās pjezo sprauslas signāls uz tās spailēm (tukšgaita, N43/N53 sērijas dzinējs, 150 .. 200 Bar Rail spiediens) - tālu no ideāla ''on/off'' taisnstūra.
Šeit var būt gan vadības tranzistora output parametru izmaiņas (tā saucamās Millera kapacitātes izmaiņas), gan pašas sprauslas parametru izmaiņas, ko izsauc, piemēram - nozzle pārvietošanās.
Skaidrs, ka statiskos apstākļos (piemēram, ja sprauslai pievadīti 130V) viss ir kārtībā, bet - kā sprausla uzvedīsies šādu ''slīpu'' vadības signālu apstākļos?
Diemžēl, precīzi paredzēt sprauslas uzvedību šādos apstākļos nevar! Tieši šī iemesla dēļ sprauslu offset jeb delay kodējuma izkliede (dati, ko norāda ražotājs uz sprauslas korpusa) atšķiras par +/-42% jeb - divas reizes! Turpretī flowrate dati (sprauslas efektivitāte statiskos apstākļos) teorētiski var atšķirties tikai +/-17%, reāli - vēl mazāk. Tātad - sprauslas ir ļoti precīzas ''lēniem'' režīmiem, bet neprecīzas ''ātrajiem'' režīmiem. Vēl viena nianse, kas jāņem vērā - ražotāja testu stendos tiek izmantoti dārgi un precīzi vadības mezgli, auto risinājumi noteikti ir lētāki un neprecīzāki! Jā, lai risinātu šo problēmu, MSD vadības bloki izmanto vienu vadības tranzistoru visai bankai (2 vai 3 cilindriem), taču - tik un tā risinājums nav tik precīzs kā ražotāja laboratorijā.
Un visbeidzot - sprauslu offset/delay parametrs ražotāja laboratorijā tiek mērīts noteiktā temperatūrā, pie precīza Rail spiediena. Vai citos apstākļos sprauslas uzvedīsies identiski? Protams, nē, neviens to nevar garantēt!
Ja mēs apskatam ../F5/Shift+F6/F5 menu, va redzēt, ka tukšgaitā sprauslām pieļauts ļoti plašs koridors - to atvēruma laiks var atšķirties pat 4(!!!) reizes!
Lūk, pjezo sprauslu vājā vieta - tās ir ļoti neprecīzas pie ļoti īsiem atvērumiem. Tieši tādēļ modernie DME ir tik sarežģīti, tik sarežģīti veido sprauslu adaptāciju kartes, izmanto tik sarežģītus risinājumus sprauslu parametru mērīšanai! Īsie atvērumi - tukšgaita un ļoti mazas slodzes diapazons - tieši tie režīmi kuros visvairāk jūt cilindru efektivitātes atšķirības!
Nav jau tā, ka ražotājs nezinātu par šīm problēmām. Papildus sarežģītam adaptāciju veidošanu algoritmiem, tiek izmantoti arī citi risinājumi: N54; N55; N63 sērijas dzinējiem Rail spiediens tukšgaitā (N54 arī gaitā) ir samazināts līdz 50 Bar. 4 reizes zemāks Rail spiediens - 4 reizes garāks izsmidzināšanas laiks, daudz reižu mazāka šo īpaši īso atvērumu problēma. Diemžēl, N43/N53 sērijas dzinējiem šis risinājums nav iespējams, jo Stratified charge paredz ļoti īsu izsmidzināšanas pakešu principu.
Tieši iepriekšminētās problēmas dēļ N43/N53 sērijas dzinējiem tik kategoriski nepieciešams Stratified charge. Tieši Stratified charge ir nepieciešams, lai varētu izmērīt katras sprauslas parametrus pie īsiem atvērumiem, tajā skaitā - tecēšanu (pilēšanu) un izsmidzinātās degvielas atomizācijas kvalitāti. Ja dzinējs neizmanto Stratified charge, cilindru mehāniskā efektivitāte tukšgaitā un daļējas slodzes apstākļos var atšķirties (un parasti arī atšķiras) pamatīgi - būs gan vibrācija, gan palielināts CO/HC izplūdes gāzēs, gan misfires. Jā, šādas problēmas vecajām sprauslām nebija - to parametru izkliede bija nesalīdzināmi mazāka. Diemžēl, nekas nav perfekts. Arī pjezo sprauslas.
Komentāri
Ierakstīt komentāru