Узлы и агрегаты современного электромобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Узлы и агрегаты современного электромобиля, блок -схема электромобиля

2. Электроуправляемые насос-форсунки дизелей

3. Преимущества и недостатки

Список источников

электромобиль форсунка топливо

1. Узлы и агрегаты современного электромобиля

Для большинства современных электромобилей кузов, шасси и многие другие механические узлы и агрегаты позаимствованы от серийных автомобилей с ДВС. Лишь немногие модели с самого начала проектировались как электромобили, например, GM EV1 или Honda EV-plus. Но те и другие имеют примерно одинаковый состав основных функциональных и вспомогательных компонентов, показанных на рисунке 1.

Рисунок 1 блок схема электромобиля

1) Зарядное устройство. Преобразует переменное напряжение внешней сети в постоянное для заряда аккумуляторных батарей, тяговой и вспомогательной. Оно содержит цепи подключения к сети переменного тока, выпрямитель, регулятор зарядного тока (напряжения), систему управления зарядом (обычно микропроцессорную) для контроля за уровнем заряда, параметрами батареи, отключения при возникновении аварийной ситуации.

Зарядное устройство может размещаться на борту электромобиля. В этом случае бортовой компьютер управляет процессом заряда, а сеть переменного тока подключается к электромобилю

2) Устройство защиты (блок реле и предохранителей). Состоит из выключателей, реле, предохранителей, которые включены между аккумуляторной батареей и остальной электрической схемой -- потребителями. При возникновении неисправности цепь переменного тока и аккумуляторы отключаются. В электромобилях металлические части корпуса не используются в качестве проводника (массы), вся электропроводка изолирована от корпуса, колесные покрышки (шины) изолируют корпус от дороги.

Нарушение изоляции между электрической цепью и корпусом в одной точке не приводит к появлению значительных токов, способных разрядить аккумуляторы. Пробой во второй точке может стать причиной замыкания аккумуляторной батареи и опасен для пользователя.

3) Тяговая аккумуляторная батарея. Обеспечивает энергией двигатель электромобиля. Имеется большое количество типов аккумуляторов, ни один из них полностью не отвечает всем требованиям и нет четкого критерия выбора оптимального аккумулятора. Недостаточная емкость, большое время заряда, малая удельная энергия аккумуляторов ограничивают уже много лет усилия конструкторов электромобилей. Типы аккумуляторов для тяговых аккумуляторных батарей:

Сегодня на электромобилях чаще всего устанавливаются:

* свинцово-кислотные аккумуляторы (СК);

* никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd);

* железоникелевые аккумуляторы (Ni-Fe);

* никель-металлгидридные аккумуляторы (Ni-MH);

* натриево-серные аккумуляторы (Na-S);

* никель-хлоридные аккумуляторы (Ni-Cl).

Перспективные источники энергии для электромобилей:

* литий-ионные сульфидные аккумуляторы;

* литий-полимерные аккумуляторы;

* жидкостные топливные элементы;

* инерционные маховики;

* конденсаторы сверхбольшой емкости.

4) Бортовой компьютер. Контролирует состояние основных функциональных

компонентов и бортовых систем электромобиля. При необходимости инициирует средства защиты

5) Дополнительный источник электроэнергии (обычно вспомогательная аккумуляторная батарея на 12 В). Обеспечивает работу осветительных приборов, панели приборов, стеклоподъемников, стеклоочистителей и т. д.

6) Система климат-контроля салона. Состоит из кондиционера и электроотопителя.

7) Электронный контроллер электродвигателя. Формирует требуемый вид напряжения питания. Управляет числом оборотов и тяговым моментом на валу по командам водителя или автоматически.

8) Электродвигатель. Приводит в движение колеса электромобиля непосредственно или через трансмиссию. Первоначально электромобили оснащались обычными электродвигателями постоянного или переменного тока. Сегодня на электромобилях используются в основном специальные электродвигатели переменного тока. К таким электродвигателям предъявляются требования высокой эффективности при постоянстве тяговых характеристик, необходимости в периодическом техобслуживании, способности выдерживать перегрузки и загрязнение

9) Механическая трансмиссия. Состоит из коробки передач, дифференциала и других механических устройств для обеспечения движения электромобиля.

10) Водительские органы управления электромобилем. Это педали, рулевое управление, рычаг управления стояночным тормозом, органы управления системами и приборами электромобиля.

11) Движители (колеса) электромобиля. При применении тягового электродвигателя, колеса имеют конструкцию характерную для автомобилей. Но могут применяться и мотор-колеса, когда электродвигатель встроен в колесо.

2. Электроуправляемые насос-форсунки дизелей

Качество распыления дизельного топлива в цилиндре, во многом определяет процесс его горения, и образования токсичных веществ в отработавших газах. Более качественное распыление достигается при высоком давлении, порядка 1600…1800 кгс/см2. Однако стандартные системы дизельных двигателей не могут обеспечить подачу топлива к форсункам под таким давлением, т.к. в таком случае потребовались бы делать топливопроводы высокого давления, с очень большим наружным диаметром из-за увеличения толщины стенок, что значительно увеличило бы массу и габариты топливных систем. Чтобы не применять громоздких топливопроводов, но увеличить давление впрыска, многие ведущие автомобильные фирмы начали применять насос-форсунки с электронным управлением.

Система дизельной топливной аппаратуры насос-форсунка начали применяться на грузовых автомобилях с 1994 года, а на легковых с 1998 года. Модульная конструкция систем питания дизельных двигателей с насос-форсунками, позволяет устанавливать их без особых затрат времени, на двигатели различных конструкций.

Насос-форсунки, как и системы насос-топлипровод-форсунка, состоят из трех подсистем:

Подсистема подачи топлива низкого давления необходима для подачи топлива к насосу высокого давления и очистки топлива.

Подсистема подачи топлива высокого давления служит для создания высокого давления впрыска топлива в камеру сгорания.

Подсистема подачи воздуха и выпуска отработавших газов включает в себя приборы для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя и очистки отработавших газов после выпуска их из цилиндров.

Рисунок 1 Система питания дизельного двигателя с насос-форсунками

1 - топливный бак; 2 - топливопровод к дополнительному отопителю; 3 - охладитель топлива; 4 - датчик температуры топлива; 5 - ограничительный клапан в сливном трубопроводе; 6 - сливной трубопровод; 7 - распределитель топлива; 8 - трубопровод высокого давления; 9 - насос-форсунка; 10 - топливоподкачивающий насос; 11 - редукционный клапан в трубопроводе подачи топлива; 12 - обратный клапан; 13 - топливный фильтр; 14 - трубопровод низкого давления; 15 - топливоподкачивающий насос

Расположенный в баке электрический топливный насос 15, качает топливо к фильтру. Обратный клапан 12 предотвращает слив топлива из распределителя 7 и трубопровода низкого давления 14 в бак после остановки двигателя. Топливоподающий насос 10 служит для забора топлива из фильтра и подачи его под повышенным давлением к насос-форсункам. Редукционный клапан 11 поддерживает давление поддаваемого к насос-форсункам топлива в пределах 8,5 кгс/см2. Ограничительный клапан 5 удерживает давление топлива в сливном трубопроводе на уровне 1 кгс/см2, благодаря чему снижаются пульсации давления в системе.

Охладитель топлива 3 защищает бак от нагрева сливаемым в него топливом. Датчик температуры топлива 4 вырабатывает сигнал, поступающий в блок управления двигателем.

От фильтра топливо в питающую магистраль в головке блока. В питающей магистрали топливо течет по внутренним стенкам распределителя топлива 7 в направлении первого цилиндра. Через отверстия в стенках топливо подается в кольцевую полость между распределителем и стенками головки блока.

Рисунок 2 Смешивание топлива в распределителе насос-форсунки

Здесь топливо смешивается с нагретым топливом, которое выдавлено от насос-форсунок в питающую магистраль. Благодаря этому достигается одинаковая температура, а значит и одинаковое количество топлива поступающего ко всем насос-форсункам, что обеспечивает равномерную работу двигателя. Без распределителя топливо поступало бы в насос-форсунки неравномерно. Нагретое топливо, выжимаемое от насос-форсунок в питающую магистраль, продвигалось бы поступающим топливом от четвертого цилиндра в направление первого цилиндра. Из-за этого температура топлива повышалась бы от четвертого цилиндра к первому цилиндру, и к насос-форсункам поступало бы различное количество топлива. Следствием этого была бы неравномерная работа двигателя и слишком высокая температура в зоне передних цилиндров.

Рисунок 3 Насос-форсунка (РDЕ): 1 - упор сферический; 2 - пружина возвратная; 3 - плунжер насоса; 4 - корпус; 5 -штекер для подачи управляющего сигнала; 6 - сердечник электромагнита; 7 -пружина выравнивающая; 8 - игла соленоидного клапана; 9 - якорь электромагнита; 10 - катушка электромагнита; 11 - канал обратного слива топлива; 12 - уплотнение; 13 - отверстия-фильтры подвода топлива (350 шт.); 14 - гидроупор; 15 - седло иглы; 16 - шайба уплотнительная; 17 - камера сгорания; 18 - игла распылителя; 19 - гайка распылителя; 20 - распылитель; 21 -головка блока; 22 - пружина распылителя; 23 - уравнивающий поршень; 24 - полость аккумулирования топлива; 25 - полость высокого давления; 26 - пружина электромагнитного клапана; 27 - вал привода насос-форсунки; 28 - коромысло

Насос-форсунка представляет собой одноцилиндровый насос высокого давления индивидуальный для каждого цилиндра двигателя с соленоидным клапаном.

Внутри корпус насос-форсунки имеется цилиндрическая полость высокого давления. Соленоидный клапан монтируется как одно целое с насос-форсункой. Крепление насос-форсунки к головке блока осуществляется с помощью прижимной скобы. В приводе насос-форсунки, в отличие от привода механизма газораспределения отсутствуют тепловые зазоры, так как здесь с помощью возвратной пружины осуществляется постоянный контакт между толкателем плунжера, коромыслом и кулачком приводного вала.

Быстродействующий соленоидный клапан в соответствии с параметрами, определяемыми блоком управления, обеспечивает регулировку времени начала впрыска топлива и его конец. В отключенном положении соленоидный клапан открыт и обеспечивает полное прохождение топлива от топливоподкачивающего насоса к подплунжерному пространству насоса. Во время хода плунжера 3 насос-форсунки соленоидный клапан перекрывает подачу топлива, герметизируя плунжерную пару и при ходе плунжера вниз, происходит впрыск топлива через форсунку в камеру сгорания. Момент закрытия соленоидного клапана регулирует начало впрыска и его продолжительность. По сравнению с впрыском бензиновых двигателей электромагнитный клапан должен управлять давлением в 300…500 раз большим, при этом переключение клапана происходит в 10…20 раз быстрее.

Использование насос-форсунки исключает применение топливопроводов высокого давления, благодаря чему снижаются потери давления при подаче топлива из-за периодических расширений топливопроводов в начале подачи и разгрузке в конце подачи. Максимальное давление, развиваемое насос-форсунками, составляет 2050 кгс/см2. Электронные трехмерные параметрические характеристики в комбинации с высоким давлением впрыска приводят к снижению потребления топлива при одновременном снижении выброса токсичных веществ, что имеет большое значение, принимая во внимание строгие требования соблюдения европейских стандартов (Евро2/Евро 3). Используя управление соленоидным клапаном, имеется возможность реализовать предварительный впрыск и отключение отдельных цилиндров из работы при частичных нагрузках, что уменьшает расход топлива.

Соленоидный клапан.

Основными задачами соленоидного клапана являются: обеспечение точного времени начала впрыска топлива относительно угла поворота коленчатого вала двигателя на различных режимах работы, продолжительности впрыска и количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя.

Соленоидный клапан можно разделить на две группы - соленоидную и клапанную. Клапанная группа состоит из клапана 2 (рис.4), корпуса 12 клапана составляющего одно целое с корпусом насоса и пружины клапана 1.

Рисунок 4 Соленоидный клапан для легковых автомобилей:

1 - пружина клапана; 2 - клапан; 3 - полость высокого давления; 4 - полость низкого давления; 5 - компенсационная шайба; 6 - катушка; 7 - кожух; 8 - штекер; 9 - щель для прохода топлива; 10 - уплотнительная плоскость корпуса клапана; 11 - уплотнительная плоскость клапана; 12 - корпус; 13 - накидная гайка; 14 - магнитный диск; 15 - магнитный сердечник; 16 - якорь; 17 - уравнительная пружина

Уплотнительная плоскость 10 корпуса клапана имеет конусообразную форму. Посадочная поверхность клапана 11 имеет точно такую форму, однако угол конуса клапана немного больше угла конуса его корпуса. Когда клапан закрыт и прижат к корпусу, корпус и клапан соприкасаются только по линии седла клапана, благодаря чему достигается очень хорошее уплотнение клапана. Клапан и его корпус составляют прецизионную пару и очень плотно подогнаны друг к другу.

Магнит состоит из ярма магнитопровода и подвижного якоря 16. Ярмо состоит из магнитного сердечника 15, катушки 6 и штекеров выводных контактов 8. Якорь соединен с клапаном. Между магнитным ярмом и якорем в исходном положении имеется зазор.

Недостатком насос-форсунок является увеличение высоты головки блока цилиндров, что в свою очередь вызывает увеличение высоты двигателя

Принцип действия насос-форсунки

Работу насос форсунки можно разделить на 4 хода плунжера: ход впуска, предварительный ход, ход нагнетания и впрыска топлива, окончание процесса впрыска.

Рисунок 5 Принцип действия насос-форсунки

а - ход наполнения; b - предварительный ход; c - ход нагнетания и процесс впрыска топлива; d - окончание процесса впрыска; 1 - кулачок приводного вала; 2 - плунжер; 3 - возвратная пружина; 4 - полость высокого давления; 5 - клапан соленоида; 6 - полость соленоидного клапана; 7 - впускной канал; 8 - выпускной канал; 9 - обмотка соленоида; 10 - седло клапана; 11 - игла форсунки; Is - сила тока в - ток в обмотке электромагнита; hм - ход электромагнитного клапана; pe - давление впрыска; hN- ход иглы форсунки

Ход наполнения. При движения плунжера вверх, под воздействием возвратной пружины, топливо при постоянном давлении поступает по каналу 7 от подкачивающего насоса в полость соленоидного клапана 6, который открыт, так как на него не подается напряжение (рис. а). По каналам топливо попадает в полость высокого давления 4.

Предварительный ход. Кулачок приводного поворачиваясь (рис. ,b), начинает оказывать давление на плунжер 2, который движется вниз. Соленоидный клапан открыт и топливо, под давлением движущегося вниз плунжера 2, вытесняется через выпускной канал 8 в систему низкого давления.

Ход нагнетания и процесс впрыска топлива (рис. c). От блока управления на катушку 9 соленоидного клапана подается напряжение, и якорь соленоидного клапана под воздействием созданного электромагнитного поля закрывает клапан, преодолевая при этом сопротивление пружины клапана. Сила магнитного потока при этом должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить достаточное уплотнение между плоскостями 10 и 11. Чем ближе якорь расположен к ярму, тем больше сила прижатия клапана к седлу, что позволяет снизить ток управления соленоидным клапаном, уменьшая расход электроэнергии, и сохранить при этом закрытое положение клапана. Сообщение между полостями высокого и низкого давления при этом перекрывается. Закрытие соленоидного клапана приводит к изменению тока катушки 9, что определяется блоком управления, как начало подачи топлива.

Давление топлива в полости высокого давления при движении плунжера возрастает. Одновременно возрастает давление и в полости распылителя форсунки. При достижении давления начала подъема иглы распылителя около 300 кгс/см2 игла распылителя слегка приподнимается и начинается впрыск топлива в камеру сгорания (фактическое начало впрыска или начало подачи). Давление впрыска постоянно увеличивается по мере хода плунжера насоса.

Окончание процесса впрыска (рис. d). При прекращении подачи тока на обмотку соленоида клапан приоткрывается, и сообщение между полостями высокого и низкого давления снова восстанавливается. В момент переходной фазы между ходом нагнетания и окончанием процесса впрыска достигается наибольшее давление нагнетания. В зависимости от типа насоса форсунки оно составляет 1800…2050 кгс/см2. После полного открытия электромагнитного клапана давление резко падает, игла форсунки при этом закрывает отверстие распылителя, усилием пружины клапан устанавливается в исходное положение и процесс впрыска заканчивается.

Предварительный впрыск насос-форсунки.

Как отмечалось ранее для снижения шума и выброса токсичных веществ в форсунках, в том числе и насос-форсунках, может применяться предварительный впрыск. Такой впрыск можно подразделить на 4 фазы: исходное состояние, начало предварительного впрыска, конец предварительного впрыска и начало основного впрыска.

Исходное состояние рис а. Игла форсунки 7 (рис.) и разгрузочный поршень 3 прижаты к своим седлам, соленоидный клапан открыт, поэтому давление под плунжером отсутствует.

Начало предварительного впрыска рис b . Соленоидный клапан закрывается, плунжер начинает двигаться вниз, поэтому давление под плунжером возрастает. При достижении давления открытия, игла форсунки приподнимается и начинается впрыск. В этой фазе ход иглы форсунки зависит только от давления под плунжером.

Конец предварительного впрыска рис с. При дальнейшем движении плунжера вниз давление под плунжером возрастает в большей степени и разгрузочный поршень 3, преодолевая сопротивление пружины, отходит от своего седла. При этом открывается проход топлива от полости высокого давления 2 в разгрузочную полость 4. В этот момент давление под иглой форсунки падает, и игла закрывается, впрыск при этом прекращается.

Во время предварительного впрыска через форсунку подается около 1,5 мм3 дизельного топлива, что разогревает камеру сгорания и позволяет топливу воспламеняться быстрее.

Основной впрыск рис. d . При дальнейшем движении плунжера вниз давление под ним продолжает возрастать. С достижением давления до 2050 кгс/см2 форсунка снова открывается и начинается основной впрыск.

3. Преимущества и недостатки

Среди преимуществ использования насос-форсунок выделяют следующие:

1) Данные элементы позволяют впрыскивать топливо под давлением больше 2000 бар, благодаря чему распыление топливной жидкости выполняется более эффективно, а значит, и сгорает полнее. Поэтому моторы с установленными на них насос-форсунками отличаются высокими мощностными характеристиками и экономичностью.

2) Кроме того, учитывая, что давление в системе с насос-форсункой и давление впрыска регулируется при помощи кулачкового механизма распредвала, энергия привода должна применяться только по отношению к области впрыска. Такие системы являются более отказоустойчивыми, нежели их аналоги без насоса и без рампы, поэтому появление проблем в работе насос-форсунок совсем не означает остановку двигателя.

3) Наличие высокого давления гарантирует более тонкое распыление топливной жидкости, а небольшие капли означают меньший объем по отношению к площади поверхности, что само по себе может вызвать появление меньшего количества сажи.

4) Дизельный мотор, обустроенный насос-форсунками, обеспечивает наиболее «горизонтальную» полку крутящего момента.

5) Помимо этого, моторы с такой системой впрыска работают значительно тише аналогичных устройств с механическими форсунками и гораздо компактнее их.

Недостатки насос - форсунки:

1) Необходимость использования качественного топлива, так как любые примеси в виде воды, грязи или использование суррогатного топлива для нее губительны.

2) высокая стоимость самой насос-форсунки, а ремонт данного узла практически невозможен в «домашних условиях», из-за чего автовладельцам приходится сразу покупать новые детали.

Также стоит учитывать тот факт, что кулачковая зависимость чаще всего вызывает впрыск лишь тогда, когда кулачок задействует насос, а значит, диапазон возможных моментов впрыска обусловлен определенным диапазоном вокруг ВМТ (верхней мертвой точки), что не может обеспечить плавность хода. Поскольку момент и количество впрыска не могут постепенно меняться, то такой процесс является ограниченным. Более того, для соблюдения стандартов EURO 4, температуру выхлопных газов также не получится быстро изменить.

Если резко выполнить восстановление давления в системе впрыска с насос-форсункой, то необходимая при этом движущая энергия будет применяться только лишь в области впрыска. Соответственно, высокие динамические нагрузки, возникающие в результате роста давления, требуют определенного размера распредвала и соответствующую конструкцию его привода. Привод должен быть оборудован широким зубчатым ремнем или цилиндрическим зубчатым колесом, так как высокая жесткость на растяжение и низкая демпфирующая способность цепных приводов в условиях предельных нагрузок часто приводят к их разрыву.

Список источников

1. https://auto.today/bok/how-its-made/motor/dizelnyy-dvigatel/3499-nasos-forsunki-chto-eto.html

2. http://elektrotach.blogspot.com/2011/12/blog-post_6893.html

3. http://www.dizelinfo.ru/nasos-forsunka-diesel.html

Размещено на Allbest.ru