Типы форсунок для автомобилей

Форсунка двигателя внутреннего сгорания: виды форсунок и принцип работы

Форсунка или инжектор – важный механизм топливной системы, предназначенный для своевременной и дозированной подачи и впрыска топливной смеси в камеру сгорания ДВС. Топливными форсунками оснащаются современные инжекторные системы в большинстве дизельных и бензиновых двигателей.

Фото: clauretano (flickr.com/photos/clauretano/)

Виды форсунок

По методу впрыска современные топливные форсунки делятся на три вида – электромагнитные, электрогидравлические и пьезоэлектрические.

Электромагнитные форсунки

Такой вид форсунок зачастую устанавливают в бензиновые двигатели. Подобные форсунки имеют простое и понятное устройство, состоящее, собственного говоря, из клапана электромагнитного типа, распылительной иглы и сопла.

Принцип работы электромагнитных форсунок также довольно прост. Подача напряжения на обмотку возбуждения клапана происходит строго в установленное время, в соответствии с заложенной программой.

Напряжение создает определенное магнитное поле, которое затягивает грузик с иглой из клапана, тем самым высвобождая сопло. Результатом всех действий является впрыск нужного количества топлива. По мере снижения напряжения, игла принимает исходное положение.

Электрогидравлические форсунки

Следующий вид форсунок применяется в дизелях, а также в двигателях с топливной системой Common Rail. Электрогидравлические форсунки в отличие от предыдущего вида имеют более сложное устройство, основными элементами которого являются дроссели (впускной и сливной), электромагнитный клапан и камера управления.

В основе работы такого типа форсунок лежит использование высокого давления топливной смеси как в момент впрыска, так и при его остановке. На начальном этапе электромагнитный клапан закрыт, а игла форсунки максимально прижата к своему седлу в камере управления. Прижимной силой является сила давления топлива, которая направлена на поршень, расположенный в камере управления.

Одновременно с этим с другой стороны топливо давит и на иглу, но поскольку площадь поршня заметно больше, чем площадь иглы, то в виду этой разницы сила давления на поршень больше, чем сила давления на иглу, которая плотно прижимается к седлу, перекрывая доступ топливу. В это время подача топлива не осуществляется.

Полученный сигнал от блока управления запускает клапан с одновременным открытием сливного дросселя. Происходит вытекание топлива из камеры управления в сливную магистраль. Дроссель впуска в это время препятствует тому, чтобы давление в камере сгорания и во впускной магистрали быстро выровнялось.

При этом, по мере снижения давления на поршень ослабевает его прижимное усилие, а поскольку давление на иглу не изменяется, то она поднимается, и в этот момент происходит впрыск топлива.

Пьезоэлектрические форсунки

Последний вид форсунок принято считать наиболее совершенным и перспективным среди всех описанных видов. Пьезофорсунки используются на дизельных ДВС с системой подачи топлива Common Rail. Конструктивно такие форсунки состоят из пьезоэлемента, толкателя, переключающего клапана, а также иглы.

Пьезофорсунки работают по принципу гидравлического механизма. Изначально игла размещается в седле при воздействии на нее высокого давления ТС. При поступлении электрического сигнала на пьезоэлемент, происходит его изменение в размере (его длина увеличивается), за счет чего пьезоэлемент буквально толкает поршень толкателя, который в свою очередь давит на поршень переключающего клапана.

Это приводит к открытию переключающего клапана, через него топливо устремляется в сливную магистраль, давление в верхней части иглы снижается и за счет не изменившегося давления снизу, игла поднимается. При подъеме иглы происходит впрыск топлива.

Основным преимуществом такого вида форсунок является их скорость срабатывания (до 4 раз быстрее, чем в клапанной системе), что позволяет обеспечить многократный впрыск за один рабочий цикл двигателя. При этом объем подаваемого топлива зависит от двух параметров – от продолжительности воздействия на пьезоэлемент, и от давления топлива в рампе.

Преимущества и недостатки форсунок

И в завершении хотелось бы сказать несколько слов о том, какие же преимущества и недостатки имеются у топливных форсунок, если сравнивать их с карбюраторами.

Преимущества топливных форсунок:

• Экономия при расходе топлива благодаря точной системе дозирования;
• Минимальный уровень токсичности двигателей, оснащенных топливными форсунками;
• Возможность увеличения мощности силового механизма до 10%;
• Простота и легкость при запуске в любую погоду;
• Возможность улучшения динамических показателей любого автомобиля;
• Отсутствие необходимости в частой замене и чистке

• Возможные сбои в работе или серьезные поломки в результате использования топлива низкого качества, которое губительно сказывается на чувствительном механизме форсунок.
• Высокая стоимость ремонта и замены форсунки в целом и отдельных ее элементов.

Источник статьи: http://autodromo.ru/articles/forsunka-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya-vidy-forsunok-i-princip-raboty

Виды, устройство и принцип работы топливных форсунок

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

Функции и виды форсунок

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

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

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

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

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

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

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

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

Особенности работы пьезоэлектрической форсунки

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

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

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

Рабочие параметры и неисправности инжекторов

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

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

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

Источник статьи: http://techautoport.ru/dvigatel/toplivnaya-sistema/toplivnye-forsunki.html

Что такое форсунка: устройство, чистка и проверка

Форсунки автомобильного двигателя — один из главных элементов системы питания инжекторного и дизельного мотора. В процессе эксплуатации форсунки засоряются, текут, выходят из строя. Более подробно читайте далее.

Что такое форсунка

Форсунка — это неотъемлемая деталь топливной системы двигателя, которая подает топливо в цилиндры в определенное время в определенном количестве. Топливные форсунки используются в дизельных, инжекторных, а также моно-инжекторных силовых агрегатах. На сегодняшний день существует несколько видов форсунок, принципиально отличающихся друг от друга.

Расположение и принцип работы

По типу топливной системы форсунка может находится в нескольких местах, а именно:

• центральный впрыск — это моноинжектор, обозначающий, что в топливной системе используется лишь одна форсунка, установленная на впускном коллекторе, непосредственно перед дроссельной заслонкой. Представляет собой промежуточное звено между карбюратором и полноценным инжектором;
• распределенный впрыск — инжектор. Форсунка установлена во впускном коллекторе, смешивается с воздухом попадая в цилиндр. Отмечается стабильной работой, благодаря тому, что топливо омывает впускной клапан, он менее подвержен обрастанию нагаром;
• непосредственный впрыск — форсунки вмонтированы непосредственно в головку блока цилиндров. Ранее система использовалась только на дизельных моторах, а к 90-м годам прошлого века автоинженеры начали тестировать непосредственный впрыск на инжекторе, с применением ТНВД (топливный насос высокого давления), благодаря чему получилось повысить мощность и экономичность, относительно распределенного впрыска. Сегодня непосредственный впрыск широко применен, особенно на турбированных моторах.

Назначение и виды форсунок

Форсунка является деталью, которая впрыскивает топливо в камеру сгорания. Конструктивно представляет собой электромагнитный клапан, который управляется электронным блоком управления двигателем. В топливной карте ЭБУ установлены значения, в зависимости от степени нагрузки двигателя, определяется время открытия, время, при котором игла форсунки остается открытой, и количество впрыскиваемого топлива.

Механические форсунки

Механические форсунки применялись исключительно на дизельных двигателях, именно с них началась эра классического дизельного ДВС. Конструкция такой форсунки проста, как и принцип действия: по достижению определенного давления — игла открывается.

От топливного бака к ТНВД поступает “солярка”. В топливном насосе нагнетается давление и распределяется дизельное топливо по магистрали, после чего порция “дизеля” под давлением через форсунку поступает в камеру сгорания, после снижения давления на иглу распылителя снижается и она закрывается.

Конструктивное решение форсунки банально простое: корпус, внутри которого вмонтирована игла с распылителем, две пружины.

Электромагнитные форсунки

Такие форсунки более 30 лет используются в инжекторных двигателях. В зависимости от модификации впрыск топлива осуществляется точечно или распределяется по цилиндру. Конструкция довольно проста:

• корпус с разъемом для подключения к электроцепи;
• обмотка возбуждения клапана;
• якорь электромагнита;
• запирающая пружина;
• игла, с распылителем и соплом;
• уплотнительное кольцо;

Принцип работы: ЭБУ двигателем посылает напряжение на обмотку возбуждения, образуя электромагнитное поле, воздействующее на иглу. В этот момент усилие пружины ослабляется, якорь втягивается, игла поднимается освобождая сопло. Управляющий клапан открывается и топливо поступает в двигатель под определенным давлением. ЭБУ задает момент открытия, время при котором клапан остается открытым, и момент запирания иглы. Данный процесс повторяется всю работу ДВС, за минуту происходит минимум 200 циклов.

Электрогидравлические форсунки

Применение таких форсунок производится в дизельных моторах с классической системой (ТНВД) и Common Rail. Состоит электрогидравлическая форсунка из следующих комплектующих:

• сопло с запорной иглой;
• пружина с поршнем;
• камера управления со впускным дросселем;
• сливной дроссель;
• обмотка возбуждения с разъемом;
• штуцер подвода топлива;
• сливной канал (обратка).

Схема работы: цикл форсунки начинается с закрытого клапана. В камере управления находится поршень, на который действует давление топлива, при этом запорная игла плотно “сидит” на седле. ЭБУ подает напряжение на обмотку возбуждения и топливо подается в форсунку.

Пьезоэлектрические форсунки

Применяется исключительно на дизельных агрегатах. На сегодня конструкция самая прогрессивная, так как пьезо форсунка обеспечивает максимально точное дозирование, угол распыла, быстрое срабатывание, а также многократный распыл в один цикл. Состоит форсунка из тех же деталей, что и электрогидравлическая, только дополнительно имеет следующие элементы:

• пьезоэлемент;
• два поршня (переключающего клапана с пружиной и толкателя);
• клапан;
• дроссельная пластина.

Принцип действия осуществлен на изменении длины пьезоэлемента при подаче на него напряжения. При подаче импульса пьезоэлемент, изменяя длину, воздействует на поршень толкателя, включается переключающий клапан и топливо подается на слив. Количество впрыскиваемого дизельного топлива определяется длительностью подачи напряжения от ЭБУ.

Способы чистки форсунок

В процессе эксплуатации топливные форсунки засоряются. Это происходит по причине некачественного топлива, а также несвоевременной замены топливного фильтра тонкой и грубой очистки. Впоследствие падает производительность форсунки, а это чревато повышением температуры в камере сгорания, а значит скором износе поршня.

Проще всего промывать форсунки распределенного впрыска, так как их проще демонтировать для качественной чистки на стенде, при этом есть возможность выровнять пропускную способность и угол распыла.

Чистка моющей жидкостью типа Wynns на стенде. Форсунки устанавливают на стенд, в бачок заливается жидкость, минимум 0.5 литров, сопло каждой форсунки погружено в колбы с делением в мл, что позволяет проконтролировать производительность форсунок. В среднем чистка занимает 30-45 минут, после чего меняются уплотнительные кольца на форсунках и они устанавливаются на свое место. Периодичность чистки зависит от качества топлива и диапазоне замены топливного фильтра, в среднем каждые 50 000 км.

Чистка жидкостью без демонтажа. К топливной рейке подключается система с жидкостью. Шланг, по которому будет подаваться чистящая жидкость, подключается к топливной рейке. Смесь подается под давлением 3-6 атмосфер, двигатель работает на ней около 30 минут. Способ также эффективен, однако отсутствует возможность корректировки угла распыла и производительности.

Чистка при помощи присадки в топливо. Метод часто подвергается критике, так как эффективность смешивания моющей присадки с топливом сомнительна. На деле это работает в том случае, если форсунки еще не забиты, как в качестве профилактики — отличное средство. Вместе с форсунками чистится бензонасос, проталкиваются мелкие частицы через топливопровод.

Чистка ультразвуком. Работает способ только при снятии форсунок. Специальный стенд оборудован ультразвуковой установкой, эффективность которой доказана. После чистки удаляются смольные отложения, которые ни одна моющая жидкость не смоет. Главное не забыть сменить фильтр-сетку, если ваши форсунки дизельные или инжекторные с непосредственным впрыском.

Помните, что после очистки форсунок желательно заменить топливный фильтр, а также фильтр грубой очистки, который установлен на бензонасосе.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/avtotachki/chto-takoe-forsunka-ustroistvo-chistka-i-proverka-5ec296bf8600f212158d4b21