Форсунки дизельного двигателя

Топливные форсунки: устройство и принцип действия

Форсунки — основной элемент дизельных двигателей и бензиновых двигателей с системой впрыска топлива (инжекторов). На сегодняшний день существует несколько принципиально разных типов форсунок, которые находят применение в двигателях различных конструкций. Обо всем этом — читайте в представленной статье.

Назначение и виды форсунок

В дизельных и инжекторных бензиновых двигателях применяются системы впрыска топлива, в которых главную роль играют форсунки — специальные устройства, распыляющие топливо в камере сгорания. В основе работы бензиновых и дизельных форсунок лежит одинаковый принцип: топливо распыляется, проходя под высоким давлением через сопло особой формы (они создают топливный факел, в котором жидкое топливо разбивается на микроскопические капли и смешивается с воздухом).

Однако форсунки инжекторных бензиновых моторах работают под относительно небольшим давлением в единицы атмосфер, в то время как форсунки дизельных двигателей работают под давлением в сотни, а иногда и в тысячи атмосфер.

На сегодняшний день применение находят четыре типа форсунок:

— Механические;
— Электромагнитные (электромеханические);
— Электрогидравлические;
— Пьезоэлектрические.

Каждый тип форсунок имеет свои особенности и сферы применения.

Механические форсунки

Механическая форсунка — это «классическое» решение, которое применяется многие десятилетия и сейчас не теряет своей актуальности. Механическая форсунка — это, в сущности, клапан, открываемый при достижении определенного давления. Основу такой форсунки составляет корпус, внутри которого находится игла, которая под действием пружины закрывает сопло. Топливо от ТНВД под давлением поступает в кольцевую камеру между корпусом и иглой и приподнимает иглу — в этот момент открывается сопло, и топливо распыляется в камеру сгорания. При снижении давления игла снова закрывает сопло.

Механическая форсунка очень проста и надежна, однако она не может обеспечить характеристик, которые предъявляются к современным дизельным двигателям. Поэтому ее постепенно вытесняют другие типы форсунок.

Электромагнитные форсунки

Электромагнитная форсунка отличается от механической тем, что игла в ней поднимается под действием встроенного электромагнита по сигналу от контроллера. Электромагнит обычно располагается в верхней части форсунки, игла соединена с якорем электромагнита, поэтому при подаче напряжения она поднимается вверх и открывает сопло.

Сегодня обычные электромагнитные форсунки используются на инжекторных бензиновых двигателях, так как они плохо работают под теми высокими давлениями, которые необходимы для дизелей.

Электрогидравлические форсунки

Электрогидравлическая форсунка объединяет в себе преимущества электромагнитной и механической форсунок. В форсунке этого типа топливо давит на иглу с двух сторон — сверху и снизу, где находятся топливные камеры. Обе камеры связаны между собой, поэтому давление топлива в них равно и игла закрывает сопло. Однако верхняя камера (она называется камерой управления) через электромагнитный клапан связана со сливной магистралью, а топливо из впускной магистрали поступает в эту камеру через канал с сужением — дросселем.

Принцип действия электрогидравлический форсунки сводится к следующему. Когда клапан закрыт, игла прижата к седлу и закрывает сопло. При подаче на клапан импульса он открывается, топливо из камеры управления поступает в сливную магистраль и давление в камере резко падает — в этот момент игла, на которую топливо теперь давит только снизу, открывается, происходит впрыск. Камера управления в момент открытия форсунки остается связанной с впускной магистралью, однако впускной дроссель не дает топливу быстро заполнить эту камеру.

Электрогидравлическая форсунка получила широкое распространение в дизельных двигателях, в том числе и в системах впрыска топлива Common Rail. Эти простые и надежные устройства обеспечивают длительную и качественную работу двигателя.

Пьезоэлектрические форсунки

Пьезоэлектрические форсунки — наиболее современное и надежное решение, которое сегодня находит все более широкое применение на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. В целом принцип действия этой форсунки повторяет принцип, заложенный в форсунках электрогидравлического типа, однако в ней клапан, открывающий путь топливу из верхней камеры в сливную магистраль, срабатывает под действием пьезоэлектрического кристалла.

Как известно, в ряде кристаллов наблюдается пьезоэлектрический эффект — под воздействием внешней силы они деформируются с образованием электрического заряда. Такие кристаллы подвержены и обратному эффекту — под действием электричества они деформируются, изменяя свои размеры. В пьезоэлектрических форсунках используются кристаллы, которые при подаче напряжения увеличивают свою длину и толкают собой поршень клапана, выпускающего топливо из верхней камеры в сливную магистраль.

Большое преимущество пьезоэлектрических форсунок — их быстродействие. Изменение длины кристалла и открытие клапана в них происходит в среднем в 4 раза быстрее, чем открытие клапана электромагнитного типа. Это открыло путь к реализации многократного впрыска за один такт, что улучшает характеристики двигателя. В современных дизельных моторах впрыск может производиться до девяти раз за один такт.

Другие статьи

Винты, болты и гайки, разложенные по столу или в пластиковой емкости, легко теряются и повреждаются. Эту проблему при временном хранении метизов решают магнитные поддоны. Все о данных приспособлениях, их типах, конструкции и устройстве, а также о выборе и применении поддонов — читайте в этой статье.

В подвесках грузовых автомобилей, автобусов и другой техники предусмотрены элементы, компенсирующие реактивный момент — реактивные штанги. Соединение штанг с балками мостов и рамой осуществляется с помощью пальцев — об этих деталях, их типах и конструкции, а также о замене пальцев читайте в статье.

Многие модели автомобилей МАЗ оснащаются приводом выключения сцепления с пневматическим усилителем, важную роль в работе которого играет клапан включения привода. Все о клапанах включения привода сцепления МАЗ, их типах и конструкции, а также о подборе, замене и ТО данной детали — узнайте из статьи.

При ремонте поршневой группы двигателя возникают сложности с установкой поршней — выступающие из канавок кольца не позволяют поршню свободно войти в блок. Для решения этой проблемы используются оправки поршневых колец — о данных приспособлениях, их типах, конструкции и применении узнайте из статьи.

Принцип работы дизельных форсунок и частые неисправности

Начнем с того, что большинство форсунок для дизеля (за исключением насос-форсунок и систем Cоmmon Rail) устроены и работают по схожему принципу. Это значит, что их ремонт также предполагает похожие действия. Для лучшего понимания начнем с принципов работы.

Подача топлива на форсунки в дизелях реализована посредством его нагнетания под высоким давлением. Такое давление на каждую форсунку создает:

• топливный насос высокого давления ТНВД;
• насос-форсунки сами сжимают и впрыскивают топливо;
• в системах Cоmmon Rail давление топлива поддерживается постоянно в специальном «аккумуляторе» высокого давления;

Теперь давайте рассмотрим работу наиболее распространенной системы питания с обычным ТНВД. Если просто, такой насос имеет механический привод и вращается от двигателя. Вращение шкива ТНВД позволяет плунжерным парам в устройстве насоса сильно сжимать дизельное топливо и выдавать давление около 300 кг/см². Затем происходит распределение дизтоплива на форсунки, что соответствует тактам работы двигателя.

Топливо поступает от насоса по магистралям высокого давления к форсунке, установленной на каждом цилиндре, после чего проходит через отдельный канал и оказывается внутри дизельной форсунки (в полости распылителя). Внутри распылителя конструктивным элементом является специальная конусная игла. Такая игла форсунки снизу притирается к седлу с очень большой точностью. Сверху иглу прижимает пружина. Указанная пружина давит на иглу через отдельную шайбу.

Шайба может иметь разную толщину, что определяет степень давления пружины на иглу. По этой причине шайбу называют регулировочной, так как от давления пружины будет зависеть и давление топлива, от которого сработает игла форсунки.

Срабатывание иглы происходит в результате того, что внутри форсунки накапливается нагнетаемое ТНВД топливо. Если иначе, когда горючее доходит до конуса иглы, дальнейший проход солярки становится невозможным, так как канал перекрыт иглой, плотно прижимаемой к седлу усилием пружины.

Однако ТНВД продолжает работать и нагнетать топливо, происходит рост давления, которое в определенный момент становится сильнее давления пружины. В результате игла приподнимается, горючее проходит в пространство между седлом и конусом иглы, попадает под высоким давлением в отверстия распылителя и далее происходит впрыск распыленного топливного заряда.

Время впрыска зависит от того, когда давление топлива внутри форсунки понизится до такой степени, чтобы пружина снова прижала иглу к седлу. Получается, канал для выхода топлива перекрывается, давление снова начнет расти и процесс повторяется.

Синхронная работа всего механизма предполагает точный впрыск топлива в цилиндре, в котором поршень приближается к ВМТ. Следующий впрыск в этом цилиндре в заданный момент будет возможен только при условии того, что игла закроется своевременно, то есть сразу после того, как давление топлива упадет.

Например, если впрыск произойдет раньше, процесс сгорания топлива в цилиндре нарушается, дизель громко и жестко работает. Более того, значительно усиливается износ не только ДВС, но и проблемной форсунки.

Дело в том, что через неплотно закрытое седло происходит прорыв газов, механизм разрушается, подвергается сильному загрязнению от скопления нагара. На начальном этапе нагар удаляют путем промывки форсунок дизельного двигателя, то есть без ремонта.

При этом важно понимать, что нагарообразование является не причиной, а только результатом неполадок внутри самой форсунки. Другими словами, необходимо решать проблему точного срабатывания иглы, усилия пружины и эффективного перекрытия седла.

Дизельные форсунки: особенности конструкции

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий по принципу воспламенения топлива за счёт высокого давления на цикле сжатия, был создан Рудольфом Дизелем в 1893 году. С тех пор конструкция дизельного мотора постоянно совершенствовалась, а вслед улучшались характеристики деталей входящих в состав ДВС.

Дизельные форсунки – это очень важный и незаменимый элемент в питании дизельного двигателя. Форсунка, другими словами инжектор, обеспечивает прямой поток солярки в камеру сгорания. Топливо в результате распыления получает форму факела.

Устройство форсунки для впрыска топлива в камеру сгорания

Ключевым узлом, состоящим из множества деталей, является форсунка подачи топлива. Современные форсунки имеют электронно-механическое устройство и управляются бортовым компьютером автомобиля. Но в эксплуатации ещё можно встретить транспортные средства с механическими форсунками.

Общими деталями дизельной форсунки, не зависимо от способа управления впрыском, являются:

Калиброванный инжектор — распылитель;

Игла, открывающая подачу топлива;

Пружина запирания иглы;

Подводящий и отводящий дроссели;

Поршень управляющего клапана.

Инжекторы бывают двух видов:

В механических форсунках подача топлива осуществляется посредством воздействия распределительного вала на поршень с возвратной пружиной.

В электронных форсунках поршень открывает подачу топлива при помощи электромагнита управляемого бортовой электроникой.

В связи с необходимостью соблюдения точного времени впрыска и дозирования порции топлива, все детали форсунки соответствуют самым жёстким требованиям к геометрии. Они изготовлены с применением тугоплавких высокопрочных материалов, учитывая работу в условиях повышенных тепловых и физических нагрузок.

Форсунки отвечают за своевременную подачу топливной смеси и его дозировку. Именно из-за того, что они постоянно работают в режиме больших нагрузок, это приводит к сбоям в системе двигателя. Именно поэтому, ремонт топливных форсунок дизельных двигателей, является одним из самых распространенных.

Работа дизельных форсунок

Форсунка должна подавать топливо в камеру сгорания ДВС, в определённое время и в необходимом количестве, за это отвечает бортовой компьютер.

Насос высокого давления (НВД), создаёт давление в системе подачи топлива, превышающее давление в камере сгорания. Когда распылитель закрыт, топливо циркулирует через подающий и отводящий дроссели. В момент открытия инжектора порция топлива впрыскивается в цилиндр и тут же воспламеняется от высокой температуры перегретого за счёт сжатия воздуха. Игла закрывает инжектор и сгоревшее топливо выделяет тепло необходимое для следующего цикла ДВС.

Дизельная форсунка работает в условиях перепада температур, в атмосфере сгорания маслосодержащих элементов, за счёт чего на распылителе, игле и других деталях могут формироваться отложения в виде копоти или окалины, что значительно снизит ресурс форсунки.

Причины, которые приводят к ремонту форсунок

Каждый дизельный автомобиль выполняет определенный ряд нагрузок, который приводит к поломке.

Исходя из этого, можно определить ряд основных причин, которые приводят к некорректной работе форсунок:

• Низкое качество дизельного топлива, что приводит к неправильному образованию воздушно-топливной смеси, а соответственно и выгоранию определенных деталей на форсунках;
• Применение некачественного моторного масла;
• Наличие в дизельном топливе различных примесей, что способствует загрязнению внутренних форсунок в режиме постоянной работы, а также высокого давления и скачка температуры;
• Нарушение температурных режимов в головке и блоке цилиндров ДВС;
• Наличие в составе дизельного топлива тяжелых углеводородов, что приводит к накапливанию их на корпусе форсунок при каждом запуске и приостановке двигателя. Они образуют смолистые отложения или сажу, что занижает пропускную способность форсунки;
• Нарушение режимов управления впрыском, со стороны бортовой электроники;
• Наличие в топливе посторонних веществ, которые под высоким давлением и большой скоростью приводят к износу деталей и образованию эрозии на поверхности топливных форсунок;
• Несвоевременное или некачественное техническое обслуживание.

Ремонт топливной системы дизельного двигателя – это сложный и финансово затратный процесс, поэтому лучше проводить периодическую диагностику системы, нежели ремонтировать ее в общем.

Признаки, которые говорят о неисправности форсунок двигателя

Независимо от того, с какими негативными факторами приходится сталкиваться механизмам в процессе работы, владельцы транспортных средств, должны понимать к чему это может привести.

Отказ в работе форсунок будет проявляться таким образом:

Трудности различного характера при запуске мотора;

Неравномерная работа двигателя;

Ощутимый разрыв мощности в работе при нагретом двигателе;

Наличие периодических вибраций в работе двигателя;

Повышенный расход уровня масла в двигателе.

Повышенный расход топлива;

Нестабильная работа ДВС – толчки, неравномерное вращение коленвала;

Потеря мощности при движении – несмотря на нажатие педали газа, автомобиль не набирает или непривычно медленно набирает скорость.

Постоянный контроль и периодический осмотр автомобиля позволит избежать различных непредвиденных ситуаций в работе авто.

Методы проверки работы форсунок

Наиболее правильным и толковым методом проверки работы форсунок является их демонтаж с автомобиля. Но очень часто это предпочитают делать непосредственно на нем. В ходе проверки, механик знакомится с процессом работы, проверяя основные критерии.

Существует комплексный метод проверки, который подразумевает диагностику всех элементов на специальном стенде. В ходе проверки специалисты могут наблюдать реальные отклонения в работе и ли самом процессе подачи топлива. Такой метод диагностики позволяет сразу убрать все недостатки и наладить качественную работу.

Определить дефект форсунки можно только на специальном стенде, в результате имитации впрыска и измерения показателей давления, расхода топлива и времени открытия инжектора. Визуальный осмотр даст весьма условное, поверхностное представление о дефектах форсунки.

Варианты неисправностей форсунок

Ремонт форсунок дизельных двигателей подразумевает определенные временные и финансовые затраты.

К неисправностям форсунок можно отнести:

Временная деформация уплотнительных колец;

Увеличение диаметра или нарушение геометрии отверстия инжектора или запирающей иглы – за счёт чего нарушается режим дозирования при впрыске, а также микро утечка топлива в процессе работы ТНВД;

Износ распылителей для подачи топлива;

Зашлакованность топливных каналов высокого давления в форсунке – в результате нарушается режим дозирования и равномерность подачи топлива к разным цилиндрам;

Присутствие остатков от продуктов сгорания, что загрязняют распылитель;

Наличие различных повреждений механического характера на форсунках;

Износ поршня на клапане;

Деформация деталей форсунки – в итоге может привести к заклиниванию и прекращению подачи топлива в цилиндр.

Присутствие ржавчины на фильтре от продуктов сгорания;

Эрозия на уплотнителе.

Наличие хотя бы одного из этих дефектов приведет к поломке системы или, как минимум к ее некорректной работе.

Конечно, на сегодняшний день существует огромное количество сервисных центров, которые могут в этом помочь, но гораздо проще проводить периодическую диагностику автомобиля и использовать транспортное средство в соответствии с его техническими характеристиками, нежели решать вопрос капитального ремонта дизельного двигателя.

Своевременное и правильное техническое обслуживание, позволит выявить дефекты на ранней стадии и не допустить изменения режимов работы ДВС.

Вы всегда можете обратиться к специалистам «Моторного участка №1», позвонив
по телефонам +7 (911) 926-92-41,+7 (812) 711-00-03, +7 (931) 221-16-08, написав на почту motor.n1@yandex.ru
или оставив заявку на сайте

Дизельные форсунки: особенности конструкции

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий по принципу воспламенения топлива за счёт высокого давления на цикле сжатия, был создан Рудольфом Дизелем в 1893 году.

Проверка дизельного двигателя и его системы

Диагностика и ремонт дизельных двигателей проводится на специализированных станциях технического обслуживания. Именно в таких центрах работают высококвалифицированные специалисты, которые уже знают все тонкости и нюансы каждой модели двигателя и самые распространенные причины неисправностей.

От воды и от езды: почему ломаются дизельные топливные форсунки, и как их ремонтируют

Форсунка служит для подачи топлива в камеру сгорания под большим давлением в мелко распыленном виде и обеспечивает четкую отсечку подачи топлива в конце впрыска. На дизелях применяют форсунки нескольких типов: открытые или закрытые, с распылителем, имеющим одно отверстие (сопло) или несколько. Закрытые форсунки могут быть штифтовые или бесштифтовые. На дизелях марок «ЯМЗ» , «КамАЗ», «ЗИЛ» применяют закрытые бесштифтовые форсунки. Форсунка называется закрытой, так как сопла в распылителе закрыты иглой и только в момент впрыска топлива сообщаются с камерой сгорания. Для выхода топлива распылитель имеет четыре сопла диаметром 0,34 мм.

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.

Статья в тему: Датчик детонации

Устройство форсунки двигателя ЯМЗ

Форсунка дизелей марки «ЯМЗ» состоит из корпуса, в котором имеется центральное отверстие под штангу и наклонный топливный канал; распылителя с тщательно обработанным осевым отверстием под иглу и топливных каналов. В нижней части распылителя имеются четыре сопла, кольцевая проточка и два глухих отверстия под штифты. Игла распылителя имеет цилиндрическую направляющую часть, конусные пояски в средней и нижней частях. Распылитель с иглой крепится к корпусу накидной гайкой. В верхней боковой части находится прилив с резьбовым отверстием под топливный штуцер с фильтрующей сеткой. В центральной верхней части имеется резьба под резьбовую втулку, в центральной части которой находится резьбовое отверстие под регулировочный винт с контргайкой. Нижняя часть винта является верхней опорной тарелкой под возвратную пружину иглы распылителя.

Топливный насос высокого давления

дизеля ТНВД КамАЗ-740

На штанге в верхней части крепится нижняя опорная тарелка пружины, в нижней части запрессован шарик для плотной посадки иглы на седло. Резьбовая втулка в верхней части закрыта колпач-ковой гайкой с резьбовым отверстием под дренажный трубопровод. Топливо подводится к форсунке через штуцер с сетчатым фильтром и поступает по наклонному каналу корпуса в кольцевую проточку распылителя. Затем топливо по трем каналам проходит в кольцевую полость (средней части распылителя), расположенную под утолщенной (с конусным пояском) частью иглы. Под действием топлива, поступающего в полость, игла поднимается, сжимая возвратную пружину. Сопла распылителя открываются, и топливо впрыскивается в камеру сгорания. После окончания впрыска давление топлива падает и под действием возвратной пружины игла плотно садится на седло в распылителе. Давление впрыска топлива регулируется регулировочным винтом с контргайкой в резьбовой втулке затяжкой возвратной пружины иглы распылителя. Топливо, просочившееся между иглой и распылителем, отводится дренажным трубопроводом в бак.

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.

Статья в тему: 7 вещей в авто, которые должен проверить водитель, прежде чем тронуться с места

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.

Форсунки дизелей:

а — ЯМЗ-236; б — КамАЗ-740; 1 — игла распылителя; 2 — медная шайба; 3 — кольцевая полость; 4— распылитель; 5— накидная гайка; 6— штифт; 7— шарик; 8 — корпус; 9 — штанга; 10 — тарелка пружины; 11 — пружина; 12 — регулировочный винт, 13 — стакан пружины; 14 — контргайка; 15 — колпак; 16 — прокладка; 17 — втулка; 18 — сетчатый фильтр; 19 — уплотнитель штуцера; 20 — штуцер; 21 и 23 — каналы; 22 — кольцевая проточка; 24 — латунный стакан; 25 — головка блока цилиндров; 26 — проставка; 27 — уплотнительное кольцо; 28 — регулировочные шайбы; 29 — опорная шайба.

Значение топливной форсунки для дизельного мотора

В современных дизельных моторах топливная форсунка является важнейшим элементом подачи горючего в камеру сгорания каждого цилиндра силовой установки. В зависимости от используемой системы управления впрыском топлива насос-форсунки могут отличаться по модели, форме, размеру и способу управления.

С одной стороны, использование топливных форсунок позволило существенно повысить эффективность сгорания дизельного топлива. Достоинством новой технологии стала оптимизация расхода горючего, увеличение мощности силовой установки, снижение шумности работы и уменьшение уровня вредных веществ в отработанных газах.

С другой стороны, повысились требования к качеству дизельного топлива. Дело в том, что топливная форсунка сильно подвержена загрязнению от различных примесей в низкокачественном топливе. Восстановление работоспособности или ремонт насос-форсунки обходятся недешево.

Несмотря на это благодаря топливным форсункам современные дизельные двигатели стали экономными и выгодными с точки зрения эксплуатации, особенно если речь идет о поездках на дальние расстояния. Благодаря централизации подачи и распределения горючего работа силовой установки стала более эффективной и надежной.

Принцип работы дизельной электромагнитной форсунки.

В отличие от бензиновой форсунки, дизельная форсунка работает под большим давлением, почти 1800 атмосфер. В результате подача топлива происходит не за счёт электромагнитной катушки, а за счёт давления подаваемого топлива. Следовательно управление форсункой осуществляется клапаном камеры управления. При работе топливного насоса высокого давления происходит подача топлива по каналу высокого давления, через дроссельное отверстие к нижней части иглы. Точно так же через дроссельное отверстие топливо поступает в управляющую камеру. В результате давление под иглой форсунки и в камере управления становится одинаково. Благодаря дроссельным отверстиям давление в камере управления повышается медленнее, чем под иглой. Под действием пружины игла при этом остаётся прижатой к седлу, следовательно топливо не поступает к распылителю.

При подаче импульса на дизельную электромагнитную форсунку происходит перемещение электромагнитного управляющего поршня вверх. Это освобождает шарик клапана камеры управления. Из-за разницы давления топлива в камере управления происходит открытие клапана. В результате топливо из камеры перетекает в магистраль возврата топлива. Следовательно давление в камере управления падает, что приводит к разнице давлений топлива под иглой форсунки и над поршнем управления. Под действием давления игла поднимается, следовательно топливо поступает через распылитель в цилиндр. Дроссельные отверстия обеспечивают разность скорости падения давления под иглой и камерой управления.

При снятии питания с катушки под воздействием возвратной пружины происходит возврат электромагнитного поршня в исходное положение. В результате происходит закрытие клапана камеры управления. В результате происходит повышение давления в камере управления. Под действием повышенного давления происходит перемещение управляющего поршня вверх, который воздействует на иглу форсунки, то есть закрывает её.

Виды, устройство и принцип работы топливных форсунок

Использование форсунок (инжекторов) позволило сделать работу автомобильного двигателя более экономичной и контролируемой в сравнении с карбюраторными системами. Их главная задача – обеспечение точной дозировки топлива, подаваемого в камеру сгорания, в определенный момент времени и образование оптимальной топливовоздушной смеси. Применяются форсунки и на бензиновых, и на дизельных моторах. Конструктивно они представляют собой сложные устройства высокой точности обработки.

Функции и виды форсунок

Топливная форсунка, или инжектор, представляет собой своеобразный клапан, работа которого контролируется блоком управления (ЭБУ) двигателя. Это позволяет подавать топливо, находящееся под высоким давлением, строго ограниченными порциями и в заданный момент времени. В зависимости от типа системы впрыска форсунка может устанавливаться в различных местах. Так, при моновпрыске она располагается перед дросселем во впускном трубопроводе. В системе с распределенным впрыском форсунки устанавливаются в ГБЦ перед клапанами. При этом для каждого цилиндра предусматривается свой отдельный инжектор. В двигателях с непосредственным впрыском форсунки находятся в верхней части цилиндра, подавая топливо сразу в камеру сгорания.

По способу управления (типу привода) инжекторы разделяют на следующие типы:

• механические;
• электромагнитные;
• электрогидравлические;
• пьезоэлектрические.

Механические форсунки применяются на дизелях. Принцип их работы основан в воздействии усилия давления топлива на запорную пружину. Когда давление в системе выше сопротивления пружины, игла поднимается и происходит впрыск. После того как давление падает, игла возвращается в исходное положение. Стоит отметить, что давление таких форсунок дизельных двигателей очень низкое, а потому они редко применяются в современном автомобилестроении.

Электромагнитные и гидромеханические инжекторы могут иметь:

• клапан форсунки со сферическим профилем;
• штифтовой клапан;
• дисковый клапан.

Как устроена электромагнитная форсунка двигателя

Такой тип инжекторов используется преимущественно в бензиновых системах, включая двигатели с непосредственным впрыском. По функциональному назначению электромагнитные форсунки разделяются на пусковые (например, в системе “K-Jetronic”) и рабочие. Последние могут быть центральными (выполняют точечный впрыск) и индивидуальными (распределяют топливо по цилиндрам).

Конструктивно электромагнитная форсунка самая простая. Ее основными элементами являются:

• герметичный корпус;
• разъем для подключения к электрической цепи;
• запирающая пружина;
• обмотка возбуждения клапана;
• якорь электромагнита;
• игла;
• уплотнители;
• сопло;
• фильтр-сеточка форсунки;
• распылитель.

В заданный момент времени ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения, что обеспечивает формирование электромагнитного поля, воздействующего на якорь с иглой. В этот момент усилие сжатия пружины становится меньше магнитной силы, якорь втягивается, игла поднимается и освобождает сопло инжектора. Управляющий клапан форсунки двигателя открывается, и происходит впрыск топлива под высоким давлением. Когда блок управления прекращает подачу энергии на обмотку, пружина возвращает иглу в исходное положение.

Вопреки расхожему заблуждению, сама электромагнитная форсунка бензинового двигателя не создает давление. Давление в системе создается топливным насосом.

Электромагнитные инжекторы подбираются в зависимости от мощности двигателя. Прежде всего, необходимо знать, какое сопротивление у форсунок. В заводском исполнении они бывают низкоомные (2-6 Ом) и высокоомные 12-16 Ом. При низком сопротивлении может быть установлен дополнительный резистор в 6-8 Ом, который снизит потребление тока.

Принцип действия электрогидравлической форсунки

Электрогидравлический инжектор (насос-форсунка) – это форсунки топливные дизельные. Они подходят для типовых ТНВД и систем Common Rail. Состоят такие форсунки из следующих элементов:

• сопло;
• пружина;
• камера управления;
• дроссель слива;
• якорь электромагнита;
• магистраль слива топлива;
• разъем для подключения к электрической цепи;
• обмотка возбуждения;
• штуцер подачи топлива;
• дроссель на впуске;
• поршень;
• игла распылителя.

В момент начала цикла управляющий электромагнитный клапан форсунки полностью закрыт. Топливо в системе давит на поршень, находящийся в камере управления, а игла инжектора плотно прижата к седлу. ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения электромагнитного клапана. Дроссель слива открывается, и топливо поступает в сливную магистраль.

Дроссель впуска, в свою очередь, не позволяет мгновенно выровнять давление на впуске и в камере управления. Таким образом, на некоторый промежуток времени усилие, воздействующее на поршень, уменьшается, а давление на иглу остается высоким. Эта разность давлений и обеспечивает подъем иглы и впрыск топлива.

Особенности работы пьезоэлектрической форсунки

Это исключительно дизельная форсунка, которая считается наиболее прогрессивной, поскольку обеспечивает более быстрое срабатывание, максимально точную дозировку и позволяет выполнять многократный впрыск на протяжении одного цикла. Она применяется в дизельных двигателях Common Rail. Пьезоэлектрические форсунки двигателя состоят из таких деталей:

• игла;
• уплотнители;
• блок дросселей;
• пружина запора иглы;
• переключающий клапан форсунки;
• пружина клапана;
• поршень клапана;
• пьезоэлемент;
• сливная магистраль;
• поршень толкателя;
• фильтр;
• разъем для подключения к цепи питания;
• нагнетательная магистраль.

Принцип работы такого инжектора основан на изменении длины пьезоэлемента при подаче на него напряжения. В начальном положении игла под воздействием давления топлива посажена на седло. Когда ЭБУ двигателя посылает сигнал на пьезоэлемент, последний, изменяя длину, воздействует на поршень толкателя. Переключающий клапан форсунки открывается, и топливо подается на слив. Аналогично электрогидравлическим системам, создается разность низкого давления над иглой и высокого под ней, и она поднимается, выполняя впрыск дизтоплива. Количество последнего при этом регулируется длительностью подачи напряжения на пьезоэлемент пьезофорсунки и давлением в топливной рампе двигателя.

Рабочие параметры и неисправности инжекторов

Одной из основных характеристик форсунки является факел распыла. Для обеспечения корректной работы двигателя топливо должно распыляться под высоким давлением и на большую площадь. При этом размеры капель горючего должны быть как можно меньше. Это позволяет ускорить процесс сгорания и уменьшить расход топлива. Если же подача бензина или дизеля будет осуществляться струей, возникнут провалы в работе мотора, увеличится количество сажи в выхлопе. Происходит это, когда распылитель инжектора загрязняется.

Также важным параметром является время впрыска форсунок, или лаг открытия и закрытия. Он зависит от множества параметров напряжения, уровня давления и типа топлива. Измеряется лаг лабораторным методом, в ходе которого определяется количество пролитого топлива за единицу времени.

Несмотря на сложное устройство, топливные инжекторы имеют длительный срок эксплуатации. В среднем он составляет от 100 до 150 тысяч километров пробега. Основным требованием для обеспечения продолжительности работы форсунок является качество топлива и своевременный технический осмотр автомобиля.