Устройство форсунки двигателя
Автомобильная форсунка — устройство, отвечающее за непосредственное распыление топлива внутри камеры сгорания. Непосредственный впрыск — модификация распределенного впрыска горючего, где горючее впрыскивается в цилиндры напрямую. Форсунка — основной связывающий компонент между топливным насосом и мотором. Существует несколько модификаций данного устройства. На современных двигателях используют форсунки, которые оснащены электронным управлением впрыска. Главное предназначение форсунок:
Принцип действия форсунки
Топливо в форсунку подается под давлением. При этом блок управления мотором посылает электроимпульсы на электромагнит инжектора, которые активируют работу игольчатого клапана, отвечающего за состояние канала (открыто/закрыто). Количество поступающего топлива определяется длительностью поступающего импульса, влияющего на промежуток нахождения игольчатого клапана в открытом состоянии.
По методу впрыска современные топливные форсунки делятся на три вида – электромагнитные, электрогидравлические и пьезоэлектрические.
Проблемы и неисправности форсунок двигателя
Для поддержания нормальной работы топливной системы необходимо проводить периодическую чистку форсунок. По мнению специалистов, процедура должна выполняться каждые 20-30 тыс. км пробега, но на практике необходимость в таких работах возникает уже после 10-15 тыс. км. пробега. Это связано с некачественным топливом, плохим состоянием дорог и не всегда правильным уходом за машиной.
К самым актуальным проблемам, преследующими форсунки любого типа, относится появление на стенках деталей отложений, являющихся следствием использования низкокачественного топлива. Результатом является появление загрязнений в системе подачи горючей жидкости и возникновение перебоев в работе, потеря мощности мотором, чрезмерный расход ГСМ. Причинами, влияющими на работу форсунок, могут быть:
Надвигающиеся неполадки можно определить по ряду признаков, таких как появление незапланированных сбоев при старте двигателя, увеличение расхода топлива, появление выхлопа черного цвета, нарушение ритмичности работы мотора на холостом ходу.
Способы чистки форсунок
Существует три метода чистки форсунок:
Ультразвуковая чистка, пожалуй, самая эффективная, но имеет ряд недостатков. Так, с помощью данного метода очищаются лишь сами форсунки, другие же части топливной системы не затрагиваются. Кроме того, данный метод исключен для форсунок, в конструкции которых содержатся элементы керамики (они разрушаются под действием ультразвука).
Метод чистки инжектора через топливную рампу подразумевает присоединение к ней трубок, через которые подается специальный химический состав под высоким давлением. Подобную процедуру выполняют, как правило, на сервисе. Стоимость ее довольно высока. После данной процедуры в обязательном порядке следует заменить свечи зажигания.
Прочистка форсунок посредством специального химического состава, заливаемого в бак, зачастую малоэффективна. Химические соединения, как правило, не способны справиться с сильным загрязнением. Данный способ хорош в профилактических целях, но не для чистки непосредственно. В состав подобных соединений для чистки входят жидкие компоненты, нацеленные на удаление налета, а также мелкодисперсные частицы с абразивными свойствами. Они должны очищать топливопровод от продуктов окисления и налета, а форсунки под их воздействием должны очищаться от нагара. В результате форма распыла топлива вновь должна приобрести правильную конусообразную форму.
Интересное о форсунках
Форсунки, форсунки, форсунки…
Форсунки на сегодняшний день практически все расчитаны на давление 2,5 – 3,0 бара, используемое на всех автомобилях. Даже на самых последних модификациях автомобилей как российского, так и импортного производства при использовании топливных магистралей без обратки и с повышенным давлением до 3,8 бар увеличение производительности происходит на 14%. Форсунка в системе управления двигателем служит для подачи расчетной порции топлива в камеру сгорания в такт впуска, перед тактом сжатия. Дабы избежать основного паразитного явления в работе приготовления топливно-воздушой смеси, разработчики систем управления совершенствуют в том числе и форсунки. Хотя за последние годы конструкция не изменялась, изменениям подверглись наконечники. Наконечники для улучшения распыла топлива стали делать в виде диска с отверстиями. Количество отверстий на диске наконечника зависит от производителя. Часто используемые у нас марки форсунок – Bosch и Siemens.
Рассмотрим их применяемость для российских автомобилей ВАЗ и ГАЗ.
Ваз использует форсунки Bosch 0 280 150 996 – 4 отверстия распыла в диске наконечника и Siemens Deka VAZ – 2 отверстия распыла в диске наконечника.
Раньше при установленных системах впрыска GM форсунки имели 6 отверстий распыла в диске наконечника.
ГАЗ использует форсунки Bosch 0 280 150 902 – 4 отверстия распыла в диске наконечника и Bosch 0 280 150 560 – также 4 отверстия. Еще используется Siemens Deka ZMZ 6354 – 2 отверстия распыла в диске наконечника.
Все перечисленные форсунки для ВАЗ имеют производительность 126-132 cc/min (см3в минуту), что соответствует 24 – 26 л. с. Суммарно на 4 цилиндра выходит 96 – 104 л.с. Реальный же расчет на цилиндр составляет 22,5 л.с. при фазированном впрыске, т.е. каждая форсунка управляется отдельно.
Для сравнения приведу несколько примеров.
1. Форсункам 0 280 150 210 производительностью 133 cc/min соответствует мощность 27 л.с., суммарно на 4 цилиндра выходит 108 л.с. Но при использовании на мотоцикле BMW K100 (выпускался с 1983 – 1989 год). Параметры: объем – 1 литр, двигатель ОТТО, 90 л.с. при параллельном подключении форсунок, т.е. все форсунки работают одновременно. Реальный расчет на цилиндр составляет 22,5 л.с.
2. Форсункам 0 280 150 208 производительностью 133 cc/min соответствует мощность 27 л.с., суммарно на 6 цилиндров выходит 162 л.с. Устанавливалась она на BMW 320i Cabrio (выпуск 1986 – 1993 г). Параметры: объем – 2.0 литра, двигатель ОТТО, 6 цилиндров, 125-129 л.с. при параллельном подключении форсунок, т.е. все форсунки работают одновременно. Реальный расчет на цилиндр составляет 21,5 л.с.
А теперь о вышеперечисленных форсунках, использующихся на автомобилях ГАЗ. Производительность 197 – 200 cc/min, что соответствует 39 – 40 л.с. на форсунку. Суммарно на 4 цилиндра выходит 156 – 160 л.с. Реальный расчет на цилиндр составляет 32,5 л.с. при фазированном впрыске, т.е. каждая форсунка управляется отдельно.
Для сравнения приведу несколько примеров.
1. Форсункам 0 280 150 902 производительностью 197 cc/min соответствует мощность 39 л.с., суммарно на 4 цилиндра выходит 156 л.с. Устанавливалась на VW Golf 2 1987 – 1991г. Параметры: объем – 1.8 литра, двигатель ОТТО, 4 цилиндра, 112 л.с. при параллельном подключении форсунок, т.е. все форсунки работают одновременно. Реальный расчет на цилиндр составляет 28 л.с.
2. Форсункам 0 280 150 902 производительностью 197 cc/min соответствует мощность 39 л.с., суммарно на 4 цилиндра выходит 156 л.с. Устанавливалась на AUDI Cabriolet 2.0 1993 – 1998г. Параметры: объем – 2.0 литра, двигатель ОТТО, 4 цилиндра, 116 л.с. при параллельном подключении форсунок, т.е. все форсунки работают одновременно. Реальный расчет на цилиндр составляет 29 л.с.
3. Форсункам 0 280 150 902 производительностью 197cc/min соответствует мощность 39 л.с., суммарно на 4 цилиндра выходит 156 л.с. Используется на AUDI 80 2.0 Quatro 1991 – 1996г. Параметры: объем – 2.0 литра, двигатель ОТТО, 4 цилиндра, 116 л.с. при параллельном подключении форсунок, т.е. все форсунки работают одновременно. Реальный расчет мощности на цилиндр составляет 29 л.с.
А так как средняя мощность с этих же форсунок на автомобилях VW и AUDI равна 116 л.с. (на цилиндр 29 л.с.) при 1,8 л.с., т.е. от максимальной мощности отняли приблизительно 30%, что, видимо, соответствует среднему значению времени открытия форсунки к впускному клапану при данном объеме двигателя.
Делаем вывод, что нам для обеспечения топливом мотора ВАЗ с мощностью 100 – 125 л.с. при фазированном впрыске требуется установка форсунок 0 280 150 902(560). Siemens Deka ZMZ 6354 в штатные крепления ВАЗ не очень хорошо устанавливаются в посадочное место.
Для оптимального сжигания смеси создавались системы управления топливоподачи: карбюратор, одноточечный (центральный) впрыск, многоточечный (распределенный) впрыск, многоточечный (распределенный попарно-параллелный / фазированный последовательный ) впрыск, непосредственный впрыск и т.д… Форсунка, находясь перед клапаном/клапанами, должна распылить расчетное количество топлива за расчетное время в воздушном потоке. Причем качество распыла очень критично. В представленных форсунках можно отметить Bosch с 6 отверстиями распыла и GM с 6 отверстиями распыла. И очень качественный распыл у японских форсунок, 12 отверстий распыла расположены в симметричном рисунке.
Специалист по настройке систем управления двигателей Дмитрий Кашин
Топливная форсунка. Назначение, устройство, принцип работы
Видео: Устройство и принцип действия насос форсунки. Принцип работы форсунки инжекторного двигателя. Изучаем Common Rail. Дизельные форсунки. Разбираем топливную форсунку. Промывка топливной форсунки своими руками. Что убивает форсунки дизельного двигателя. Регулировка дизельных форсунок на стенде в домашних условиях. Работа распылителя и стенда КИ-562
Форсунка — это элемент системы впрыска, предназначенный для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.
Форсунки используются в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей. На современных двигателях устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска.
В зависимости от способа осуществления впрыска различают:
Общий вид форсунки системы «Коммон рейл» фирмы «Бош» показан на рисунке.
Рис. Разрез электрогидравлической форсунки фирмы Бош:
1 – отводящий дроссель; 2 – игла; 3 – распылитель; 4 – пружина запирания иглы; 5 – поршень управляющего клапана; 6 – втулка поршня; 7 – подводящий дроссель; 8 – шариковый управляющий клапан; 9 – шток; 10 – якорь; 11 – электромагнит; 12 – пружина клапана
Форсунка состоит из:
Шарик клапана прижимается к седлу с усилием пружины и электромагнита. Сила пружины рассчитана на давление до 100 кг/см2, что значительно ниже давления в линии высокого давления (250…1800 кг/см2), поэтому только при приложении усилия электромагнита шариковый клапан не отойдет от седла, отделяя аккумулятор от линии слива. Игла распылителя форсунки в нерабочем состоянии прижимается к седлу пружиной распылителя – это предотвращает попадание воздуха в форсунку при пуске двигателя.
В отличие от бензиновых электромеханических форсунок, в форсунках «Коммон Рейл» электромагнит при давлении 1350 … 1800 кгс/см2 не в состоянии поднять запорную иглу, поэтому используется принцип гидроусиления.
Рис. Принцип действия электрогидравлической форсунки:
а – форсунка в закрытом состоянии; b – форсунка в открытом состоянии; c – фаза закрытия форсунки
При создании давления в аккумуляторе, оно действует как на конусную поверхность иглы, так и на поршень управляющего клапана 5. Поскольку площадь рабочей поверхности поршня на 50% больше площади конусной поверхности иглы, игла распылителя продолжает прижиматься к седлу.
При подаче напряжения от блока управления на электромагнит 11, шток 9 якоря штока поднимается и открывается шариковый управляющий клапан 8. Давление в камере управления 7 падает в результате открытия дроссельного отверстия и топливо пропускается из зоны над поршнем управляющего клапана в зону слива. Давление на поршень управляющего клапана падает, так как подводящее дроссельное отверстие управляющего клапана имеет меньшее сечение чем отводящее. Запорная игла 2 при этом под действием высокого давления в кармане распылителя 3 открывается. Количество подаваемого топлива зависит от времени подачи напряжения в электромагнит 11, а значит от времени открытия шарикового управляющего клапана 8. При прекращении подачи напряжения на электромагнит 11, якорь под действием пружины опускается вниз, при этом шариковый управляющий клапан закрывается, давление в камере управления восстанавливается через специальный жиклер. Под действием давления топлива на поршень управляющего клапана 5, имеющего диаметр больше диаметра иглы, последняя закрывается.
На входе топлива в форсунку установлен аварийный ограничитель подачи топлива. Он предотвращает опорожнение аккумулятора через форсунку с зависшей иглой или клапаном управления, а также повреждение соответствующего цилиндра дизеля. В нем используется принцип возникновения разницы давлений по обе стороны от клапана 1 при прохождении топлива через его жиклеры 2. Сечение жиклеров, затяжка пружины 3 и диаметр клапана подобраны по максимальной продолжительности и расходу, т.е. подаче топлива.
Рис. Аварийный ограничитель подачи топлива через форсунку
В системах «коммон рейл» первых поколений общее количество горючей смеси, впрыскиваемой в цилиндр, разделялось на предварительное и основное. Однако более гармоничной является такая схема сгорания, когда во время одного рабочего такта горючая смесь будет разделена на возможно большее количество частей. До сих пор добиться этого было невозможно по причине инерционности традиционных форсунок с электромагнитным управлением.
Одним из путей совершенствования системы «коммон рейл» является увеличение быстродействия открытия форсунки. Минимальное время открытия форсунки для электромагнита с подвижным сердечником составляет 0,5 мс, что не позволяет оперативно изменять подачу топлива. Для более быстрого срабатывания форсунки в настоящее время применяется пьезокерамическая форсунка, которая работает вчетверо быстрее.
Известно, что при подаче электрического напряжения на пьезокерамическую пластинку она на несколько микрон изменяет свою толщину.
Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом форсунки, представляет собой параллелепипед длиной 30…40 мм, состоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок (кристаллов), расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс, чего достаточно чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н. При этом для управления пьезоэлементом используют напряжение бортовой сети автомобиля.
Для усиления пьезоэффекта в керамику добавляют палладиум и цирконий. Пьезоэлемент потребляет энергию только при подаче напряжения и регенерирует ее при выключении напряжения, таким образом, являясь регенератором энергии.
Использование пьезоэлемента, кроме быстроты срабатывания, обеспечивает большую силу открытия клапана сброса давления над иглой форсунки и высокую точность хода для быстрого сброса давления подачи топлива.
Электрогидравлическая форсунка с пьезоэлементом показана на. Основными составляющими форсунки являются модуль исполнительного элемента, состоящего из пьезоэлектрического элемента и его составляющих, модуль плунжера, состоящего из поршней, амортизатора давления и пружины, клапан переключения, игла. Для окончательной очистки топлива применяется специальный стержневой фильтр.
Рис. Разрез пьезоэлектрогидравлической форсунки:
1 – патрубок рециркуляции; 2 – электрический разъем; 3 – стержневой фильтр; 4 – корпус форсунки; 5 – пьезоэлектричесий элемент; 6 – сопряженный поршень; 7 – поршень клапана; 8 – клапан переключения; 9 – игла форсунки; 10 – амортизатор давления
Увеличение длины модуля исполнительного элемента преобразуется модулем соединителя в гидравлическое давление и перемещение, воздействующие на клапан переключения. Модуль плунжера действует как гидравлический цилиндр. На него постоянно воздействует давление подачи топлива 10 кгс/ см2 через редукционный клапан в обратной магистрали.
Топливо выполняет роль амортизатора давления между плунжером соединителя выпускного дросселя 8 и плунжером клапана 5 в модуле плунжера. Из пустого закрытого инжектора (присутствует воздух) воздух удаляется при стартерном пуске двигателя (с частотой вращения вала стартера). Помимо этого, инжектор наполняется топливом, подаваемым погруженным в топливном баке насосом, проходящим через управляемый обратный клапан против направления потока топлива.
Клапан переключения состоит из пластины клапана, плунжера клапана 5, пружины клапана и пластины дросселя 3. Топливо под давлением протекает через впускной дроссель 4 в пластине дросселя к игле форсунки и в камеру над иглой форсунки. Благодаря этому происходит выравнивание давления над и под иглой форсунки. Игла форсунки удерживается в закрытом положении силой пружины форсунки. При нажиме плунжера клапана 5 открывается канал выпускного дросселя и топливо под давлением вытекает через выпускной дроссель 8 большего размера, расположенный над иглой форсунки. Топливо под давлением поднимает иглу форсунки, в результате чего происходит впрыск. Благодаря быстрым командам на переключение пьезо-электрического элемента за один рабочий такт друг за другом производятся несколько впрысков.
Рис. Принцип работы пьезофорсунки:
1 – игла форсунки; 2 – пружина форсунки; 3 – пластина дросселя; 4 — впускной дроссель; 5 – плунжер клапана; 6 – линия высокого давления; 7 – соединительный элемент; 8 – выпускной дроссель; а – форсунка закрыта; б — форсунка открыта
Из-за особенностей процесса сгорания, присущих дизельным двигателям с турбонаддувом, для уменьшения шума и снижения выброса оксидов азота в цилиндры двигателя перед впрыском основной дозы топлива подается небольшая капля топлива (1…2 мм3) «пилотный впрыск», которая плавно перетекает в распыление остальной части топлива. Предварительный впрыск позволяет топливу воспламеняться быстрее. Давление и температура при этом возрастают медленнее чем при обычном впрыске, что уменьшает «жесткость» работы двигателя и его шум с одновременным снижением выбросов окислов азота. Характер процесса двойного впрыска показан на рисунке:
Рис. График процесса двойного впрыска и характер распыления топлива
При холодном двигателе и в режиме, приближенном к холостому ходу, происходит два предварительных впрыска. При увеличении нагрузки предварительные впрыски один за одним прекращаются, пока при полной нагрузке двигатель не перейдет в режим основного впрыска. Оба дополнительных впрыска необходимы для регенерации сажевого фильтра.
Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение горючей смеси на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств горючей смеси следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «послевпрыскивания».
Рис. Характер протекания процесса многоступенчатого впрыска
Время между предварительным впрыскиванием и основным впрыскиванием составляет 100 мс. Объем топлива, попадающего в цилиндр в момент каждого предварительного впрыскивания, составляет 1,5 мм3. Это делается для равномерного распределения давления в камере сгорания и, соответственно, уменьшения шума, создаваемого в процессе сгорания. После впрыскивания, в свою очередь, служат для снижения токсичности отработавших газов. Если в конце цикла сгорания произвести еще одно впрыскивание в цилиндр, то оставшиеся частицы сгорают лучше. Кроме того, в случае, когда во впускной системе установлен фильтр для улавливания несгоревших частиц, такая технология за счет высокой температуры способствует его очистке. Это особенно актуально для двигателей с большим рабочим объемом.
Более того, сейчас стало возможным использовать до семи тактов впрыска вместо трех за один рабочий процесс. Благодаря этому появляются новые возможности для увеличения номинальной мощности двигателя и еще более точного контроля за составом отработавших газов.
Новое поколение форсунок позволяет регулировать не только количество впрыска по времени и его фазы, но и управлять подъемом иглы, что позволяет более четко управлять процессом впрыска.
В настоящее время производители дизельной топливной аппаратуры, например фирма Бош, разработала системы Common Rail с давлением впрыска до 2500 кгс/см2. В этих системах форсунка отличается от традиционной тем, что максимальное давление создается не гидроаккумуляторе, а в самой форсунке. Она снабжена миниатюрным гидроусилителем давления и двумя электромагнитными клапанами, позволяющими варьировать момент впрыска и количество топлива в пределах одного рабочего цикла. Таким образом, здесь совмещены принципы работы Common Rail и форсунки.
Другим направлением форсунок фирмы Bosch является устройство в форсунках небольшого напорного резервуара, сокращающего обратный ход к циклу низкого давления. Это позволяет увеличить давление впрыска и КПД системы.
Форсунки с повышенным давлением впрыска соответствуют нормам Евро-6.
Что такое форсунка?
Форсунка – неотъемлемая часть бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания. Поговорим более подробно, что она из себя представляет, по какому принципу работает, каково их назначение и в каких узлах транспортного средства используется.
История
Первая работоспособная форсунка была предложена Александром Ильичом Шпаковским в 1864 году. Затем большую роль сыграла форсунка, созданная в 1880 году инженером Владимиром Григорьевичем Шуховым. Форсунка Шухова благодаря технологичности, простоте конструкции и легкости изготовления получила широкое распространение.
Краткое описание
Форсунка представляет собой нагнетательный насос, он так и переводится с английского языка. Такое устройство можно встретить и в бензиновых, и в дизельных автомобилях. Форсунку также называют инжектором. При помощи нее топливо дозируется, подается в определенном количестве. На сегодняшний день различают электрогидравлические, электромагнитные и пьезоэлектрические инжекторы, или форсунки.
ИНЖЕКТОР ОТВЕЧАЕТ ЗА СЛЕДУЮЩИЕ МОМЕНТЫ:
В устройстве форсунки главной деталью является сопло. За работу инжектора отвечает два канала. При помощи первого канала подается распыляемая жидкость. Второй канал обеспечивает распыление первой жидкости, которое происходит при помощи пара, газа и жидкости. Во многих устройствах за работой форсунки следит электронный блок управления. Он отвечает за подачу напряжения в клапанную систему.
ОБЪЕМ ФОРСУНОК НЕ КОТОРЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Частично полная таблица от компании Accel здесь. Еще момент, кроме как сопротивления, форсунка имеет обхъем как я говорил выше. Точно вам скажет только производитель, KEIHIN. В общем существуют только 2 объема 180 (190) и 235(240). В процентом соотношение это 5 и 2 процента разницы, соотвественно. Разница между 240 и 190 составляет 25 процентов. D14A2 — 190 cc D14A3D14A4 — 190 cc D14A5 — 190 cc D14A7 — 190 cc D14A8 — 190 cc D14Z1 — 190 cc D14Z2 — 190 cc D14Z3D14Z4 — 190 cc D15A3 — 180 cc D15B6 — 180/235 cc D16B2 — 190 cc D15B7 — 235 cc D15Z6 — 190 cc D15Z8 — 190 cc D16A6 — 235 cc D16B2 — 190 cc D16W4 — 190 cc D16Y5 — 190 cc D16Y7 — 180 cc D16Y8 — 240 cc D16Z6 — 235 cc H22A1 — 235 cc H23A1 — 235 cc B20A5 — 235 cc B18C1 — 235 cc B16A3 — 235 cc 
Виды топливных форсунок
В зависимости от топлива, используемого в автомобильном двигателе, форсунки классифицируются на:
Форсунки для бензинового двигателя.
Форсунки для дизельного двигателя.
Устройство форсунки бензинового двигателя
Современные форсунки для бензинового двигателя бывают двух вариантов исполнения:
Топливные форсунки состоят из корпуса с топливными каналами, катушки и иглы клапана с якорем электромагнита. Управление количеством подачи топлива производится электромагнитным клапаном.
Топливо подается в корпус форсунки через тонкое сито. Топливная форсунка либо закрыта (нет сигнала на входе), либо открыта (есть сигнал на входе).
При непосредственном впрыске топлива сопло каждой топливной форсунки оснащено несколькими выходными отверстиями. Такой впрыск называют многоструйным впрыском. Преимущество многоструйного впрыска перед одноструйным впрыском: факел распыла оптимальным образом адаптирован к камере сгорания по форме и углу расположения.
Сопло каждой форсунки оснащено шестью отверстиями. Каждая из шести струй топлива индивидуально адаптирована к условиям камеры сгорания.
Центральное положение топливной форсунки обеспечивает более равномерное распределение топлива и оптимальное приготовление смеси в камере сгорания. При расположении форсунки под углом к вертикальной оси хода поршня сопло каждой форсунки имеет семь выпускных отверстий.
1. Топливная форсунка. 2. Свеча зажигания. 3. Выемка в днище поршня. 4. Струя впрыскиваемого топлива. A Центральное расположение выпускных отверстий. B Эксцентрическое расположение выпускных отверстий.
Топливо впрыскивается в камеру сгорания под точно вычисленным углом, поэтому выпускные отверстия топливной форсунки расположены эксцентрически. Впрыскивание топлива под точно определенным углом препятствует тому, чтобы топливо попадало в открытые впускные клапаны.
Кроме того, каждая из семи конических струй индивидуально адаптирована к условиям камеры сгорания. За счет этого создается структура струи, чья форма обеспечивает оптимальное приготовление горючей смеси в камере сгорания.
Рисунок показывает сравнение впрыска во впускной коллектор и непосредственного впрыска бензина.
Существенным различием является более высокое давление топлива и значительно более короткое время, имеющееся в распоряжении для впрыскивания топлива в камеру сгорания.
Впрыск топлива во впускной коллектор осуществляется за два оборота коленчатого вала. При частоте вращения коленчатого вала 6000 об/мин соответствует продолжительности впрыска около 20 мс.
Потребление топлива при непосредственном впрыске на холостых оборотах значительно ниже по отношению к полной нагрузке, чем при впрыске во впускной коллектор (коэффициент 1:12). Продолжительность впрыска в режиме холостого хода составляет примерно 0,4 мс.
Устройство форсунки дизельного двигателя
В дизельных двигателях применяется несколько типов топливных форсунок:
С помощью форсунок осуществляется управление началом впрыска и количеством впрыскиваемого топлива.
Устройство форсунки с электромагнитным клапаном
Топливо под высоким давлением через канал направляется в форкамеру распылителя и одновременно через впускной дроссель в управляющую камеру клапана. Управляющая камера клапана соединена с возвратом топлива через выпускной дроссель, который открывается электромагнитным клапаном.
Устройство пьезоэлектрической форсунки
Открытие и закрытие форсунки выполняется с помощью пьезоэлемента, расположенного внутри форсунки. Пьезоэлектрическая форсунка включается примерно в четыре раза быстрее, по сравнению с форсункой, управляемой электромагнитом. Это дает следующие преимущества:
В пьезоэлектрических форсунках происходит косвенное управление иглой распылителя, это означает, что открытие и закрытие иглы распылителя происходит через гидравлический контур. Гидравлический контур состоит из области низкого и высокого давления.
Управляющий клапан является переходом между областью высокого давления и низкого давления — доза впрыскиваемого топлива зависит от длительности открытия клапана управления.
Применение
Проблемы и неисправности форсунок двигателя
Для поддержания нормальной работы топливной системы необходимо проводить периодическую чистку форсунок. По мнению специалистов, процедура должна выполняться каждые 20-30 тыс. км пробега, но на практике необходимость в таких работах возникает уже после 10-15 тыс. км. пробега. Это связано с некачественным топливом, плохим состоянием дорог и не всегда правильным уходом за машиной.
К самым актуальным проблемам, преследующими форсунки любого типа, относится появление на стенках деталей отложений, являющихся следствием использования низкокачественного топлива. Результатом является появление загрязнений в системе подачи горючей жидкости и возникновение перебоев в работе, потеря мощности мотором, чрезмерный расход ГСМ.
Причинами, влияющими на работу форсунок, могут быть:
• Чрезмерное содержание серы в ГСМ.
• Коррозия металлических элементов.
• Воздействие высоких температур.
• Проникновение влаги и воды.
Надвигающиеся неполадки можно определить по ряду признаков:
• Появление незапланированных сбоев при старте двигателя.
• Существенное увеличение расхода топлива в сравнении с номинальными значениями.
• Появление выхлопов черного цвета.
• Появление сбоев, нарушающих ритмичность работы мотора на холостом ходу.
Способы чистки форсунок
Для решения вышеназванных проблем требуется периодическая промывка топливных форсунок. Для устранения загрязнений применяют ультразвуковую очистку, используют особую жидкость, выполняя процедуру вручную, либо добавляют специальные присадки, позволяющие очистить форсунки без разбора мотора.
Заливка промывки в бензобак
Наиболее простой и щадящий способ очистки загрязненных форсунок. Принцип действия добавляемого состава заключается в постоянном растворении с его помощью имеющихся отложений в системе впрыска, а также частичное предотвращение их появления в будущем.
промывка форсунки с помощью присадок
Такая методика хороша для новых машин либо автомобилей с небольшим пробегом. В этом случае добавление промывки в бак с топливом выступает профилактикой, позволяющей поддерживать силовую установку и топливную систему машины в чистоте. Для машин с серьезными загрязнениями топливной системы данный способ не подходит, а в ряде случаев может нанести вред, усугубив имеющиеся проблемы. При большом количестве загрязнений смытые отложения попадают в форсунки и забивают их еще больше.
Чистка без снятия с двигателя
Промывка ТФ без разбора двигателя выполняется путем подключения промывочной установки непосредственно к мотору. Такой подход позволяет отмыть скопившуюся грязь на форсунках и топливной рампе. Двигатель на полчаса запускается на холостом ходу, подача смеси происходит под давлением.
промывка форсунок с помощью аппарата
Данный способ не используется на сильно изношенных двигателях, а также не подходит для автомобилей с установленной системой КЕ-Jetronik.
Чистка со снятием форсунок
При сильных загрязнениях двигатель разбирают на специальном стенде, снимают форсунки и выполняют их индивидуальную очистку. Подобные манипуляции дополнительно позволяют определить наличие неисправностей в работе форсунок с их последующей заменой.
Чистка ультразвуком
Очистка форсунок выполняется в ультразвуковой ванне для предварительно снятых деталей. Вариант подходит при сильных загрязнениях, не убирающихся очистителем.
Операции по очистке форсунок без снятия с двигателя в среднем обходятся владельцу автомобиля в 15-20 у.е. Стоимость диагностики с последующей чистой для одной форсунки в ультразвуке либо на стенде составляет около 4-6 у.е. Комплексные работы по промывке и замене отдельных деталей позволяют обеспечить бесперебойную работу топливной системе еще на полгода, добавив 10-15 тыс. км. пробега.
устразвуковая чистка топливных форсунок
Устройство форсунки
По сути, современная форсунка представляет собой клапан на базе электромагнита с программным управлением. Она включает в себя следующие конструктивные элементы:
Находятся форсунки на головке цилиндроблока. Сколько их там, зависит от общего количества цилиндров, так как для каждого требуется по одной. В подавляющем большинстве легковых автомобилей их 4.
Что касается схемы расположения, то в большинстве «легковушек» форсунки выстроены в один ряд и закреплены на полой металлической трубке, по которой в них и поступает топливо.
До того, как форсунки начали использовать на инжекторных двигателях совместно с блоком управления, они имели несколько другое устройство. Вместо индукционной катушки с подвижным сердечником в них стоял клапан высокого давления, который срабатывал после нагнетания горючего топливным насосом при достижении определенного давления. Подобные устройства до сих пор используются на некоторых моделях дизельных двигателей.
Преимущества и недостатки форсунок
Преимущества топливных форсунок:
Основные сведения о форсунке
Конструктивные особенности форсунок определены их главной задачей – точным постоянным дозированием нужного количества топлива, подаваемого в камеру сгорания. Давление, создаваемое в форсунке, напрямую зависит от типа топлива, которое через нее подается в камеру сгорания. Оно может находиться на уровне 200 МПа, при этом сохраняется на небольшом промежутке времени (а это около 1-2 миллисекунд).
Не все форсунки имеют стандартизированный корпус и вид. Они отличаются между собой формой, способом распыления, размерами распылительных элементов, порядком управления процессом. Здесь же важно отметить разность систем впрыска, используемых для различного рода и вида техники. Наиболее распространенные распылители — штифтовые, применяемые совместно с форкамерной зажигательной системой, а также дырчатые, характерные для двигателей, работающих на дизельном топливе.
Важно отметить, что внутренний механизм также напрямую зависит и от способа управления форсунками. Они могут быть одно пружинными, либо же двух пружинными с применением специальных датчиков контроля.
Кроме распыления топлива форсунка должна обеспечивать герметичность для камеры сгорания, чтобы двигатель не терял мощность в процессе работы. Для этого современными разработчиками внедряются различные хитрости и рациональные предложения, с помощью которых внедряется две и более степени перекачки топлива. А вот общий контроль топлива производится с помощью специального блока управления, управляющего электромагнитными клапанами подачи топлива.
Принцип действия и область применения
Механические форсунки условно делятся на прямого действия и центробежные. Форсунки прямого действия применяются, главным образом, в двигателях внутреннего сгорания. Топливо в них подается со значительно бо́льшим давлением (иногда свыше 100 МПа), чем в центробежных. В центробежных форсунках топливо под давлением (в основном 0,6—6 МПа) закручивается в каналах или вихревой камере и выбрасывается через сопло. Форсунки центробежного типа различаются конструкцией, существуют форсунки с обратным сливом жидкого топлива, с регулируемой площадью закручивающих отверстий, многосопельные, ротационные и другие. Для лучшего диспергирования обычно создаются высокие скорости движения жидкости, что ведёт к уменьшению диаметра выходных отверстий сопел и тангенциальных отверстий вихревых камер, поэтому механические форсунки требовательны к чистоте топлива.
В пневматических (паровых) форсунках диспергирование в основном производится газовой струей. Имеют более громоздкие коммуникации, сложное хозяйство, но менее требовательны к обработке деталей и чистоте топлива.
Пневматические форсунки высокого напора бывают прямоструйными и центробежными. Давление газа составляет как правило 0,3—0,7 МПа, иногда и более. Часто используется пар давлением 0,3—1,2 МПа, иногда до 2,5 МПа. Среди прямоструйных форсунок выделяют так называемые эжекционные форсунки, широко применяемые в энергетике и промышленных печах. Форсунки центробежного типа применяются в камерах сгорания газовых турбин.
Ультразвуковая промывка форсунок
Во время эксплуатации форсунок на их рабочих поверхностях происходит отложение мягких и твердых фракций. При постоянном уходе за топливными форсунками мягкие отложения смываются, а отложения твердых составов удаляются частично и постепенно накапливаются.
Установка ультразвуковой очистки форсунок полностью удаляет все виды загрязнений, возникающих во время работы инжектора. В зависимости от времени, необходимого для снятия форсунок, стоимость процедуры очистки зависит от конструкции двигателя.
Перед погружением форсунок в ультразвуковую ванну, их необходимо проверить на стенде, чтобы сравнить результаты измерения производительности до и после очистки. В ультразвуковой ванне процесс очистки происходит за счет кавитации — образованию и последующему схлопыванию пузырьков газа под действием ультразвуковых волн.
Перед повторной проверкой производительности и факела распыла необходимо дать обратный ход жидкости для удаления продуктов очистки из корпуса форсунки. Для очистки и для проверки типы жидкости отличаются друг от друга. Перед установкой форсунок на двигатель подлежат замене все уплотнительные кольца.
Дизельные инжекторы с электромагнитными катушками проверяются на производительность на стенде для проверки форсунок дизельного двигателя. Производится замена распылителей после корректировки регулировочными шайбами отклонений от необходимых параметров работы.
Перед установкой форсунок уплотнительные кольца подлежат обязательной замене.
Для пьезоэлектрических форсунок процедура ремонта и регулировки не предусмотрена.
Все эти процедуры обслуживания топливных форсунок послужат увеличению их срока службы, экономии расхода топлива, повышению мощности двигателя и избавят владельца автомобиля от неприятных сюрпризов. Вовремя проводите техническое обслуживание форсунок и используйте качественное топливо. Будете в Краснодаре, приезжайте промывать форсунки.
Конструкция
Форсунки имеют разнообразные конструкции. Конструкция форсунок зависит от целей, для которых они предназначены.
Наиболее важным элементом форсунки является сопло. Как правило, форсунка состоит из одного, реже двух каналов. По первому на выход подаётся распыляемая жидкость, по второму жидкость, пар, газ, который служит для распыления первой жидкости. Чистая, качественная форсунка даёт конусообразный распыл, а факел получается ровный и непрерывный.
Форсунка дизельного двигателя
Устройство форсунки автомобиля «КрАЗ-255»:
Принцип действия форсунки автомобиля «КрАЗ-255»:
Топливо поступает под давлением в кольцевую камеру, образованную между корпусом распылителя и иглой. За счёт давления топлива игла поднимается и сжимает пружину, при этом открываются сопла распылителя, и через них топливо впрыскивается в цилиндр. При снижении давления игла опускается за счёт пружины и собственной массы, закрывает сопла, прекращая впрыск топлива (его давление зависит от сжатия пружины регулировочным винтом).