Как форсунка работает

Устройство форсунки инжектора - как попадает бензин в двигатель?

Как правило, на сегодня, большое количество автомобилей оборудуются специальными системами впрыска горючего. Интересно будет узнать, о том что идея о внедрении такой системы в автомобильный мир появилась уже в далеких 50-х годах. Так, 1951 год стал годом рождения первой системы впрыска топлива, именно в этом году компания Bosch укомплектовала ею 2-х тактный двигатель купе Goliath 700 Sport.

Последователем Bosch стал Mercedes-Benz 300 SL, который подхватил эстафету в 1954 году. И вот, уже в конце 70-х годов началось массовое, серийное введение инжекторных систем впрыска топлива. Как оказалось на практике, впрыск топлива имеет множество достоинств и отличных характеристик, по которым такая система превосходит карбюраторную подачу топлива. От карбюраторного принципа смесеобразования система впрыска топлива отличается более безошибочной дозировкой топлива, а следовательно, и большей экономичностью и приемистостью автомобильного транспорта. Также система впрыска топлива славится меньшей токсичностью выхлопных газов. Можно сделать такой вывод, что переоценить работу системы впрыска топлива практически невозможно.

Форсунка является одной из аниболее важных частей системы впрыска топлива, поэтому она во многом и определяет эффективность и надежность работы движка. Однако, именно она работает в наиболее тяжелых условиях. Каждому автолюбителю важно знать что это за деталь и как она работает, дабы в случае какой-либо неисправности системы впрыска топлива произвести правильную диагностику поломки, ведь именно от состоянии форсунки зависит хорошая работоспособность самой системы. В данной статье мы акцентируем внимание именно на строении форсунки, ее видах и принципе работы. Итак, начнем.

1. Типы инжекторных форсунок

Для начала давайте разберемся, что такое форсунка и какое ее предназначение. Деталь форсунки (по-другому можно назвать инжектором) представляет собой конструктивный элемент системы впрыска горючего. Главными тремя функциями, которые выполняет форсунка являются дозированная подача топлива, распыление данной топливной жидкости в камере сгорания (другими словами – впускной коллектор), а также возникновение топливно-воздушной смеси.

Как правило, форсунка приводится в эксплуатацию в системах впрыска топлива как дизельных, так и двигателей, работающих на бензине. Если говорить о современных двигателях, установленные в них форсунки руководствуются электронным управлением впрыска. Данную деталь принято разделять на три типа, в зависимости от способа произведения впрыска.

Итак, существуют такие три вида форсунки:

1. Электрогидравлическая

2. Электромагнитная

3. Пьезоэлектрическая

Теперь о каждом виде поподробнее.

Форсунка электромагнитная

Данную форсунку, как правило, принято устанавливать именно на бензиновых движках, в том числе укомплектованных системой непосредственного впрыска. Сама по себе электромагнитная форсунка имеет довольно обычное строение и состоит непосредственно из электромагнитного клапана с иглой и сопла. Работает такая форсунка по своеобразному принципу. В соотношении с заложенным алгоритмом, установленный электронный блок управления способен обеспечить в нужный момент передачу напряжения прямиком на обмотку возбуждения клапана. В этот момент создается своеобразное электромагнитное поле, которое может преодолевать усилие пружины, втянуть якорь с иглой и отпустить сопло. После проделанной операции осуществляется впрыск топлива. После того момента, как напряжение исчезнет, пружина возвращает иглу форсунки обратно на седло.

Форсунка электрогидравлическая

Как правило, электрогидравлическую форсунку принято приводить в действие на двигателях использующих дизель, в том числе и таких, которые укомплектованы системой впрыска Common Rail. Сама по себе электрогидравлическая форсунка состоит из впускной и сливной дроссели, камеры управления, а также электромагнитного клапана. Такая форсунка приводится в эксплуатацию по принципу применения в процессе работы давления топлива, как при произведении впрыска, так и при его окончании.

Как правило, на начальной позиции электромагнитный клапан обесточен и находится в закрытом состоянии, игла форсунки прислоняется к седлу благодаря мощности давления топлива на поршень, которое имеет место в камере управления. В этом случае впрыск топлива не производится. В этот момент давление топлива на иглу ввиду несоответствии площадей контакта порядка меньше чем давление на поршень.

Электронный блок управления посылает сигнал и по его команде в работу включается электромагнитный клапан, который осуществляет открытие сливной дроссели. В свою очередь, топливо, которое выходит из камеры управления, начинает проходить через дроссель прямиком в сливную магистраль. В таком случае, дроссель способна воспрепятствовать скорой стабилизации давлений в камере управления и впускной магистрали. Таким образом, происходит снижение давления на поршень, но давление топлива на иглу остается на прежнем уровне. Под воздействием давления игла двигается вверх и происходит впрыск топлива.

Форсунка пьезоэлектрическая

Пьезоэлектрическая форсунка является самым совершенным и надежным устройством, которое способно обеспечить впрыск горючего. Такую форсунку, как правило, устанавливают на двигателях, использующих дизель, которые укомплектованы системой впрыска Common Rail. Такой вид форсунки имеет много достоинств, среди которых имеет место быстрота срабатывания Данная форсунка превосходит всех своих оппоненток и является самым надежным устройством, обеспечивающим впрыск горючего.

Преимуществом пьезофорсунки является быстрота срабатывания, которая в четыре раза превышает быстроту электромагнитного клапана. Из этого следует осуществимость многократного впрыска горючего в период одного цикла, а также безошибочная дозировка впрыскиваемого горючего.

Вся операция происходит благодаря использованию пьезоэффекта в руководстве форсункой, который был основан на изменении показателей длины пьезокристалла под воздействием напряжения. Вся конструкция пьезоэлектрической форсунки состоит из пьезоэлемента, переключающего клапана, толкателя, а также иглы, которые умещаются в корпусе. Пьезофорсунка приводится в работу по такому же принципу как и электрогидравлическая, а именно по гидравлическому. В связи с высоким давлением горючего, игла, находящаяся на исходной позиции, посажена на седло.

Во время подачи электрического сигнала на пьезоэлемент, производится увеличение его длины, при этом это позволяет пьезоэлементу толкать усилие непосредственно на поршень толкателя. В этот момент, переключающий клапан приходит в открытое состояние и топливо проходит в сливную магистраль. При этом падает давление, которое находится выше иглы. При этом, за счет давления в нижней части игла идет вверх и происходит впрыск горючего. Как правило, количество впрыскиваемого топлива может определяться длительностью воздействия на пьезоэлемент, а также уровнем давления горючего в топливной рампе.

2. Принцип работы форсунки инжектора

Для того, чтобы разобраться в принципе работы форсунки, нужно в общем понять работу всей системы впрыска топлива. Итак, данная система производит подачу горючего в цилиндр двигателя либо во впускной коллектор по принципу прямого впрыска благодаря форсунке, или как принято называть еще, инжектора. Исходя из этого, все автомобили, которые комплектуются такой системой, получают название инжекторных.

Классифицирование инжекторного впрыска проводится в зависимости от того, какой принцип работы инжектора, а также по месту его установки и суммарному количеству инжекторов. Как правило, центральный впрыск топлива осуществляется по такому принципу: во всеобщий впускной трубопровод, с помощью форсунки впрыскивается топливо на все цилиндры двигателя.

Форсунку, как мы уже упоминали, принято устанавливать именно перед дроссельной заслонкой, в том месте, где должен находиться карбюратор. Она показывает низкое сопротивление обмотки электромагнита (до 4-5 Ом). Как же распределяется впрыск? С помощью отдельных форсунок происходит впрыск топлива во впускные трубопроводы каждого имеющегося цилиндра. Они занимают место у основания впускных трубопроводов (как правило, у корпуса головки блока цилиндров) и отличаются довольно-таки высоким сопротивлением обмоток электромагнитов (до 12-16 Ом). Он может быть и меньшим, но при условии наличия дополнительного блока сопротивлений.

Как известно, большинство современных автомобилей снабжаются системой именно распределенного впрыска топлива. Как мы уже говорили, она работает по принципу, что отдельная форсунка отвечает за свой цилиндр. Важно знать, что каждая система распределенного впрыска топлива делится на четыре разных типа:

1. Одновременный

2. Попарно-параллельный

3. Фазированный

4. Прямой

Теперь о каждом поподробнее. Одновременный тип характеризируется подачей горючего от всех форсунок системы одновременно во все цилиндры. Что ж, название говорит само за себя. Попарно-параллельный тип впрыска подразумевает парное открытие форсунок, при котором, одна открывается непосредственно пред циклом впуска, а вторая - перед циклом впуска. Главной отличительностью этого типа является применение попарно-параллельный принцип открытия форсунок в момент запуска двигателя, или же в период аварийного режима неисправности датчика положения распредвала. В период эксплуатации автомобиля, то есть во время движения, в работу включается фазированный впрыск топлива. Это тип впрыска. При котором каждый инжектор открывается перед тактом впуска. Наконец, прямой тип впрыска происходит непосредственно в камеру сгорания.

Некоторые автомобили новейшего поколения могут похвастаться подачей топлива непосредственно в камеру сгорания (это и есть непосредственный впрыск). Отличительной чертой форсунок таких двигателей является наличие высокого рабочего напряжения электромагнита, которое достигает до 100 В. Маркировки форсунок отражают фабричную, или торговую, марку либо название, а также каталожный номер, или наименование и номер серии.

Как правило, горючее подается к форсунке под определенным давлением, которое зависит от режима работы движка. Принцип действия инжектора предполагает использование сигналов микроконтроллера, который в свое время получает данные от датчиков. Поступившие на электромагнит электрические импульсы, которые исходят от блока управления, заставляют работать игольчатый клапан, который открывает и закрывает канал форсунки. Все количество топлива которое распыляется зависит от длительности импульса, которая задается непосредственно блоком управления. Если говорить о форме и направлении распыляемого факела очень важны при смесеобразовании и определяются количеством и расположением распылительных отверстий.

Как правило, если топливо впрыскивается во всеобщий трубопровод с помощью одной форсунки, то это называется системой моновпрыска. Такая система на сегодня не пользуется особым спросом среди автомобилестроителей. Большинство автопроизводств предпочитают использовать сразу две форсунки в системе впрыска.

Как ни крути, но как и любая другая система, инжекторная ситсема имеет и свои недостатки, среди которых достаточно высокая цена на узлы инжектора, низкая уровень ремонтопригодности, высокие запросы по поводу состава и качества горючего, крайняя необходимость использования специального оборудования для диагностики каких-либо поломок, и, конечно же, довольно высокие ценовые показатели стоимости ремонта.

3. Как устроена форсунка инжектора

А теперь давайте рассмотрим конструкцию форсунки, из чего же она состоит. Каждому автолюбителю известно, что подача топлива в форсунках происходит преимущественно сверху вниз. Если говорить в общих чертах, можно сказать, что форсунка состоит из одного, реже двух каналов. Как правило, по первому к выходу подходит распыляемая жидкость, а по второму проходят жидкость, пар, газ, который служит для распыления первой жидкости. Как показывает практика, чистая и качественная форсунка способна дать конусообразный распыл, а факел получается непрерывный и ровный.

Если детализировать построение форсунки, можно сказать, что она, в первую очередь состоит из корпуса. В верхней части корпуса можно отыскать так называемый гидравлический разъем, который, в свою очередь, закрепляется к топливной рампе. Благодаря наличию насоса и обратного клапана в рампе непрерывно поддерживается установленное давление горючего. Известно, что форсунка прикрепляется к топливной рампе посредством специального зажимного устройства.

Нижнюю часть форсунки занимает распылительная пластина с отверстиями для впрыскивания топлива. Для того, чтобы обеспечить герметичность соединения сверху и снизу находятся специальные уплотнительные кольца. С одной стороны форсунки находится электрический разъем, который используется для управления соленоидом форсунки. Весь основной механизм находится внутри форсунки и состоит из фильтрующей сетки, электромагнитной обмотки, седлом клапана, пружины, игольчатого клапана с якорем соленоида и запорным сферическим элементом, а также распылительной пластины. Сопло принято считать самым важным элементом форсунки.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?

auto.today

Дизельные форсунки: особенности конструкции

Дизельная форсунка представляет собой один из главных элементов системы питания дизельного двигателя. Форсунка (инжектор) обеспечивает прямую подачу солярки в камеру сгорания дизеля, а также дозирование подаваемого топлива с высокой частотой (более 2 тыс. импульсов в минуту). Инжектор осуществляет эффективный распыл горючего в пространстве над поршнем. Топливо в результате такого распыла получает форму факела. Форсунки отличных друг от друга систем топливоподачи имеют конструктивные особенности, различаются по способу управления. Инжекторы делят на две группы:

механические;
электромеханические;

Принцип работы механической форсунки

Принцип работы системы питания дизеля с механическим управлением форсунки состоит в следующем. К топливному насосу высокого давления (ТНВД) подается горючее из топливного бака. За подачу отвечает подкачивающий насос, который создает низкое давление, необходимое для прокачки солярки по топливопроводам.

Далее ТНВД в нужной последовательности осуществляет распределение и нагнетание горючего под высоким давлением в магистрали, ведущие к механической форсунке. Каждая форсунка данного типа открывается для очередного впрыска порции солярки в цилиндры под воздействием высокого давления топлива. Снижение давления приводит к закрытию дизельной топливной форсунки.

Простой механический инжектор имеет корпус, распылитель, иглу и одну пружину. В устройстве запорная игла свободно движется по направляющему каналу распылителя. Сопло форсунки плотно перекрывается в тот момент, когда нет нужного давления от ТНВД. Внизу игла опирается на уплотнение распылителя, имеющее коническую форму. Прижим иглы реализован посредством закрепленной сверху пружины.

Распылитель является одной из важнейших составных деталей среди других элементов в устройстве инжекторной форсунки. Распылители могут иметь разное количество распылительных отверстий, отличаться способом регулировки подачи топлива.

Простые дизельные моторы, которые имеют разделенную камеру сгорания, зачастую получают распылитель с одним отверстием и иглой. Дизельные моторы, которые устроены на основе непосредственного впрыска топлива, оборудованы форсунками с несколькими распылительными отверстиями. Число отверстий в таком распылителе колеблется от двух до шести.

Подача топлива регулируется зависимо от конструкции распылителя, так как существуют два основных типа подобных решений:

распылитель с возможностью перекрытия каналов;
распылитель с перекрываемым объемом;

В первом случае игла форсунки перекрывает подачу горючего путем перекрытия каждого отверстия. Второй тип форсунок означает, что игла перекрывает своеобразную камеру в нижней части распылителя.

Давление топлива, нагнетаемого ТНВД, заставляет иглу подниматься благодаря наличию на поверхности такой иглы специальной ступеньки. Солярка проникает в корпус под указанной ступенькой. В момент, когда давление горючего сильнее усилия, которое создает прижимная пружина, игла движется вверх. Таким образом открывается канал распылителя. Дизтопливо под давлением проходит через распылитель и происходит его распыл в форме факела. Так реализован впрыск топлива.

Далее определенное количество горючего, которое подается насосом высокого давления, пройдет через распылитель и попадет в камеру сгорания. После этого давление на ступеньке иглы начинает снижаться, в результате чего игла от усилия пружины возвращается в исходное положение и плотно перекрывает канал. Тогда подача солярки в распылитель полностью прекращается.

Инжектор с двумя пружинами

На эффективность топливоподачи и последующего сгорания топлива в цилиндрах дизеля можно влиять, изменяя различные характеристики форсунки, такие как структура и количество каналов распылителя, усилие пружины и т.п. Одним из конструкторских решений стало внедрение в устройство форсунок специального датчика подъема иглы. Данный подъем учитывается специальными электронными блоками управления, которые взаимодействуют с ТНВД.

Еще одним витком развития стали дизельные форсунки с двумя пружинами. Устройство таких форсунок сложнее, но результатом становится большая гибкость в процессе подачи топлива. Сгорание рабочей смеси становится более мягким, дизель тише работает.

Особенностью работы указанных инжекторов является двухступенчатый подъем иглы. Получается, нагнетаемое ТНВД топливо сначала превышает по силе давления силу сопротивления одной пружины, а затем другой. В режиме холостого хода и при небольших нагрузках на мотор впрыск осуществляется только посредством первой ступени, подавая в двигатель незначительное количество солярки. Когда мотор выходит на режим нагрузки, давление нагнетаемого ТНВД топлива растет, горючее подается уже двумя дозированными порциями. Первый впрыск небольшого объема (1/5 от общего количества), а далее основной (около 80% солярки). Разница давлений впрыска для открытия первой и второй ступени не особенно большая, что обеспечивает плавность топливоподачи.

Такой подход позволил повысить равномерность, эффективность и полноценность сгорания смеси. Дизельный двигатель стал расходовать меньше горючего, снизилось количество токсичных примесей в выхлопных газах. Дизельные форсунки с двумя пружинами активно использовались на агрегатах с непосредственным впрыском топлива до момента появления систем питания под названием Commоn Rail.

Электромеханическая дизельная форсунка

Дальнейшее развитие систем топливоподачи дизельного ДВС привело к появлению форсунок, в которых солярка подается в цилиндры посредством электромеханических форсунок. В таких инжекторах игла форсунки открывает и закрывает доступ к распылителю не под воздействием давления топлива и противодействия силе пружины, а при помощи специального управляемого электромагнитного клапана. Клапан контролируется ЭБУ двигателя, без соответствующего сигнала которого горючее не попадет в распылитель.

Блок управления отвечает за момент начала топливного впрыска и длительность подачи топлива. Получается, ЭБУ дозирует солярку для дизеля путем подачи на клапан форсунки определенного количества импульсов. Параметры импульсов напрямую зависят от того, с какой частотой вращается коленчатый вал двигателя, в каком режиме работает дизельный мотор, какая температура ДВС и т.д.

В системе питания Common Rail электромеханическая форсунка может за один цикл реализовать подачу топлива посредством нескольких раздельных импульсов (впрысков). Топливный впрыск за цикл осуществляется до 7 раз. Давление впрыска также значительно повысилось сравнительно с предыдущими системами.

Благодаря дозированной высокоточной подаче давление газов на поршень в результате сгорания смеси растет плавно, сама топливно-воздушная смесь равномернее распределяется по цилиндрам дизеля, лучше распыляется и полноценно сгорает.

Дальнейшее видео наглядно иллюстрирует принцип работы электромеханической форсунки на примере бензинового двигателя. Главное отличие заключается в том, что давление топлива в дизельной форсунке значительно выше.

Указанный подход позволил окончательно переложить задачу по управлению впрыском с форсунок и ТНВД на электронный блок. Электронный впрыск работает намного точнее, дизель с подобными решениями стал еще более мощным, экономичным и экологичным. Разработчикам удалось значительно снизить вибрации и шумы в процессе работы дизельного агрегата, повысить общий ресурс ДВС.

Насос-форсунка

Одной из разновидностей систем питания дизеля являются конструкции, в которых полностью отсутствует ТНВД. За создание высокого давления впрыска отвечают так называемые дизельные насос-форсунки. Принцип работы системы состоит в том, что насос низкого давления сначала подает солярку напрямую к инжектору, в котором уже имеется собственная плунжерная пара для создания высокого давления впрыска. Плунжерная пара форсунки работает от прямого воздействия на нее кулачков распредвала. Данная система позволяет добиться лучшего качества распыла дизтоплива благодаря способности создать очень высокое давление впрыска.

Исключение из системы подачи топлива ТНВД позволяет сделать размещение дизельного ДВС под капотом более компактным, избавиться от привода топливного насоса и отбора мощности на его постоянное вращение. Также стало возможным удалить из системы питания решения, которые распределяют топливо от ТНВД по цилиндрам. Инжекторы в системе с насос-форсунками имеют электрический клапан, что позволяет подавать топливо за два импульса.

Принцип похож на работу механической форсунки с двумя пружинами. Решение позволяет реализовать сначала подвпрыск, а уже затем произвести подачу в цилиндр основной порции горючего. Насос-форсунки реализуют подачу топлива в максимально точно заданный момент начала впрыска, лучше дозируют солярку. Дизельный мотор с такой системой экономичен, работает мягко и тихо, содержание вредных веществ в отработавших газах сведено к минимуму.

Главным минусом решения можно считать то, что давление впрыска насос-форсунки напрямую зависит от частоты вращения коленвала двигателя. В списке недостатков также отмечены: сложность исполнения, высокая требовательность к моторному маслу, чистоте и качеству топлива. В процессе эксплуатации выделяют трудности в процессе ремонта и обслуживания, а также общую дороговизну сравнительно с системами, которые оборудованы привычным ТНВД.

KrutiMotor.ru

Топливная форсунка

Топливная форсунка (которую часто называют инжектором от английского наименования injector) предназначена для дозированной подачи топлива в двигатель. В наше время топливная форсунка стала непременным атрибутом системы впрыска не только бензиновых, но и дизельных двигателей.

История создания топливной форсунки

В конце 60-х годов ХХ века остро встала проблема загрязнения атмосферы выхлопными газами автомобилей. В то время в целях достижения как можно большей мощности двигателя и максимально полезного использования воздуха в процессе сгорания, типовой заводской настройкой карбюратора было намеренное переобогащение смеси.

Применением форсунок в системе впрыска мир обязан топливному кризису 70-х годов прошлого века и пристальному вниманию к защите окружающей среды 80-х

Автомобиль приобретал необходимую "резвость", но это сказывалось на расходе и избыточном содержании продуктов горения, в том числе, вредных, в отработавших газах. Стало ясно, что для уменьшения количества вредных выбросов необходимо кардинально изменить конструкцию топливной аппаратуры. Решением этой проблемы стало создание сначала моновпрыска с одной топливной форсункой, а затем системы распределенного впрыска топлива.

Первые такие системы появились в 30-х годах и использовались на авиационных моторах. Затем им нашлось применение на гоночных автомобилях, а в 1954 году компания Mercedes-Benz представила мировой общественности первый автомобиль серийного производства с механической системой впрыска топлива, разработанной компанией Bocsh. В 1957 году на несколько моделей Pontiac и Chevrolet была установлена система впрыска фирмы Rochester, которая оказалась довольно сложной и ненадежной.

Форсунка - тонкий и прецизионный механизм, отличающийся высокой ценой. К примеру, стоимость форсунки для дизельного BMW X5 - в районе 17 тысяч рублей

В 1967 году была создана первая система впрыска с электронным управлением. В этой системе электронасос подавал бензин под постоянным давлением 0,2 МПа к электромагнитным топливным форсункам, через равные промежутки времени впрыскивающим топливо во впускные трубопроводы. В 1973 году создана система, в которой топливо подавалось электронасосом через регулятор-распределитель к топливным форсункам, которые непрерывно впрыскивали топливо в трубопровод. В том же году была создана электронная система с электромагнитными топливными форсунками, управлявшаяся электроникой на основе измерений расхода воздуха. Это был первый впрыск с интеллектуальным управлением.

Устройство и принцип работы топливной форсунки

В зависимости от способа впрыска топлива различают три вида форсунок: электрогидравлическая, электромагнитная и пьезоэлектрическая.

Электрогидравлическая топливная форсунка

Электрогидравлическая топливная форсунка часто используется в системе впрыска дизельных двигателей. В конструкцию входит камера управления, электромагнитный клапан, впускной и сливной дроссели. Принцип работы основан на использовании давления топлива, причем не только при впрыске, но и при его прекращении. В начальном положении электромагнитный клапан закрыт и обесточен, игла топливной форсунки прижата (за счет давления топлива на поршень в камере управления) к седлу. Соответственно впрыск не происходит. Давление топлива на иглу меньше давления на поршень (из-за разности площадей контакта). По сигналу электронного блока управления активизируется электромагнитный клапан, который открывает сливной дроссель. Через этот дроссель топливо из камеры управления попадает в сливную магистраль. Впускной дроссель при этом препятствует резкому выравниванию давлений во впускной магистрали и камере управления. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу остается прежним, игла поднимается и впрыскивается топливо.

О точности дозировки топлива можно судить о скорости срабатывания форсунки. Во время впрыска клапан открывается всего на 1-2 милисекунды

Электромагнитная форсунка

Электромагнитная форсунка используется в основном на бензиновых двигателях. Она включает в себя сопло и электромагнитный клапан с иглой. Благодаря заложенному алгоритму блок управления в нужный момент обеспечивает подачу напряжения на обмотку возбуждения электромагнитного клапана. Создается электромагнитное поле, преодолевающее усилие пружины, втягивающее якорь с иглой и освобождающее сопло. Происходит впрыск топлива. Как только напряжение исчезает, пружина возвращает иглу топливной форсунки обратно в седло.

Пьезоэлектрическая форсунка

Пьезоэлектрическая форсунка является на сегодняшний день самым совершенным устройством для впрыска топлива. Она устанавливается, как правило, на дизельных двигателях. Ее конструкция включает толкатель, пьезоэлемент, иглу и переключающий клапан. При работе такой форсунки используется гидравлический принцип. В начальном положении игла посажена на седло благодаря высокому давлению топлива. Как только на пьезоэлемент подается электрический сигнал, его длина увеличивается, тем самым, передавая усилие на поршень толкателя. Переключающий клапан открывается, и топливо попадает в сливную магистраль. Выше иглы давление падает, за счет давления в нижней части игла поднимается, и происходит впрыск топлива.

Достоинства и недостатки топливных форсунок

Системы подачи топлива, использующие топливные форсунки, имеют перед карбюраторными системами следующие преимущества: более экономичный расход топлива за счет его точного дозирования; минимизация токсичности выхлопных газов; увеличение мощности силового агрегата на 7-10 %; легкость запуска независимо от погоды; улучшение динамических свойств машины; реже требуется чистка и замена. Однако у систем с топливными форсунками имеются и недостатки: в первую очередь, высокие требования, предъявляемые к качеству топлива. Нарушение химического состава топлива, вода и грязь, которые нередко встречаются в дизельном топливе, губительны для тонкого механизма форсунки. Стоимость замены и ремонта - еще один недостаток систем распределенного впрыска.

blamper.ru

Форсунки впрыска топлива. Виды форсунок.

Топливная форсунка является основным исполнительным устройством в любой системе впрыска. Ее главная задача — распылять топливо на мелкие частицы в нужном месте впускного воздушного тракта или непосредственно в цилиндрах двигателя. Форсунки бензиновых и дизельных двигателей выполняют одинаковые функции, но по принципу действия и конструкции — это совершенно разные устройства. В данной главе описываются форсунки только для бензиновых двигателей.

ФОРСУНКИ ВПРЫСКА: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Форсунки впрыска бензина (ФВБ) по конструктивному устройству и по типу реализованного в них способа управления подразделяют на гидромеханические, электромагнитные, магнитоэлектрические и электрогидравлические. В современных системах впрыска бензина используются в основном первые два вида.

По назначению в системе впрыска форсунки бывают пусковыми и рабочими. Рабочие форсунки делят на два вида: центральные форсунки для одноточечного импульсного впрыска и клапанные форсунки для впрыска топлива с распределением по цилиндрам. Разрабатываются рабочие форсунки для впрыска бензина под высоким давлением непосредственно в цилиндры двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Следует отметить, что форсунки впрыска бензина изготовляются под каждый тип двигателя индивидуально, т.е. форсунки впрыска не унифицируются и, как правило, не могут переставляться с одного типа двигателя на другой. Исключение составляют универсальные гидромеханические форсунки фирмы BOSCH для механических систем непрерывного впрыска бензина, которые широко применялись на различных двигателях в составе системы «K-Jetronic». Но и эти форсунки имеют несколько не взаимозаменяемых модификаций.

Почти все форсунки впрыска бензина содержат внутри корпуса мелкосетчатый фильтр тонкой очистки топлива, который часто является причиной нарушения работоспособности форсунки. Восстановить нормальную работу форсунки с загрязненным фильтром можно принудительной промывкой всей системы впрыска специальным многокомпонентным растворителем, который добавляют в моторное топливо (в бензин), и двигатель включают в работу на холостом ходу на 30-40 мин. В настоящее время для этой цели продаются специальные промывочные установки и растворитель. Промывка форсунки вне двигателя путем «отмачивания» в ацетоне или продувкой воздухом не эффективна.

Следует также заметить, что современные форсунки впрыска бензина не разборные и ремонту с демонтажом на детали не подлежат.

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ФОРСУНКИ

Гидромеханические форсунки (ГМ-форсунки) бывают открытого и закрытого типов. Первый тип ГМ-форсунок представляет собой жиклерные форсунки и в современных системах впрыска бензина не используется. ГМ-форсунки закрытого типа предназначены для применения в механических системах непрерывного распределенного по цилиндрам впрыска топлива на бензиновых ДВС. Такие форсунки не имеют электрического управления. Они открываются под напором бензина, а закрываются возвратной пружиной. Давление напора бензина, при котором закрытая форсунка открывается, называется начальным рабочим давлением (НРД) форсунки и обозначается как Рфн. ГМ-форсунки закрытого типа устанавливаются в предклапанных зонах впускного коллектора для каждого цилиндра в отдельности.

По конструкции закрытые форсунки могут различаться устройством запорного клапана и способом крепления в литом корпусе впускного коллектора. По типу запорного устройства закрытые форсунки подразделяют на форсунки со сферическим, дисковым и штифтовым клапаном; по способу крепления — на вставные и резьбовые.

Закрытые ГМ-форсунки в дозировании топлива участия не принимают. Их главная функция — распылять бензин на горячие впускные клапаны двигателя. При этом распыленные частицы бензина переходят в парообразное состояние, а впускной клапан охлаждается. Чтобы не было соприкосновения струи бензина со стенками предклапанной зоны впускного коллектора, бензин распыляется с раскрывом на угол не более 35е, а форсунка по отношению к клапану устанавливается по строго заданной геометрии.

Дозирование топлива в механической системе впрыска производится изменением напора бензина у постоянно открытого распылительного сопла форсунки. При этом давление напора формируется давлением вне форсунки — в дифференциальном клапане дозатора-распределителя механической системы впрыска.

Для того чтобы клапан форсунки закрытого типа находился в состоянии «открыто», давление бензина в клапанной полости 6 должно быть все время несколько выше усилия Рп возвратной пружины 10 (Рфн > Р„).

Это достигается заданием достаточно высокого (не менее 6 бар) рабочего давления Ps (РДС) в системе (в топливоподающей магистрали до дозатора-распределителя) и поддержанием РДС на постоянном уровне.

ОСНОВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЗАКРЫТОЙ ФОРСУНКИ ЯВЛЯЮТСЯ ПЯТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

1. Начальное рабочее давление Рфн (НРД) форсунки сразу после ее сборки на заводе-изготовителе (давление открывания новой форсунки). НРД для закрытых форсунок разных модификаций лежит в пределах 2,7…5,2 кг/см2. Для новых форсунок из одного типоразмерного ряда НРД может отличаться не более чем на ±20%. При подборе комплекта форсунок на двигатель различие НРД не должно превышать ±4%. В продажу (как запчасти) форсунки поступают с одинаковым НРД в упаковке. Замена форсунок неполным комплектом может стать причиной нарушения нормальной работы двигателя.

2. Минимальное рабочее давление Рф т|„ (МРД) форсунки после ее приработки на двигателе (после 5000 км пробега). Это давление становится меньше НРД новой форсунки на 15…20% и стабилизируется (за 5 лет нормальной эксплуатации изменяется не более чем на 5%).

3. Рабочее давление Рф форсунки после ее приработки. Это изменяющееся во время работы двигателя давление во внутренней полости форсунки от минимального рабочего давления Рф min (МРД) до максимального значения рабочего давления Ps max(РДС)в механической системе впрыска.

4. Давление отсечки форсунки Р0 (ДОТ). Это давление, ниже которого форсунка надежно закрыта иногда называется давлением слива). Давление отсечки всегда меньше Рф min на 1,0…1,5 кг/см2, но несколько больше остаточного давления Рост в системе впрыска сразу после выключения двигателя.

5. Производительность Пф форсунки. Это количество бензина, которое распыляется через постоянно открытую форсунку за единицу времени при определенном рабочем давлении Рф в полости форсунки. Обычно Пф закрытой форсунки задается для двух крайних значений рабочего давления: Рф min и Ps max. Этим двум значениям соответствуют два режима работы двигателя: Рф m,n — холостому ходу, Ps m8K — полной нагрузке. Производительность Пф задается в см3/мин или в гр/с. Например, для закрытых форсунок 5-ти цилиндрового ДВС автомобиля AUDI-1O0 (2,2 л, 140 л/с) показатели производительности соответственно равны 30 и 90 см3/мин (при работе в системе «K-Jetronic»).

Вышедшие из строя форсунки закрытого типа ремонту не подлежат, но, как и любые другие, могут быть «промыты» в составе системы впрыска на работающем двигателе.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФОРСУНКИ

Электромагнитные форсунки применяются в современных системах впрыска бензина в качестве клапанных рабочих и пусковых форсунок (для систем распределенного по цилиндрам впрыска с электронным управлением), а также в качестве центральных форсунок впрыска (в системах питания с моновпрыском). Центральная форсунка наиболее распространенной конструкции для систем впрыска бензина группы «Mono».

Современные ЭМ-форсунки способны надежно срабатывать со скважностью* S = 0,5 и при этом устойчиво (управляемо) удерживать открытое состояние в течение 2…2,5 мс. Разброс этого параметра в конкретном типоразмерном ряде форсунок не более ±5%. Такой быстроте срабатывания ЭМ-форсунки отвечает частота возвратно-поступательного движения подвижного стержня электромагнита форсунки в 200…250 с-1. Это является пределом возможного для данного типа электроуправляемых форсунок.

При применении ЭМ-форсунок в качестве клапанных рабочее давление Ps в системе впрыска может быть понижено с 6,5 бар (в механических системах) до 4,8…5 бар, что повышает надежность работы электробензонасоса и понижает вероятность протечек топлива в уплотнительных соединениях бензома-гистралей.

При электронном управлении форсунками точность дозирования впрыснутого бензина значительно повышается. Это становится возможным потому, что давление внутри ЭМ-форсунки поддерживается постоянным, и количество впрыснутого топлива определяется только временем открытого состояния форсунки.

ОСНОВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЭМ-ФОРСУНКИ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Постоянное рабочее давление в полости форсунки (РДФ), равное рабочему давлению Ps системы, выраженное в бар.

2. Производительность форсунки (пропускная СПОСОбнОСТЬ В ОТКРЫТОМ СОСТОЯНИИ — В СМ3/МИН или в г/с при заданном Ps РДС).

3. Минимальное напряжение надежного срабатывания форсунки (постоянное напряжение в вольтах).

4. Минимальное время цикловой подачи топлива (минимальное надежно управляемое время продолжительности открытого состояния форсунки — в мс).

5. Внутреннее омическое сопротивление Нф форсунки (сопротивление катушки соленоида — в омах).

На корпусе форсунки набивается цифровой код, по которому в справочном каталоге можно определить все вышеперечисленные параметры. На корпусе выбивается также торговый знак или название фирмы-изготовителя.

О внутреннем омическом сопротивлении Нф форсунки следует сказать отдельно. Если катушка соленоида намотана медным проводом, то получить величину Нф более 2…3 Ом невозможно (накладывается требование минимизации индуктивности Ls катушки). В таком случае для ограничения величины рабочего тока 1ф форсунки последовательно с катушкой соленоида включают дополнительный резистор. Применяют также обмоточный провод с высоким удельным сопротивлением (для катушки соленоида), что исключает необходимость установки дополнительных резисторов. Но в любом случае общий средний ток управления сразу всеми форсунками (или группой форсунок) впрыска на двигателе не должен превышать значения 3…5 А.

В некоторых случаях на многоцилиндровых двигателях применяют «групповое» управление форсунками. Это когда форсунки объединены в группы, а каждая группа управляется от отдельного электронного блока. Но наиболее эффективной является система впрыска бензина, в которой каждая рабочая клапанная ЭМ-форсунка управляется независимо от других (последовательный синхронизированный распределенный по цилиндрам импульсный впрыск бензина с управлением от многоканального ЭБУ впрыском).

По типу запирающего клапана ЭМ-форсунки, как и гидромеханические, подразделяют на три вида:

— форсунки со сферическим профилем запорного элемента:

— форсунки с штифтовым клапаном (с конусным или игольчатым запорным стержнем):

— форсунки с дисковым клапаном (с плоским или тарельчатым запорным элементом).

Выпускаются форсунки с внутренним электрическим сопротивлением 2,4 Ом: 12,5 Ом; 16 Ом. Малое сопротивление связано с применением обмоточного провода из меди и с необходимостью иметь малую величину индуктивности L соленоида, которая прямо зависит от числа витков Wc обмотки соленоида.

Низкое сопротивление форсунки увеличивают дополнительным сопротивлением в 6…8 Ом, что уменьшает потрябляемый ток. Обмотки высокоомной форсунки выполнены из провода с большим удельным сопротивлением (например, из латуни), что позволяет иметь малое L и большое R.

По производительности П впрыска форсунки подбирают по типам и мощности тех двигателей, на которые эти форсунки устанавливаются. Производительность форсунки определяется под рабочим давлением системы, как количество Кв бензина, прошедшего через форсунку за единицу времени t, если она постоянно открыта.

ПУСКОВЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФОРСУНКИ

К электромагнитным форсункам относятся и пусковые гидроклапаны с электромагнитным управлением, которые по принципу действия мало чем отличаются от ЭМ-форсунок. Именно поэтому пусковые гидроклапаны чаще называют пусковыми форсунками.

Основное назначение пусковой форсунки (ПС-форсунки) — это работа в механической системе непрерывного распределенного впрыска во время запуска холодного двигателя. Иногда ПС-форсунка используется как форсажное устройство, наподобие ускоритвльного насоса в карбюраторе, или как устройство для запуска перегретого двигателя с турбонаддувом. Пусковая форсунка применяется и в некоторых системах впрыска группы «L». В любом случае ПС-форсунка работает непосредственно от бортсети автомобиля, а в систему электронного управления двигателем включается опосредовано через специальное электронное реле управления.

К ПС-форсункам требования высокой скорости срабатывания не предъявляются, что значительно упрощает конструктивное исполнение ее составных компонентов. Так, масса якоря электромагнита, который (якорь) одновременно является и запирающим элементом клапана форсунки, число витков катушки электромагнита, сечение распылительного сопла, упругость возвратной пружины — все это заметно увеличено по сравнению с рабочей клапанной ЭМ-форсункой.

ФОРСУНКА ЗАКРЫТОГО ТИПА С ПЛУНЖЕРНЫМ НАСОСОМ

Ведутся исследования в направлении поиска принципиально новых способов впрыска бензина с помощью форсунок. Испытаны так называемые магнитоэлектрические форсунки, которые отличаются высоким быстродействием (0,5 мс), так как работают с принудительным высокочастотным (до 1000 с»1) переключением полярности магнитного поля в катушке соленоида.

Перспективными считаются также форсунки закрытого типа с дополнительным электромагнитным управлением (электрогидравлические).

В системах впрыска бензина группы «Д» (впрыск в камеру сгорания) используется насос-форсунка закрытого типа с плунжерным насосом высокого давления, который приводится в действие от кулачка распредвала.

Насос-форсунка оснащен сливным каналом с быстродействующим электрогидравлическим клапаном. Комбинация — плунжерный насос, закрытая гидромеханическая форсунка, электроуправляемый от электронной автоматики сливной канал — дает возможность реализовать так называемый «послойный впрыск бензина» непосредственно в камеру сгорания ДВС. Это обеспечивает значительную экономию топлива за счет работы двигателя на очень бедных ТВ-смесях (а = 2,0), а также повышает ряд его эксплуатационных показателей.

При послойном впрыске цикловая подача бензина непрерывно дифференцируется по времени посредством управления давлением в рабочей полости насос-форсунки (под плунжером). Давление регулируется электроуправляемым гидроклапаном в сливном канале. Суть послойного впрыска топлива состоит в его подаче отдельными, строго дозированными порциями. Получается так: за один цикл впрыска бензин подается прямо в цилиндр не сплошной однородной струей, а несколькими частями, каждая из которых образует «свой» коэффициент избытка воздуха а.

В объеме цилиндра образуется «послойный пирог» из ТВ-смеси разной концентрации. Преимущество послойного впрыска бензина состоит в том, что в первый момент воспламенения в зону центрального электрода свечи зажигания подается нормальная (стехиометрическая) ТВ-смесь с а = 1, которая легко возгорается. Далее процесс горения топлива в очень бедной ТВ-смеси (а = 2.0) поддерживается за счет «открытого огня», образовавшегося в первый момент воспламенения. Однако система впрыска бензина с насос-форсунками обладает двумя существенными недостатками: она содержит дорогостоящие и очень сложные механические устройства, а также способствует появлению значительных количеств оксидов азота (N0X) в выхлопных отработавших газах двигателя, бороться с которыми крайне сложно. Тем не менее система выпускается фирмой TOYOTA для двигателей TD4 легковых автомобилей.

carsaround.ru

АвтоПриват