Схема дизельной форсунки – Устройство форсунки дизельного двигателя — Сайт о

Содержание

Устройство и обслуживание автомобильных форсунок

Форсунка топливной системы — один из важных компонентов, влияющих на параметры работы двигателя внутреннего сгорания, требует периодического обслуживания по ее очистке от отложений, возникающих на рабочих частях в процессе ее эксплуатации.

От качества образования топливно-воздушной смеси в камере сгорания зависит мощность, расход топлива и запуск двигателя. Поддержание форсунок в чистом состоянии продлевает срок их службы и увеличивает моторесурс двигателя.

Существует несколько типов топливных форсунок (инжекторов), используемых в двигателях внутреннего сгорания легковых автомобилей, и методов их промывки, о которых пойдет речь в этой статье.

Виды топливных форсунок

В зависимости от топлива, используемого в автомобильном двигателе, форсунки классифицируются на:

forsunki-dlya-benzinovogo-dvigatelya

Форсунки для бензинового двигателя.

forsunki-dlya-dizelnogo-dvigatelya

Форсунки для дизельного двигателя.

Устройство форсунки бензинового двигателя

Современные форсунки для бензинового двигателя бывают двух вариантов исполнения:

  • форсунка впрыска топлива во впускной коллектор,
  • форсунка впрыска топлива в камеру сгорания (непосредственный впрыск).

vidy-vpryska-topliva

Топливные форсунки состоят из корпуса с топливными каналами, катушки и иглы клапана с якорем электромагнита. Управление количеством подачи топлива производится электромагнитным клапаном.

toplivnye-forsunki

Топливо подается в клапан через тонкое сито. Топливная форсунка либо закрыта (нет сигнала на входе), либо открыта (есть сигнал на входе).

ustrojstvo-forsunok

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.

mnogostrujnyj-vprysk-topliva

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.

vprysk-pod-uglom-k-vertikalnoj-osi

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.

grafik-vremeni-vpryska

  1. Впрыск во впускной коллектор.
  2. Непосредственный впрыск бензина.
  3. Количество впрыскиваемого топлива.
  4. Полная нагрузка.
  5. Холостой ход.
  6. Время впрыскивания в миллисекундах.

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:

  1. форсунки с электромагнитными клапанами,
  2. пьезоэлектрические форсунки,
  3. насос-форсунка (рассматриваться не будет).

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.

ustrojstvo-dizelnoj-forsunki

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:

  • многоточечный впрыск с переменными началом впрыска и интервалами,
  • подача малых доз топлива для предварительного впрыска,
  • низкий уровень шума (до 3 дБ),
  • экономия расхода топлива (до 3%),
  • уменьшения выброса отработавших газов (до 20%),
  • повышение мощности двигателя (до 7%),
  • улучшения плавности хода.

ustrojstvo-pezoehlektricheskoj-forsunki

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.

Техническое обслуживание форсунок

Промывка автомобильных форсунок — такая же необходимая процедура ухода за автомобилем, как замена масла, тормозной жидкости, поддержание необходимого давления в шинах и т. д. Большинство автомобилистов эту процедуру просто игнорируют, ссылаясь на недостаток времени, отсутствие “лишних” денег или откладывают на потом, а значит — никогда.

Рано или поздно наступает момент, когда (особенно в холодное время года), начиная утром запускать двигатель, сделать это с первой попытки не удается, и не обращая внимание на этот симптом, продолжают эксплуатировать автомобиль дальше.

Более щепетильные владельцы авто отправляются на компьютерную диагностику и, тратя деньги и время, которые можно было вложить в своевременный уход за топливной системой, получают, чаще всего, не корректное заключение о причинах такого поведения двигателя.

Начинается замена свечей, вспоминают про топливный фильтр, который “сто лет” уже не меняли, смена места заправки и т. д. Когда “танцы с бубном” вокруг автомобиля не приносят никаких результатов и все возможные и невозможные действия проделаны, дело доходит до форсунок.

Находится “опытный” гаражный автомастер, который дает совет: залить в бензобак присадку в топливо для очистки форсунок, и хорошо, если это хоть частично решает проблему, — некоторые присадки так “хороши”, что растворяя отложения на стенках бензобака и топливных магистралях серу и фракции тяжелых соединений, не останавливаясь в топливном фильтре, засоряют топливные форсунки окончательно.

Есть два пути решения этой проблемы: радикальный — заменить форсунки или буксировать автомобиль в автомастерскую для снятия и промывки на стенде ультразвуковой очистки форсунок, что тоже не всегда помогает.

Первая причина — недостаточная квалификация мастера: незнание устройства форсунок, которые он берется промывать. Ультразвуковые ванны для очистки форсунок разрушают керамические детали, которые могут присутствовать в конструкции — такие форсунки чистить в ультразвуковой ванне категорически запрещено.

Вторая причина — старость форсунок: ультразвуковое колебание может разрушить старое, “высохшее” лаковое изоляционное покрытие проводов катушки в форсунке, и происходит замыкание в обмотке, что случается не часто, но если это возможно — значит не исключено. Чтобы избежать всех этих неприятностей, надо вовремя проводить химическую промывку форсунок.

Химическая промывка форсунок

Существует большое количество стендов разной конструкции для химической промывки топливных форсунок, но принцип выполнения данной процедуры един — подсоединение аппарата к топливной рампе и работа двигателя на сольвенте (жидкость для промывки), который является химическим растворителем и топливом одновременно.

benzinovye-forsunki

Процедура занимает около двух часов — час на промывку и около часа на подключение и отключение аппарата. Для двигателей объемом до двух литров требуется один литр промывочной жидкости. При большем объеме двигателя необходимо больше сольвента.

При подготовке к промывке магистраль подачи топлива подключается к обратной магистрали в бензобак, но последние лет десять автомобили с такой конструкцией топливной системы не производятся и приходится отключать бензонасос, что иногда бывает сделать проблематично.

Снять электрический разъем с бензонасоса невозможно из-за его расположения под кузовом или затрудненного доступа (не на всех автомобилях заднее сиденье снимается легко и быстро). На некоторых моделях автомобилей предохранитель бензонасоса защищает еще и электрическую цепь зажигания (например, Форд фьюжен и Форд фиеста).

Снять реле бензонасоса, интегрированное в модуль управления электрооборудованием кузова, не представляется возможным технически, и много других “подводных камней”, возникающих в зависимости от марки автомобиля.

В этом случае глушится магистраль подачи, и циркуляция топлива происходит через обратный клапан в бензонасосе, что является нарушением технологии промывки.

dizelnye-forsunki

При обслуживании форсунок дизельного двигателя без подкачивающего насоса в топливном баке, когда глушится магистраль подачи топлива, необходимо ее не “завоздушить” потому, что без специнструмента прокачать ее потом будет очень трудно, а иногда не возможно.

Нельзя забывать и возвратной магистрали с топливных форсунок, в которой специальным клапаном поддерживается определенное давление для их корректной работы, глушить ее нельзя и оставлять подключенной к топливному фильтру тоже.

Надо организовать сбор промывочной жидкости в отдельную емкость (если нет возможности подключения к промывочному стенду) для дальнейшего использования в процедуре промывки форсунок. Во время химической промывки происходит еще и чистка камеры сгорания, поршней и клапанов, что является плюсом, по сравнению с ультразвуковой очисткой форсунок.

Как часто промывать форсунки, зависит от многих факторов — режима эксплуатации двигателя, качества используемого топлива, отношения владельца к своему автомобилю и др. При нормальных режимах эксплуатации и приемлемом качестве топлива производители рекомендуют промывку топливных форсунок каждые 25-30 тысяч километров пробега и делать процедуру перед заменой масла в двигателе.

Чаще всего для промывки используют очиститель форсунок для бензиновых двигателей “Лавр”, вариант которого есть и для дизельных двигателей. На его упаковке указано, что после промывки замена свечей не требуется, но лучше промывать форсунки, используя старые свечи, специально приготовленные для этого случая.

При использовании бельгийской промывочной жидкости “Винс”, после промывки форсунок, замена масла и свечей обязательна.

Начинать промывку топливных форсунок надо при полностью прогретом двигателе, так как запустить холодный двигатель на промывочной жидкости не получится, а что касается отечественных автомобилей, даже небольшое падение температуры во время подключения устройства для чистки форсунок сильно затрудняет запуск двигателя.

Давление подачи сольвента рекомендуется выставлять 3 бара, исключением являются старые отечественные автомобили с обратной магистралью возврата топлива, с рабочим давлением в топливной рампе 2,2 — 2,6 бар.

После 10-и минут работы двигателя на холостых оборотах желательно его остановить на 10 минут для “откисания” деталей, контактирующих с промывочной жидкостью, после повторного запуска периодически повышать обороты до 2000-2500 об/мин до завершения промывки.

При использовании жидкости “Винс” — этого лучше не делать, так как сгорание сольвента “Винс” хуже, чем у жидкости “Лавр”, поэтому можно “залить” свечи со всеми вытекающими после этого проблемами для повторного запуска двигателя.

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.

chistka-i-proverka-forsunok

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.

С уважением, Олег!

olegles.ru

виды, устройство и принцип работы

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.
Устройство механической форсунки

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).

Устройство электромагнитной форсунки

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

Устройство электрогидравлической форсунки двигателя

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

Устройство пьезоэлектрической форсунки двигателя

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.

techautoport.ru

MirMarine — Форсунки судовых дизелей, конструкция

Форсунки судовых дизелей бывают двух типов: открытые и закрытые. Форсунки открытого типа из-за существенных недостатков в последнее время на дизелях не устанавливают.

При использовании форсунок открытого типа топливо от топливного насоса высокого давления через форсуночную трубку подается к форсунке, подводящий канал которой является продолжением трубки, далее топливо поступает на распылитель и в цилиндр. Ввиду отсутствия запорного устройства топливо начинает поступать в цилиндр, как только давление в топливопроводе станет больше давления в цилиндре. Поэтому первые частицы топлива, поступающего в цилиндр, имеют сравнительно большие размеры, плохо перемешиваются с воздухом и сгорают неполностью. То же самое происходит и в конце подачи, когда давление топлива снова падает. Для уменьшения отрицательного влияния этих явлений на качество распыливания и сгорания топлива топливные насосы дизелей с форсунками открытого типа имеют кулачные шайбы специального профиля, позволяющие сократить время нарастания давления и подачи топлива в цилиндр до минимальных значений.

У форсунок закрытого типа на пути топлива перед соплом устанавливают специальный запорный клапан игольчатого типа, нагруженный пружиной. Первоначальная затяжка пружины зависит от типа двигателя, способа смесеобразования и других причин и принимается от 140 до 300 бар; для некоторых дизелей — до 400 бар. Высота подъема иглы игольчатого клапана зависит прежде всего от количества подаваемого топлива в цилиндр за один впрыск и колеблется от 0,35 до 1,1 мм— более высокий подъем иглы привел бы к перегрузке и быстрому износу пружины. Закрытые форсунки позволяют подавать топливо в цилиндр при высоких давлениях даже при работе двигателя на малых оборотах. Сопло у форсунок небольших дизелей выполняют обычно вместе с распылителем, у форсунок крупных дизелей — отдельной деталью, которую по мере износа отверстий заменяют.

Форсунки больших дизелей имеют специальные каналы для подачи охлаждающей жидкости в район распылителя и сопла. Охлаждение форсунки уменьшает нагарообразование в районе сопла и возможность закоксовывания его отверстий. В качестве охлаждающей жидкости применяют дизельное топливо или пресную воду. При охлаждении форсунок водой устанавливают обычно индивидуальную систему охлаждения с собственным холодильником для охлаждения пресной воды. Периодически путем анализа проверяют, нет ли в охлаждающей воде топлива, и в случае его появления немедленно выясняют, в какой форсунке появилась неплотность, и заменяют ее.

Все форсунки закрытого типа работают по одинаковому принципу и отличаются только устройством распылителей, которые бывают дырчатыми и штифтовыми. Устройство многодырчатого и штифтового распылителей показано на рис. 54. Топливо от топливного насоса по каналу 1 проходит в полость 3. Когда общее усилие, действующее на конусную площадку 4, превышает упругость пружины, игольчатый клапан 2 приподнимается и топливо попадает в камеру сгорания в первом случае через отверстия, а во втором — через щелевой канал 5 (между игольчатым клапаном и распылителем). Форсунки со штифтовыми распылителями не нашли широкого применения, так как вследствие интенсивного износа распылителя ширина канала увеличивается и качество распыла ухудшается.

Конструкция стандартной форсунки закрытого типа двигателей ДР 30/50-3 показана на рис. 55. К стальному кованому корпусу 4 форсунки при помощи нажимной гайки 3 крепится распылитель 2 с игольчатым клапаном 1, который через толкатель 5 нагружен пружиной 6, натяжение пружины регулируют винтом 7 и фиксируют контргайкой 11. Топливо от топливного насоса подается через щелевой фильтр 8 по каналу А в полость под игольчатый клапан 1. Когда усилие, созданное давлением топлива на конусную площадку иглы, превысит начальное натяжение пружины (200—205 бар), игла поднимается и топливо через восемь сопловых отверстий диаметром 0,35 мм попадет в камеру сгорания. Угол между отверстиями 140°. Подъем иглы равен 0,5 мм и ограничен нижним торцом корпуса 4 форсунки. Топливо, просочившееся через зазор между иглой и распылителем, отводится по каналу В в присоединенную к корпусу с помощью штуцера 12 сливную трубку. Уплотнение сливной трубки осуществляется прокладками 13.

Для прокачивания форсунки после профилактики и ремонта служит невозвратный шариковый клапан 9, прижимаемый к гнезду болтом 10. Уплотнение между форсункой и цилиндровой крышкой — красномедная прокладка 14.

Подобные форсунки просты по конструкции, однако имеют ряд недостатков, главными из которых следует считать: отсутствие специальной ограничительной шайбы подъема иглы, что приводит к износу корпуса форсунки; при износе отверстий распылителя приходится заменять весь комплект (у форсунок с отдельно выполненным соплом заменяют только последний). Отсутствие специального охлаждения тоже упрощает конструкцию форсунки, однако приводит к нагарообразованию и закоксовыванию отверстий распылителя.

В последнее время получили распространение гидрозапорные и гидромеханические форсунки.

У гидрозапорных форсунок для регулирования давления начала впрыска применяется гидравлический запор (вместо пружины), у гидромеханических форсунок — пружина в комплекте с гидравлическим запором.

Схема гидрозапорной форсунки с гидравлически управляемой иглой показана на рис. 56. Топливо по топливоподающему каналу попадает в полость Б под иглу форсунки. Запирающая жидкость поступает в полость В и действует на поверхность А, площадь которой и давление запирающей жидкости определяют расчетным путем. Игла приподнимается тогда, когда усилие, создаваемое давлением топлива на конусную площадку иглы, превышает усилие, создаваемое запирающей жидкостью на поверхность А. Жидкость для запирания иглы подается специальным насосом. Иногда для запирания форсунки используют то же топливо, которое подается к форсунке топливными насосами высокого давления.

Преимущества гидрозапорных топливных систем перед механическими: увеличивается срок службы распылителей благодаря смазке иглы гидросмесью, свободной от механических и химических примесей; можно изменять давление запирания в соответствии с режимом работы двигателя; обеспечивается одинаковое усилие запирания игл по всем форсункам; повышается экономичность дизеля за счет улучшения качества впрыска.

Похожие статьи

mirmarine.net

Устройство электромагнитной форсунки

 

Форсунка (инжектор), является основным элементом системы впрыска.

Назначение форсунки

Дозированная подача топлива, распыление его в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси. Форсунки нашли свое применение в системах впрыска бензиновых и дизельных двигателей. На современных автомобилях устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска.

Виды форсунок

Форсунки различаются в зависимости от способа осуществления впрыска топлива. Давайте рассмотрим основные виды форсунок:

  • Электромагнитные форсунки;
  • Электрогидравлические форсунки;
  • Пьезоэлектрические форсунки.

Устройство электромагнитной форсунки

1 — сетчатый фильтр; 2 — электрический разъем; 3 – пружина; 4 — обмотка возбуждения; 5 — якорь электромагнита; 6 — корпус форсунки; 7 — игла форсунки; 8 – уплотнение; 9 — сопло форсунки.

Электромагнитная форсунка нашла свое применение на бензиновых двигателях, в том числе оборудованных системой непосредственного впрыска. Электромагнитной форсунка имеет простую конструкцию, которая включает электромагнитный клапан с иглой и соплом.

Как работает электромагнитная форсунка

Работа электромагнитной форсунки осуществляется в соответствии с заложенным алгоритмом в электронный блок управления. Электронный блок в определенный момент подает напряжение на обмотку возбуждения клапана. Вследствие этого создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло форсунки, после чего производится впрыск топлива. Когда напряжение исчезает, пружина возвращает иглу форсунки обратно на седло.

Устройство электрогидравлической форсунки

1 — сопло форсунки; 2 – пружина; 3 — камера управления; 4 — сливной дроссель; 5 — якорь электромагнита; 6 — сливной канал; 7 — электрический разъем; 8 — обмотка возбуждения; 9 — штуцер подвода топлива; 10 — впускной дроссель; 11 – поршень; 12 — игла форсунки.

Электрогидравлическая форсунка применяется на дизельных двигателях. Электрогидравлическая форсунка включает электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

Как работает электрогидравлическая форсунка

Работа электрогидравлической форсунки основана на использовании давления топлива при впрыске. В обычном положении электромагнитный клапан закрыт и игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Давление топлива на иглу меньше давления на поршень, благодаря этому впрыск топлива не происходит.

Когда электронный блок управления дает команду на электромагнитный клапан, открывается сливной дроссель. Топливо вытекает из камеры управления через сливной дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель препятствует выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали, вследствие чего давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу форсунки не изменяется. Игла форсунки поднимается и происходит впрыск топлива.

Устройство пьезоэлектрической форсунки

1 — игла форсунки; 2 – уплотнение; 3 — пружина иглы; 4 — блок дросселей; 5 — переключающий клапан; 6 — пружина клапана; 7 — поршень клапана; 8 — поршень толкателя; 9 – пьезоэлектрический элемент; 10 — сливной канал; 11 — сетчатый фильтр; 12 — электрический разъем; 13 — нагнетательный канал.

Пьезофорсунка(пьезоэлектрическая форсунка) является самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива в современных автомобилях. Форсунка применяется на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. Основные преимущества пьезоэлектрической форсунки в точности дозировки и быстроте срабатывания. Благодаря этому пьезофорсунка обеспечивает многократный впрыск на протяжении одного рабочего цикла.

Как работает пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка)

Работа пьезофорсунки основана на изменении длины пьезокристалла при подачи напряжения. Пьезоэлектрическая форсунка состоит из: корпуса, пьезоэлемента, толкателя, переключающего клапана и иглы.

Пьезофорсунка работает по гидравлическому принципу. В обычном положении игла прижата к седлу силой высокого давления топлива. Электронный блок подает электрический сигнал на пьезоэлемент и его длина увеличивается, воздействуя на поршень толкателя, открывает переключающий клапан и топливо поступает в сливную магистраль. Давление над иглой падает, и за счет давления в нижней части игла поднимается, что приводит к впрыску топлива. Количество впрыскиваемого топлива зависит от длительности воздействия на пьезоэлемент и давления топлива в топливной рампе.

www.autoezda.com

MirMarine — Форсунки судовых дизелей

Форсунки предназначены для впрыска топлива в камеру сгорания в виде мелко распыленного аэрозоля. Они должны обеспечивать оптимальные условия смесеобразования, основными из которых являются мелкость распыливания и равномерность распределения топлива по камере сгорания.

Для облегчения компоновки на дизеле форсунки должны иметь минимальные размеры. Кроме того, уменьшение объема внутренней полости форсунки позволяет повысить давление впрыска и сократить вредное влияние волн давления на процесс топливоподачи. Для четырехтактных судовых средне и высокооборотных дизелей центральное расположение форсунки в крышке цилиндров, когда сопловый наконечник равноудален от стенок камеры сгорания, является наиболее типичным. Пример центрального расположения форсунки в крышке цилиндров среднеоборотного двигателя типа L32/40 фирмы MAN представлено на рисунке 1.4.

Для двухтактных дизелей с прямоточно-клапанной схемой продувки наличие центрально расположенного выпускного клапана определило периферийное расположение двух или трех форсунок на один рабочий цилиндр. При этом сопловые наконечники имеют строго ориентированные отверстия для покрытия струями распыляемого топлива определенного пространства камеры сгорания.

Из всего многообразия конструкций на судовых дизелях наибольшее распространение получили форсунки закрытого типа, т. е. форсунки, в которых установлен специальный клапан, разъединяющий полость распылителя форсунки и рабочего цилиндра в течение всего цикла, кроме процесса впрыска. Как правило, для этих целей используются игольчатые клапаны с автоматическим открытием под действием давления топлива, подаваемого от топливного насоса в полость форсунки. Некоторые конструкции форсунок средне и высокооборотных судовых дизелей представлены на рисунке 1.5.

Прижатие игольчатого клапана к седлу осуществляется с помощью цилиндрической пружины, которая передает усилие на хвостовик клапана через специальную подвижную штангу. Наличие штанги позволяет вынести пружину из зоны действия высоких температур, облегчить регулировку форсунки и уменьшить габариты распылителя. Штанга изготавливается по возможности более легкой, так как увеличение массы подвижных деталей ведет к снижению быстродействия игольчатого клапана, затягиванию окончания впрыскивания, ускоренному изнашиванию запирающего конуса. По этим причинам в некоторых конструкциях от длинной штанги стараются отказаться. Ряд производителей переходят на использование форсунок с низким расположением пружины и короткой штангой-тарелкой под ней (рис. 1.5в). При этом сама форсунка становится компактнее.

Первоначальная затяжка пружины, которая определяет давление открытия игольчатого клапана, осуществляется с помощью регулировочного болта, установленного в верхнем торце форсунки, или путем установки под пружину специальных калиброванных шайб. Последнее решение характерно для ряда высокооборотных дизелей относительно небольшой цилиндровой мощности.

Между регулировочным болтом и пружиной игольчатого клапана в ряде конструкций устанавливается промежуточный упор, в котором выполнен паз для прохождения через него штуцера подвода топлива к форсунке (рис. 1.5а–в). Штуцер прижимается к лунке на внутренней стороне стенки корпуса форсунки. От осевого проворачивания промежуточный упор фиксируется с помощью фиксирующего штифта. Такое решение позволяет избежать деформации корпуса под действием силы прижатия топливного штуцера, которая может привести к заклиниванию форсунки.

Внутренняя полость камеры для установки пружины используется для сбора протечек топлива, которое, просочившись вдоль цилиндрической поверхности иглы, создает ванну для пружины, обеспечивая ее смазывание и отвод теплоты. Это предохраняет последнюю от коррозии и на 20…25% уменьшает динамические напряжения в витках.

Сливное отверстие для отвода протечек в дренажный канал располагают в верхней части форсунки для поддержания камеры пружины в постоянно заполненном состоянии.

Для предотвращения попадания протечек в охлаждающую воду на корпусе форсунки устанавливаются специальные резиновые уплотнительные кольца, разделяющие каналы подвода и отвода различных сред.

Распылитель — наиболее ответственный элемент конструкции форсунки. На рисунке 1.6 показаны конструкции некоторых распылителей четырехтактных судовых дизелей.

Высокие значения температур, действующие в камере сгорания двигателя, могут привести к перегреву распылителя, в результате чего может произойти заклинивание игольчатого клапана, направляющий стержень которого вместе с направляющим отверстием в корпусе распылителя образует прецизионную пару. В результате зависания иглы происходит закоксовывание сопловых отверстий. Особенно высока вероятность заклинивания у распылителей форсунок, работающих на тяжелых топливах, которые подаются к распылителю с температурой 100…140°C. При перегреве распылителя снижается твердость запирающих поверхностей, увеличивается их износ, изменяется величина зазоров в прецизионных соединениях, уменьшается их герметичность. Все это носит прогрессирующий характер, так как ведет к ухудшению условий протекания рабочего процесса в двигателе. Максимально допустимая температура кончиков распылителей обычно не должна превышать 220…240°C, более высокие значения ведут к быстрому снижению их работоспособности.

Для предотвращения перегрева в корпусе распылителя предусматриваются полости для подвода к ним охлаждающей воды (рис. 1.6в–д) или масла (рис. 1.6б). Эти же полости, а также внутренние каналы подвода охлаждающей жидкости позволяют поддерживать температурный режим форсунки при неработающем двигателе, находящемся в горячем резерве.

Другой вариант предотвращения перегрева распылителя основан на уменьшении площади выступающей части распылителя в камеру сгорания. В ряде конструкций форсунок СОД и ВОД используются длиннокорпусные распылители (рис. 1.5а) с удлиненной нижней частью между цилиндрической поверхностью и запорным конусом. Их использование позволяет удалить прецизионную пару от наиболее нагретой нижней части и укоротить штангу, уменьшить диаметр ее нижней части. Кроме того, обеспечивается эффективное и равномерное охлаждение топливом иглы и корпуса распылителя в кольцевом зазоре у нижней части иглы. Тепловая защита основана на принципе противотока: тепловой поток направлен вверх, холодное топливо — вниз. Сокращение площади поверхностей, выступающих в камеру сгорания, приводит к тому, что количество тепла, воспринимаемое распылителем, сокращается. К тому же сам корпус распылителя плотно прилегает к латунному стакану, установленному в крышке цилиндра, интенсивно охлаждаемому водой из системы охлаждения двигателя.

Для двигателей с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания широко используются многоструйные распылители клапанного типа. Корпус распылителя может быть как цельным, так и составным (рис. 1.6), с охлаждающей полостью или без нее. Нижняя часть распылителя представляет собой сопловый наконечник, в котором имеется ряд отверстий, просверленных под определенным углом к оси рабочего цилиндра. Число отверстий может составлять от 1 до 10, а их диаметр колеблется от 0,12 до 1,05 мм. При центральном положении форсунки отверстия располагают симметрично по окружности. Если форсунка смещена или наклонена, отверстия располагают несимметрично. Для уменьшения подтекания топлива объем подыгольчатого пространства стараются свести к минимуму, а отверстия сверлятся непосредственно под запорный конус. В этом случае уменьшается закоксовывание распылителя, сокращаются выбросы сажи и, особенно, углеводородов.

От основного объема полости распылителя сопловый наконечник отделяется игольчатым клапаном, плотно прижатым к седлу с помощью пружины. Обычно угол запорного конуса равен 60°, а угол посадочной поверхности на 0,5…1,5° меньше, чем у иглы. Это обеспечивает быструю посадку иглы без сильного удара о седло и надежное уплотнение.

При увеличении давления в полости распылителя сила, действующая на клапан, возрастает, и когда достигается значение, достаточное для преодоления усилия пружины, клапан открывается, пропуская топливо в сопловый наконечник, и далее, через сопловые отверстия, в камеру сгорания двигателя. Ход игольчатого клапана ограничивается специальным упором в корпусе форсунки. Высота подъема клапана обычно лежит в пределах 0,5…1,5 мм и зависит от размеров форсунки и количества пропускаемого ею топлива. С увеличением хода иглы растут динамические силы удара ее о седло и упор, что приводит к появлению наклепа и потере плотности посадки иглы. Для увеличения срока службы упор изготавливается в виде вставки в корпус, выполненной из более твердого материала (рис. 1.5а).

При снижении давления в полости распылителя игла клапана под действием пружины опускается, отделяя полость соплового наконечника от полости распылителя. Давление закрытия игольчатого клапана всегда ниже, чем давление открытия. Это объясняется тем, что с момента отрыва иглы от седла давление топлива действует на всю поверхность клапана. В результате давление, необходимое для удержания клапана в открытом состоянии, будет меньше, чем давление, необходимое для его открытия. Данное явление называется дифференциальным эффектом иглы. Его наличие приводит к тому, что качество распыливания топлива в заключительной фазе будет хуже, чем в начальной стадии.

Форсунки судовых малооборотных двухтактных дизелей по своему принципу действия и ряду конструктивных решений аналогичны форсункам средне- и высокооборотных двигателей, однако имеют ряд особенностей, вызванных специфическими требованиями. На рисунке 1.7 представлен общий вид форсунок судовых малооборотных дизелей двух ведущих производителей— фирм Wärtsilä и MAN. На рисунке 1.7в представлена конструкция форсунки двигателя RT-flex 50B с электронным управлением впрыском. Такая форсунка имеет ряд конструктивных особенностей, которые будут рассмотрены нами далее.

Главной отличительной особенностью форсунок малооборотных дизелей является широкое использование в них сменных наконечников распылителя (рис. 1.7, 1.8). Это актуально для двигателей, особенно при их работе на мазутах, так как позволяет заменять сопловый наконечник, имеющий наименьший ресурс, без замены дорогостоящей прецизионной пары игольчатого клапана. При такой конструкции наконечник через корпус распылителя стягивается с корпусом игольчатого клапана, образуя дополнительный прецизионный разъем (рис. 1.8а, г, д).

В составном распылителе упрощается изготовление прецизионной пары, она меньше подвержена тепловым нагрузкам. Для форсунок малооборотных дизелей используются многоструйные распылители, которые в большей степени соответствуют смесеобразованию в неразделенных камерах сгорания (рис. 1.8).

У форсунок с периферийным расположением сопловые отверстия должны формировать струи аэрозоля, которые покрывают определенное пространство камеры сгорания. В результате сопловые отверстия приходится располагать с одной стороны соплового наконечника, слегка смещая их на некоторый угол и по высоте (рис. 1.8в). При этом сопловый наконечник приходится удлинять, увеличивая тем самым площадь выступающей части и, следовательно, количества тепла, воспринимаемого им. Кроме того, возрастает объем подыголочной камеры, в котором после завершения впрыска оставшееся топливо подвергается действию высоких температур. Некоторое количество топлива при этом испаряется, и через сопловые отверстия топливные пары попадают в рабочий цилиндр. Часть паров на стадии догорания успевает частично выгореть с образованием сажи, часть, поступившая в рабочий цилиндр уже после завершения процесса сгорания, увеличивает содержание в отработавших газах углеводородов. Кроме того, в подыголочной камере и на поверхности соплового наконечника под действием высоких температур происходит процесс пиролиза топлива с образованием твердого кокса, способного нарушить нормальные условия протекания процесса впрыска.

По причине, приведенной выше, все производители топливных систем для судовых малооборотных дизелей стараются сократить объем подыголочной камеры. Так, в своих новых разработках фирма Wärtsilä использовала наконечник, запрессованный в корпус, совместив его с седлом игольчатого клапана (рис. 1.8б).

Фирма MAN использовала дополнительный подвесной клапан конусного типа, который при закрытии основного клапана отсекает часть подыголочной камеры, оставляя только тот объем, который соответствует положению крайнего верхнего соплового отверстия (рис. 1.8г).

Наиболее полно проблема сокращения подыголочного объема решается в конструкции фирмы MAN, которая представлена на рисунке 1.8д. В данной конструкции фирма применила скользящий золотник, расположенный в канале подыголочной камеры, соединив его с основным клапаном распылителя. Недостатком такой конструкции является необходимость размещения всех сопловых отверстий в нижней части соплового наконечника. Как результат, отверстия имеют достаточно большой диаметр, что приводит к ухудшению качества распыливания. Поэтому форсунки с таким распылителем применяются преимущественно на двигателях с гидравлическим приводом топливного насоса, у которых давление впрыска топлива практически не зависит от частоты вращения двигателя.

Основной особенностью топливоподачи в двигателях, оборудованных аккумуляторными системами впрыска, является наличие постоянного давления в аккумуляторе, что ограничивает возможность его резкого сброса перед форсункой. В аккумуляторной системе впрыска давление в пространстве под иглой будет падать только за счет истечения топлива через сопловые отверстия. По мере падения давления в надыголочном пространстве игла будет опускаться, увеличивая тем самым гидравлическое сопротивление в зазоре между запорным конусом и седлом игольчатого клапана. По мере уменьшения зазора скорость истечения топлива из сопловых отверстий будет падать и в конце впрыска может оказаться недостаточной, чтобы сбросить остатки топлива с соплового наконечника. Образовавшаяся капля под действием высоких температур начнет коксоваться, и постепенно наконечник перестанет работать. При наличии винтовой канавки (рис. 1.7в), которая имеет достаточно большую длину, процесс впрыска будет протекать следующим образом: при подаче относительно большой порции топлива к форсунке от блока управления гидравлическое сопротивление канавки оказывается слишком большим, чтобы существенно повлиять на утечку топлива из надыголочного пространства (дросселирующее действие канавки очень велико). А вот при посадке иглы, когда подача топлива прекратилась, в какой-то момент сопротивление канавки станет меньше, чем сопротивление в зазоре между игольчатым клапаном и его седлом. При этом топливо из надыголочного пространства пойдет по пути наименьшего сопротивления, т. е. через винтовую канавку в камеру пружины и далее на слив, а игольчатый клапан быстро закроется, обеспечив резкую отсечку впрыска.

Еще одной важной особенностью топливоподачи в малооборотных дизелях является необходимость поддержания теплового режима всех элементов топливной аппаратуры для обеспечения заданной вязкости тяжелого топлива. Особенно это актуально при остановке двигателя, так как снижение температуры топлива может привести к недопустимому росту вязкости, при которой работа топливной системы будет невозможной. В ранних конструкциях данную проблему решали путем перевода двигателя перед остановкой на маловязкое топливо, которое заполняло систему топливоподачи и обеспечивало надежный пуск двигателя из холодного состояния. Сегодня данная процедура производится только при необходимости остановки не только самого двигателя, но и всех его систем.

В некоторых топливных системах для поддержания температуры устанавливаются местные подогреватели, так называемые спутники, осуществляющие нагрев элементов топливной аппаратуры за счет теплоты подводимого к ним водяного пара.

В настоящее время широко используются топливные системы с постоянной циркуляцией подогретого топлива. При этом топливо циркулирует не только во время стоянки двигателя, но и в периоды между впрысками. Таким образом обеспечивается не только поддержание заданной вязкости топлива, но и охлаждение форсунок.

Для обеспечения постоянной циркуляции в конструкцию элементов топливной системы внесен ряд изменений, основными из которых являются замена нагнетательного клапана ТНВД наполнительным и установка в форсунках циркуляционных клапанов. Подогретое топливо, подаваемое подкачивающим насосом с электрическим приводом в периоды между впрысками, через открытый наполнительный клапан попадает в надплунжерное пространство ТНВД, из которого по трубопроводу высокого давления поступает в форсунку. Далее топливо через открытый циркуляционный клапан попадает в охлаждающую полость форсунки, из которой оно по дренажному каналу сливается назад в расходную цистерну.

Схема работы форсунки малооборотного двигателя фирмы MAN, оборудованной циркуляционным клапаном, представлена на рисунке 1.9.

Циркуляционный клапан игольчатого типа, установленный в верхней части, разъединяет полость высокого давления форсунки и линию подвода топлива. При отсутствии подачи топливо в полость циркуляционного клапана поступает с давлением около 1 МПа, создаваемым подкачивающим насосом. Это давление недостаточно, чтобы открыть клапан, преодолев усилие нагружающей его пружины. В верхней направляющей клапана имеется небольшое дренажное отверстие, по которому топливо попадает из полости циркуляционного клапана в охлаждающую полость форсунки. Далее через сливной штуцер топливо отводится назад в расходную цистерну (рис. 1.9а).

В начале нагнетательного хода ТНВД дренажное отверстие оказывается не в состоянии отвести все топливо, поступающее из нагнетательной магистрали. В результате давление в полости клапана начинает увеличиваться, что приводит к его открытию. При поднятии клапана дренажное отверстие на направляющей перекрывается, и полость клапана оказывается отсоединенной от сливной магистрали. С этого момента все топливо, подаваемое ТНВД, поступает через открытый циркуляционный клапан в полость распылителя (рис. 1.9б).

При достижении давления, необходимого для открытия клапана распылителя, последний поднимается вверх, одновременно перемещая золотниковый клапан соплового наконечника и обеспечивая доступ топлива к сопловым отверстиям. Начинается впрыск (рис. 1.9в).

По окончании нагнетательного хода плунжера ТНВД все клапаны возвращаются в исходное положение.

На рисунке 1.10 представлена конструкция циркуляционного клапана, используемого фирмой Wärtsilä для форсунок малооборотных двигателей серии RTA. Клапан размещается в присоединительном штуцере форсунки. По принципу действия он аналогичен рассмотренному ранее клапану фирмы MAN. Отличие состоит лишь в том, что для более надежного разъединения полости клапана от сливной магистрали, помимо золотниковой пары, здесь предусмотрено еще дополнительное уплотнение за счет установки обратного клапана, состоящего из запорного конуса, который садится на седло в направляющей втулке. Топливо через дренажное отверстие попадает во внешнюю полость клапана, откуда по специальному каналу отводится на охлаждение распылителя, а затем поступает на сливной штуцер, установленный на верхнем фланце форсунки.

Значительный рост максимального давления цикла в современных малооборотных двигателях привел к необходимости увеличения давления открытия игольчатого клапана распылителя. Это было продиктовано двумя основными соображениями. Во-первых, попыткой улучшить качество распыливания топлива на начальной стадии процесса впрыска, и, во-вторых, чтобы предотвратить заброс газов из камеры сгорания в топливную систему.

Однако для двигателей, работающих непосредственно на винт, у которых регулирование мощности осуществляется изменением числа оборотов, такое повышение может приводить к неустойчивой и неравномерной подаче на режимах малых ходов. Ухудшение условий сгорания приводит к повышенному нагарообразованию в камере сгорания и образованию отложений в подпоршневых полостях, которые ухудшают условия газообмена двигателя.

Работа двигателей на малых нагрузках значительно может быть улучшена путем снижения давления начала подачи топлива форсункой. Однако при переходе на режимы, близкие к максимальной мощности, давление должно быть повышено.

Раньше на судовых двигателях проблема регулирования давления открытия клапана распылителя решалась путем организации дополнительного гидравлического нагружения игольчатого клапана. Для этого двигатель оборудовался специальной системой для подачи топлива или масла в систему гидрозапирания форсунок. Изменяя давление в данной системе, можно изменять давление начала впрыска топлива форсункой. В настоящее время такая система на судовых дизелях используется только в форсунках с электрогидравлическим управлением процессом впрыска аккумуляторного типа (так называемых системах Common Rail).

Конструкция и принципы действия таких форсунок будут рассмотрены далее в соответствующих главах.

На рисунке 1.11 представлена конструкция форсунки, разработанная фирмой MAN, которая содержит устройство для изменения давления начала открытия форсунки в зависимости от среднего давления впрыска топлива.

Устройство состоит из канала подвода топлива к распылителю и двух цилиндрических поршней, с помощью которых изменяется предварительная затяжка пружины главного игольчатого клапана. Изначально пружина отрегулирована на открытие клапана при давлении порядка 20 МПа (график на рис. 1.11).

При работе форсунки часть топлива перетекает по дренажному отверстию из канала подвода топлива в полость, образованную наружной стенкой канала и промежуточным поршнем. Наружный выступ на внешней поверхности канала и внутренний выступ на промежуточном поршне, выполненные под углом 45°, образуют клапанную пару. В результате дросселирования топлива в полости над клапанной парой устанавливается некоторое постоянное давление, величина которого зависит от давления впрыска. Если величина давления в этой полости недостаточна для открытия клапана, наружный поршень своим выступом упирается в торец промежуточного поршня, сохраняя предварительную затяжку пружины неизменной. При увеличении давления впрыска рост давления в полости клапанной пары приводит к ее открытию (зазор S на рис. 1.11) и часть топлива перетекает в полость между торцом промежуточного и выступом наружного цилиндра, заставляя наружный поршень опускаться вниз, увеличивая тем самым начальную затяжку пружины игольчатого клапана. В результате давление начала открытия игольчатого клапана распылителя увеличивается пропорционально росту давления впрыска, вплоть до 38 МПа.

Поскольку форсунки двухтактных двигателей содержат большое число подвижных деталей, многие из которых подогнаны друг к другу прецизионно, крайне важно, чтобы при установке форсунки в крышку цилиндра не возникло напряжений, способных привести к их деформациям. Для этого используются специальные амортизаторы, которые представляют собой цилиндр, заполненный набором тарельчатых пружин (рис. 1.12).

Амортизаторы надеваются на шпильки крепления и опираются своим днищем на фланец форсунки. Усилие затяжки от гаек через верхнюю шайбу передается на фланец форсунки через набор пружин.

В корпусе амортизатора имеется контрольное отверстие, в котором размещается штифт, запрессованный в верхнюю шайбу. При правильной затяжке штифт занимает центральное положение в контрольном отверстии.

Топливопроводы высокого давления служат для подачи топлива от ТНВД к форсункам. Для сокращения потерь в подводящих трубопроводах их стараются сделать как можно короче. В настоящее время на судовых СОД и ВОД наибольшее распространение получили два типа топливопроводов, показанные на рисунке 1.13.

В первом случае между ТНВД и штуцером форсунки устанавливается стальная трубка, закрытая сверху защитной оболочкой (рис. 1.13а). Оболочка служит для предотвращения вытекания топлива в случае повреждения основного трубопровода. Кроме того, пространство между трубкой высокого давления и защитным кожухом используется для сбора и отвода протечек от форсунки и соединений самого трубопровода. Концы трубок выполнены в виде конических утолщений, которые с помощью накидных гаек прижимаются к лункам штуцеров. Сам штуцер подвода топлива к форсунке прижимается к лунке приема топлива форсунки с помощью упругой клипсы. Это позволяет в случае заклинивания форсунки избежать чрезмерных давлений в трубопроводе. Штуцер под действием давления преодолеет усилие прижатия клипсы, и топливо, поданное ТНВД, сольется в дренажный канал.

Конструкция трубопровода, представленная на рисунке 1.13б, состоит из двух штуцеров, проходящих внутри сверлений крышки цилиндров. Прижатие штуцеров к лункам топливоприемного канала форсунки и привалочной поверхности топливного насоса, а также друг к другу осуществляется специальными винтовыми пробками, которые вворачиваются в прилив на крышке цилиндра. Одна из пробок содержит упругий элемент, защищающий линию высокого давления от чрезмерных нагрузок. Внутренняя полость прилива вместе с защитным кожухом образуют коробку сбора протечек. Полость, образованная между сверлением в крышке цилиндра и штуцером подвода топлива к форсунке, используется для отвода протечек.

У двухтактных дизелей может быть установлено две или три форсунки на один цилиндр. Количество линий высокого давления соответствует числу форсунок. На рисунке 1.14 представлен общий вид и расположение линий высокого давления на крышке цилиндра. Двигатели серии RTA фирмы Wärtsilä имеют среднее расположение топливного насоса, от которого топливо по общей трубе подается к топливному распределителю и далее от него по отдельным трубопроводам к форсункам (рис. 1.14а). Топливные трубки дальних форсунок для удобства монтажа сделаны разъемными. А наличие на трубках массивного фланцевого соединения снижает их резонансную частоту. Все трубы высокого давления помещены в гофрированные рукава, выполненные из катаной стальной ленты. Сверху эти рукава покрыты оболочкой из плетеной стальной проволоки. Пространство между трубой и защитным кожухом через сверления во фланцах сообщается с полостью коробки для сбора протечек. Внешняя оболочка также выполняет функции теплового экрана, предохраняющего трубопровод высокого давления от быстрого остывания.

Аналогичным образом выполнены линии высокого давления двигателей серий MC фирмы MAN. Основное отличие состоит лишь в том, что использование цепного привода распределительного вала позволяет разместить насосы высокого давления в непосредственной близости от крышек цилиндров.

Поэтому в данных двигателях не используются промежуточные трубопроводы и делители, а топливо прямо из крышки насоса поступает в трубопровод соответствующей форсунки.

Как и в двигателях серии RTA, пространства между трубой и защитным кожухом используются для сбора протечек, которые через сверления во фланцах соединяются с дренажными отверстиями в крышке насоса.

Каждый топливный насос, в свою очередь, с помощью отводной трубки соединен с общим сливным баком, в котором установлено реле уровня. Сливной бак оборудован перепускным клапаном, в нижней части которого имеется сливная трубка, откуда небольшие протечки выводятся наружу, не действуя на реле уровня.

В случае трещин в трубопроводах или при больших протечках в системе проходное сечение упомянутой трубки недостаточно для отвода возросшего количества топлива, и уровень топлива в сливном баке становится достаточным для срабатывания перепускного клапана. Возросший уровень топлива приводит к подаче сигнала от реле уровня.

Похожие статьи

mirmarine.net

Форсунка электрическая. Принцип работы. Неисправности

Форсунка (инжектор) — конструктивный элемент системы впрыска, назначение которого заключается в дозированной подаче топлива, подводимого к ней под высоким давлением, его распылении в камере сгорания (впускном коллекторе) и образовании топливно-воздушной смеси.

Принцип работы форсунки

Рис. Пример конструкции форсунок систем распределённого (а) и центрального (моно) впрыска (б): 1 — топливный фильтр, 2 — уплотни тельные кольца, 3 — запирающий элемент, 4 — седло, 5 — пружина, 6 — обмотка, 7 — корпус, 8 — электрический разьём

Устройство электрической форсунки может быть разным(примеры конструкций приведены на рисунке), но принцип работы одинаков для всех типов форсунок.

Форсунка представляет собой определённой формы ёмкость с топливом. С одной стороны топливо под давлением поступает из топливной магистрали через фильтровочную сетку, а с другой стороны в распылённом состоянии попадает в рабочую область ДВИГАТЕЛЯ, если подано напряжения на солсноццальный клапан форсунки.

  • MOНO впрыск — форсунка одна (обычно рядный двигатель до 4-х цилиндров)
  • ДУБЛЬ MOНO впрыск — две форсунки, работающие на две половины, обычно 6-ти цилиндрового, V-образного двигателя
  • РАСПРЕДЕЛЁННЫЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена во впускном коллекторе
  • ПРЯМОЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена внутри цилиндра
  • ПУСКОВАЯ — одна на двигатель, рабочая часть расположена во впускном коллекторе

Форсунки бывают НИЗКООМНЫЕ (от 1 до 7 Ом) и ВЫСОКООМНЫЕ (от 14 до 17 Ом). Низкоомные форсунки управляются пониженным напряжением или в цепях управления имеются добавочные сопротивления (5-8 Ом). Фрагмент схемы с добавочными сопротивлениями (152) приведен на рисунке.

Рис. Фрагмент схемы системы управления и фото блока сопротивлений.

Рис. Форма факела распылённого топлива различна.

Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке, с системой впрыска от порта (PFI) и системы последовательного впрыска (SFI), которые используют привод выключаемого транзистора насыщения, изображена рядом и отмечена буквой А. Соленоиды форсунок включаются блоком управления двигателем. Напряжение резко падает, когда клапан открыт, а затем, при выключении напряжения, резко возрастает (из-за индуктивности соленоида). Ширина импульса изменяется в зависимости от нагрузки двигателя.

Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке системы моновпрыска (TBI). Такие системы для включения и выключения форсунок используют формирователи пиковых токов и токов синхронизации. Клапаны соленоидов форсунок включаются при наличии высокого тока питания, подаваемого от блока управления двигателем.

После срабатывания, ток уменьшается и поддерживает клапан в открытом состоянии. Наблюдается резкое падение напряжения при первом открытии клапана, а затем резкое увеличение напряжения, когда формирователь тока создаст меньший ток синхронизации, чем высокий ток включения. Когда соленоид отключается(после периода синхронизации) создаётся амплитуда напряжения, обусловлештя индуктивностью катушки соленоида (схема В).

Некоторые формирователи пиковых токов и токов синхронизации производят быстрые переключения напряжения во время периода синхронизации из-за низкого сопротивления обмотки соленоида форсунки (схема С).

Рис. Форсунка распределённого впрыска топлива.

Примером может служить осциллограмма форсунки автомобиля ФОРД «Сиерра» 1,6i, EEC 4 приведённая ниже.

Рис. Осциллограмма форсунки

Ниже приведены схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива.

При одновременном и групповом методе все форсунки, соединённые параллельно впрыскивают топливо одновременно, причём за один оборот коленвала впрыскивается половина полной порции топлива.

Такой метод соединения форсунок использовался на а\м выпуска 80 х — начала 90 х годов.

Современные системы управления двигателями используют последовательный или фазированный впрыск топлива. Такой метод управления позволяет увязывать момент впрыска с моментом открытия впускного клапана в конкретном цилиндре, изменять количество подаваемого топлива в цилиндр.

Рис. Схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива

На схемах использованы следующие обозначения: 1,2,3,4 — форсунки, 5 — ЭБУ двигателем.

Форсунки систем прямого впрыска топлива отличаются от форсунок, применяемых на системах впрыска топлива во впускной коллектор. Распылитель форсунки расположен непосредственно в камере сгорания и испытывает большие температурные нагрузки и нагрузки высокого давления. Форсунка прямого впрыска длиннее, т.к. необходимо пройти толщину головки блока. Давление топлива значительно выше, чем в обычных системах впрыска и факел распыла имеет свои особенности для каждого двигателя. Эти особенности систем прямого впрыска можно отнести к бензиновым и дизельным двигателям. На рисунке показана форсунка и её осциллограмма двигателя HDI СИТРОЕН. Сопротивление обмотки соленоида форсунки 0,3 — 1 Ом.

Рис. Форсунка системы прямого впрыска HDI и осциллограмма, снятая на режиме XX.

Расположение

ПУСКОВАЯ форсунка обычно расположена во впускном коллекторе таким образом, чтобы её широкий факел распылённого топлива (до 90 градусов) попадал в район впускных клапанов всех цилиндров.

Форсунка МОНО впрыска расположена на месте обычного карбюратора и топливо впрыскивается в общий объём впускного коллектора.

Форсунки РАСПРЕДЕЛЕННОГО впрыска расположены на впускном коллекторе в районе впускных клапанов каждого цилиндра. Если впускных клапана два, то факел распылённого топлива состоит из двух частей, каждая из которых направлена под один из клапанов.

Форсунки ПРЯМОГО впрыска расположены в головке блока. Распылитель расположен в цилиндре и имеет узкую щель, формирующую факел, направленный под углом к днищу поршня.

Одно из принципиальных отличий систем прямого впрыска топлива в том, что в зависимости от режима работы двигателя давление топлива регулируется в пределах 80-130 атм. Система управления контролирует как момент впрыска, происходящий во время такта всасывания, так и порцию топлива, изменяя давление в трубопроводе и длительность открытия форсунки.

Неисправности форсунки

Сопротивление обмотки форсунки должно соответствовать справочным данным. Обычно форсунки на входе имеют мелкую сетку, которая может забиться мелкими частичками примесей или ржавчины из бака и топливных магистралей.

Если впускная сетка не задержала примеси, то проходя через запирающий элемент и седло форсунки, эти части получают дополнительный износ из-за абразивных свойств посторонних частиц. Постепенно форма факела меняется или вообще пропадает и форсунка льёт топливо обычной струйкой, что не способствует правильной работе двигателя.

На распылителе форсунки постепенно скапливаются смоляные отложения. Иногда отложения образовываются в результате использования на двигателе газовой установки.

Методика проверки

Проверку топливной части форсунки необходимо начинать с подключения к автономной установке, которая может создать на входе в форсунку рабочее давление. При этом из форсунки не должно капать или литься топливо. При кратковременном подключении форсунки к питанию 12 в (высокоомные форсунки 14-17 Ом, низкоомные — от 2 до 7 Ом через добавочное сопротивление 10-15 Ом) должны раздаваться звонкие щелчки запирающего клапана, втягиваемого магнитным полем соленоида. Если форсунка «не щелкает», то, вероятно, всё внутри забито ржавчиной. Такая форсунка отправляется «в последний путь». Если первичные проверки дают положительный результат, проверяем форму факела и степень распыла топлива, а также производительность форсунки в единицу времени — это обычно 80 — 90 мл. за 30 сек (50 — 60 мл. для малообьёмных двигателей).

Ремонт форсунки

Как временную меру, можно рекомендовать промывку форсунки в промывочной установке. Продувку сжатым воздухом в открытом состоянии с обеих сторон, но обычно всё заканчивается заменой форсунок на новые.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Устройство форсунки дизельного двигателя: загадка топливных систем

Дорогие мои друзья-автолюбители! В этой статье мы рассмотрим разновидности и устройство форсунки дизельного двигателя и бензинового мотора.

Мы с вами живём в век инжекторных моторов. С экранов ТВ и в салонах-магазинах нам постоянно твердят о супер двигателях с непосредственным впрыском, о дизельных агрегатах, которые едят по 3-4 литра топлива на 100 км и про прочие заслуги технологий, основанных на инжекции горючего. Всё это, конечно, правда, иногда приукрашенная маркетологами. На данный момент инженерами разработана масса разнообразных эффективных систем с инжекцией топлива, но какими бы они ни были, всех их объединяет один элемент – форсунка или, как её ещё называют, инжектор.

Деталь эта крайне важна для всей топливной системы и, по сути, является её основным исполнительным элементом, ради чёткой работы которой и затеваются все эти пляски с электроникой, кучей датчиков и прочих технических ухищрений. Поэтому она однозначно стоит того, чтобы посвятить ей отдельную публикацию. Так и поступим.

Устройство форсунки дизельного двигателя

Наверняка, вы уже знаете, что инжекторные системы в мире бензиновых моторов пришли на смену карбюраторам в конце 80-х годов прошлого века, и на сегодняшний день полностью вытеснили последних с арены автопрома.

О преимуществах впрыска можно говорить долго – это и экономия, и высокие мощностные характеристики, и экологичность.

В мире дизельных агрегатов впрыск топлива использовался практически с зарождения более-менее серьёзных серийных двигателей и активно эксплуатируется и ныне.

Благодаря чрезвычайно бурному развитию электроники за последние 20-30 лет, инженеры смогли наглядно показать все достоинства инжекции топлива, и с каждым годом продолжают удивлять новыми достижениями. О современных решениях, касающихся форсунок, мы сегодня и поговорим.

Итак, форсунки, используемые авто производителями в нынешнее время, бывают следующих типов:

  • электромагнитные;
  • электрогидравлические;
  • пьезоэлектрические.

Электромагнитная форсунка

Этот тип инжекторов можно встретить под капотами автомобилей с бензиновыми двигателями. Их принцип действия довольно прост. Основу конструкции составляют электромагнитный клапан и сопло, внутри которого находится подвижная игла.

В чётко просчитанное время мозг мотора, электронный блок управления подаёт сигнал на обмотку клапана, что создаёт магнитное поле. Оно, в свою очередь, притягивает к себе специальный якорь, механически связанный с иглой, в результате чего сопло открывается, и бензин под давлением впрыскивается во впускной коллектор или сразу в цилиндр. Когда управляющий сигнал пропадает, все элементы под действием пружины возвращаются в исходное положение.

Электрогидравлическая форсунка

Данная разновидность форсунок используется, главным образом, в дизельных силовых агрегатах, кстати, и в популярной нынче системе Common Rail они также находят применение. Конструкция их немного более сложная, чем у электромагнитных инжекторов. Ключевыми элементами электрогидравлической форсунки являются электромагнитный клапан, камера управления, а также впускной и сливной дроссели.

Отличительная особенность этого устройства состоит в том, что дизтопливо в нём находится под давлением и при впрыске, и в закрытом состоянии. Этот нюанс и лежит в основе их принципа действия.

 

Когда впрыск не планируется, игла плотно прижата к соплу напором горючего в камере управления.

В момент инжекции, на электромагнитный клапан поступает сигнал, в результате чего открывается сливной дроссель. Давление в камере управления начинает снижаться, в то же время давление топлива, действующее на иглу в направлении открытия, остаётся прежним, благодаря чему она приподнимается и впрыскивает необходимую порцию солярки.

Пьезоэлектрическая форсунка

Для начала нужно сказать, что пьезоэлектрические форсунки являются самыми высокоскоростными и наиболее совершенными среди своих собратьев.

Так, к примеру, по сравнению с электромагнитным инжектором пьезоэлектрический срабатывает в четыре раза быстрее, а это даёт возможность эффективнее работать с подачей топлива, что сулит улучшением характеристик мотора.

Устанавливают их, как правило, на дизельных двигателях с системой Common Rail. Главной деталью таких форсунок является пьезоэлемент, который под действием приложенного к нему электрического напряжения может мгновенно увеличиваться в размерах, воздействуя в качестве толкателя на другие детали инжектора.

Благодаря данному эффекту (пьезоэффекту) удалось создать конструкцию форсунки с уникальным быстродействием. Кстати, пьезоэлементы в настоящее время активно используются как управляющие элементы в насос-форсунках.

Я уже посвящал им отдельную статью, поэтому сейчас лишь напоминаю, что это устройства, конструктивно объединяющие в себе плунжерный насос высокого давления и инжектор. Встречается этот гибрид исключительно у дизельных моторов.

Ну что ж, уважаемые читатели, как вы уже поняли устройство форсунки дизельного двигателя не такое простое изобретение, как могло показаться на первый взгляд.

Если Вам хочется ещё больше узнать о строении автомобилей – подписывайтесь на блог, новые и интересные статьи я публикую регулярно.

До встречи!

auto-ru.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *