Популярное

Работа дизельной форсунки: Топливные форсунки: устройство и принцип действия

Содержание

Форсунка дизельная — устройство и разновидности

Дизельная форсунка, которую нередко называют инжектором, является ключевой деталью дизельного двигателя. Ее основной задачей выступает подача топлива в камеру сгорания, а также его точная дозировка и распыление. Учитывая сложные условия эксплуатации, которые сопровождают эксплуатацию дизельного двигателя и выражаются в высокой температуре и серьезном давлении, от качества изготовления и эффективности выполнения форсункой своих функций зависит КПД всего агрегата.

Наличие в конструкции топливной форсунки выступает отличительной чертой не только дизельных, но и бензиновых инжекторных двигателей. Необходимость в этой детали возникает из принципа работы обоих типов силовых установок, который предусматривает использование системы прямого впрыска горючего в камеры сжигания. При этом воспламенение топлива происходит под воздействием высокого давления, достигаемого за счет ТНВД. Уровень этого показателя в дизельных агрегатах намного выше, чем в инжекторных бензиновых установках.

Как следствие, эффективная работа двигателя на дизельном топливе возможна только при наличии специальной детали, способной обеспечить своевременную подачу нужного количества горючего, его распыление внутри камеры и герметичность си

темы. Основные функции дизельной форсунки уже были перечислены выше. Они состоят в следующем:

· дозировка горючего, представляющая собой определение такого его количества, которое необходимо для достижения нужной мощности;

· распыление топлива внутри камеры сгорания, что обеспечивает более полное и эффективное сжигание;

· сохранение герметичности системы подачи топлива.

История изобретения и совершенствования

Первые модели дизельного двигателя, разработанные и изготовленные в конце позапрошлого века при непосредственном участии Рудольфа Дизеля, предусматривали наличие так называемой компрессорной форсунки и применение в качестве топлива керосина. Появление ТНВД позволило использовать намного более компактные и удобные бескомпрессорные форсунки.

Особенно удачной оказалась модель инжектора, созданная в 20-х годах прошлого века Робертом Бошем. Этот вариант дизельной форсунки с незначительными доработками и усовершенствованиями применяется до настоящего времени. Конечно же, эксплуатационные и технические параметры современных деталей, несмотря на общую схожесть конструкции, существенно превосходят разработки Боша, что объясняется значительным улучшением качества и точности изготовления, а также использованием в процессе производства новейших сталей и сплавов.

Ключевым усовершенствованием форсунки стало активное применение разнообразной электроники. Использование датчиков контроля и управления работой дизельного двигателя в целом и его отдельных узлов позволяет заметно повысить КПД и эффективность эксплуатации транспортного средства.

Устройство

В настоящее время продолжает активно использовать большое количество различных по конструкции и принципу действия типов дизельных форсунок. Несмотря на определенные особенности каждого из них, можно выделить несколько общих элементов или деталей, в том или ином виде присутствующих практически всегда. К ним относятся:

· корпус, в котором размещаются остальные детали и элементы дизельной форсунки;

· распылитель в виде иглы. Предназначение детали очевидно и заключается в распределении топлива в пространстве над поршнем;

· стержень или плунжер, который движется внутри корпуса форсунки, за счет чего нагнетается необходимый уровень давления;

· пружина запирания иглы. Используется для фиксации иглы в нужном положении;

· штуцер подвода топлива. Предназначен для подачи горючего в форсунку;

· управляющий клапан. Применяется для эффективного решения двух главных задач – дозировки топлива и определения регулярности его впрыскивания в камеру сжигания;

· фильтр очистки топлива. Один из элементов общей системы очистки используемого в дизельном двигателе горючего;

· штуцер обратного отвода излишков топлива. Назначение этого элемента форсунки также предельно очевидно – он применяется для того, чтобы отвести из форсунки топливо, не попавшее в камеру сжигания.

Устройство современных дизельных форсунок предусматривает обязательное наличие электронного блока управления. Входящие в него приборы и датчики в автоматическом режиме регулируют процессы, протекающие в рассматриваемом механизме, обеспечивая эффективную работу как инжектора, так и двигателя в целом.

Рабочие стадии

Эксплуатация дизельной форсунки предусматривает циклическое и последовательное повторение 4 рабочих стадий. В указанное число входят:

1. Закрытое положение форсунки. Начальный этап процесса. Предусматривает создание высокого давления одновременно со стороны плунжера и пружины, благодаря чему форсунка остается закрытой.

2. Начало впрыска. Автоматика подает сигнал, вследствие которого плунжер форсунки начинает двигаться вверх. В результате давление на иглу уменьшается, она также начинает подниматься, обеспечивая начало поступления топлива в камеру сгорания.

3. Полностью открытое положение форсунки. На этом этапе плунжер управления поднимается максимально, достигая верхнего упора. Это означает аналогичное перемещение иглы и режим полного открытия форсунки.

4. Конец впрыска. Завершающая стадия рабочего процесса. Она состоит в опускании управляющего плунжера и иглы форсунки, следствием чего становится перекрытие доступа горючего в камеру сжигания.

Приведенная выше схема с некоторыми корректировками достаточно точно описывает эксплуатацию дизельных форсунок любого типа. Важно понимать, что количество подобных рабочих циклов в период времени зависит от типа и мощности агрегата, вида самой форсунки и большого количества других факторов.

Разновидности и принцип работы

В сегодняшних условиях применяются самые разные виды дизельных форсунок. Их большое разнообразие объясняется как крайне широкой сферой применения, так и различиями в задачах, для решения которых они предназначаются.

Механическая форсунка

Традиционный вариант устройства, постепенно уступающий по популярности современным инженерным решениям. Именно его принцип действия был приведен выше при описании рабочего цикла дизельной форсунки. Он базируется на срабатывании клапана при достижении определенного уровня давления.

Механическая форсунка применяется в автомобилестроении в течение нескольких десятков лет. Однако, введение новых экологических стандартов и всеобщее стремление к повышению уровня экономичности дизельных двигателей привело к неуклонному вытеснению этого классического устройства более эффективным разработкам последних лет.

Главное направление совершенствования форсунки в частности и дизельного двигателя в целом – это передача контроля и управления большинством рабочих процессов электронным приборам и датчикам. Кроме того, отдельного упоминания заслуживает форсунка с двумя пружинами, разделяющая подъем иглы на две стадии. В результате обеспечивается гибкость в подаче горючего, более полное сгорание топлива и уменьшение шума при работе агрегата.

Электромеханическая форсунка

Главное отличие от механического варианта состоит в использовании для перемещения иглы форсунки вместо пружины электромагнитного клапана. Он управляется автоматикой, благодаря чему достигается точное определение количества необходимого топлива и оптимальная периодичность его впрыска.

Электромеханическая форсунка напоминает часто используемую в инжекторных бензиновых двигателях электромагнитную версию устройства. Она не используется в дизель-моторах, так как не способна выдерживать высокое давление.

Насос-форсунка

Еще одна вариация традиционного дизельного двигателя. Устройство агрегата не предполагает наличие обычного ТНВД. Вместо него для нагнетания необходимого уровня давления используются специальные насос-форсунки. Фактически, вместо одного топливного насоса высокого давления устанавливаются несколько более простых, каждый из которых обслуживает только одну форсунку.

Такое устройство двигателя позволяет подавать топливо в камеру сгорания под очень высоким давлением. Как следствие – обеспечивается уверенное самовоспламенение и более полное сжигание горючего. Отсутствие ТНВД позволяет сделать двигатель более компактным, что также выступает немаловажным достоинством.

Однако, использование системы насос-форсунка имеет и определенные недостатки. Главные из них – высокая требовательность к качеству применяемого дизельного топлива, а также более значительные расходы на изготовление двигателя в целом. Именно поэтому стремительно растет популярность еще одной разновидности дизельных форсунок и системы, предусматривающей их применение.

Пьезоэлектрическая форсунка

Устройство пьезофорсунки напоминает электромеханические или электромагнитные аналоги. Главное отличие заключается в использовании вместо электромагнитного клапана специального пьезоэлемента, часто называемого пьезоэлектрическим кристаллом. Его наличие обеспечивает крайне высокое быстродействие устройства. Благодаря этому клапан срабатывает в 4 раза чаще, чем в обычных электромагнитных форсунках.

Нет ничего удивительного, что пьезоэлектрические форсунки стали важным элементом системы впрыска Common Rail, которая используется сегодня практически повсеместно. Ее использование позволяет увеличить эффективность работы дизельного двигателя и повысить КПД при одновременном уменьшении расхода топлива и количества вредных выбросов.

Причины и способы устранения неисправностей

Главной проблемой при эксплуатации форсунок выступает низкое качество дизельного топлива. Оно может быть вызвано с продажей некачественного горючего на автозаправочных станциях, использованием различных красителей и присадок для дизтоплива, слишком большим количеством тяжелых фракций углеводородов или элементарным загрязнением топлива мелкими частицами различных веществ.

В любом из перечисленных случаев возникают крайне неприятные последствия в виде повышенного уровня износа и быстрой эрозии поверхности деталей и узлов дизельной форсунки. Следствием этого становятся очевидные проблемы в работе двигателя в целом, которые обычно выражаются в следующем:

· ослабление или перепады мощности в процессе эксплуатации автомобиля;

· трудности при запуске двигателя;

· порывистое движение при увеличении оборотов;

· заметный рост расхода дизельного топлива;

· увеличение количества выбросов или их качества (черный или сизый дым из выхлопной трубы) и т. д.

Современное диагностическое оборудование позволяет заблаговременно выявить возможные проблемы с форсунками двигателя. Поэтому для длительной и бесперебойной работы агрегата целесообразно регулярно проходить техническое обслуживание, причем в солидной специализированной организации.

Для устранения выявленных проблем применяются различные современные и весьма эффективные методы, требующие наличия соответствующего оборудования и навыков и обслуживающих его специалистов:

· чистка ультразвуком;

· промывка при помощи специальных присадок, добавляемых в дизельное топливо;

· промывка специальными техническими жидкостями на стенде;

· ручная промывка форсунок дизельного двигателя.

Своевременно проведенная диагностика и ремонт форсунок обеспечат длительную и беспроблемную эксплуатацию. В свою очередь, это гарантирует владельцу транспортного средства эффективную и экономную работу всего дизельного двигателя, установленного на автомобиле.

Принцип работы дизельных форсунок и частые неисправности

Статьи

Принцип работы дизельных форсунок и частые неисправности

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Неисправности, которые могут привести к проблемам закрытия иглы после впрыска, не позволяют растущему давлению топлива снова открыть иглу строго в момент приближения поршня в ВМТ. В результате момент впрыска нарушается, дизельный двигатель начинает троить, функционировать с перебоями и т.д.

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

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

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

Форсунки дизельного топлива — Форсунки Common Rail

| Рекомендации по покупке

Дизельные форсунки становились все более сложными за последние двадцать лет разработки дизельных двигателей, но их базовая конструкция довольно проста. Дизельное топливо из ТНВД поступает в корпус механической форсунки и начинает нагнетать давление. Как только давление становится достаточно высоким (около 4000 фунтов на квадратный дюйм), обратный клапан в форсунке поднимается со своего седла, и топливо распыляется через него. Любое избыточное топливо, которое остается после открытия клапана, затем возвращается обратно через корпус форсунки, а затем обратно в ТНВД.

Ford выбирает другой маршрут
В 1994 году Ford изменил двигатели своей серии F с непрямого впрыска на систему прямого впрыска HEUI. HEUI расшифровывается как гидравлический электронный блок впрыска и использует моторное масло в качестве привода для форсунки. Моторное масло используется для повышения давления топлива внутри форсунки, поэтому, если у вас есть 7,3-литровый или 6,0-литровый двигатель Power Stroke, убедитесь, что ваш двигатель заправлен маслом, и меняйте его почаще — это то, что помогает заправлять ваш грузовик топливом.

Системы Common-Rail
В 2001 году General Motors представила новую линейку дизельных пикапов с системой впрыска Common-Rail Bosch. Хотя система впрыска Common-Rail не является новой идеей, она помогла современным дизелям стать тише, эффективнее и меньше выхлопных газов. В 2002 году компания Dodge перешла на сторону Common-Rail, как и Ford в 2007 году. Форсунки Common-Rail намного сложнее, чем их более ранние аналоги, потому что они используют соленоид и две камеры давления для создания события впрыска. Соленоид запускается компьютером автомобиля, который используется для изменения времени впрыска и запуска нескольких событий впрыска. Многие из новейших дизелей на рынке используют сверхбыстрые форсунки, управляемые пьезоэлектричеством, для краткости называемые пьезофорсунками. Они используют кристаллы и электричество в качестве исполнительного механизма и могут запускать до пяти впрысков за рабочий такт, что помогает снизить выбросы и снизить уровень шума в двигателе.

Модификация форсунок
На самом конце форсунки находится форсунка, которая чаще всего модифицируется при покупке форсунок вторичного рынка. Новые форсунки устанавливаются на старые корпуса форсунок, что обычно приводит к увеличению мощности за счет увеличения или увеличения отверстий форсунки. До тех пор, пока ТНВД и турбонагнетатель могут идти в ногу, более крупные форсунки будут подавать больше топлива в двигатель и производить больше мощности. При заказе индивидуального набора форсунок каждая форсунка обозначается числом отверстий, умноженным на размер отверстия. Следовательно, форсунки 5×13 будут иметь пять отверстий на тринадцать тысяч дюймов. В случае очень больших форсунок также могут присутствовать внутренние модификации, поэтому цена на модели с более высокой мощностью обычно повышается.

Пожалуй, самая важная часть форсунки — это сопло. Угол и форма распыления очень важны для сгорания и влияют на мощность и экономию топлива.

Если картинка стоит тысячи слов…
Тогда видео должно стоить еще больше! Пока мы бродили по сети, мы наткнулись на это классное видео о том, как работает форсунка Common-Rail. Мы не можем брать на себя ответственность за его создание, но тот, кто сделал это видео, проделал отличную работу. Он показывает, как работает форсунка, и даже показывает замедленную анимацию пилотного, основного и дополнительного впрыска внутри отверстия цилиндра. Посмотрите на http://www.youtube.com/watch?v=aGwV9.ueHcz4.

Что такое вибрация форсунки?
Распространено мнение, что дизельные форсунки просто распыляют топливо на поршень, как садовый шланг. На самом деле это не так, и правда куда интереснее. При правильной работе дизельные форсунки будут вибрировать (колебания нажимной пружины), и топливо будет подаваться на поршень со скоростью от 2000 до 3000 раз в секунду, что значительно улучшает распыление. В то время как события впрыска длятся всего доли секунды, это означает, что средний инжектор будет вибрировать по крайней мере несколько сотен раз во время каждого события впрыска. Подумайте об этом в следующий раз, когда будете ехать по дороге. DP

Как работают дизельные топливные форсунки

Рынок дизельного топлива продолжает расти из года в год, так как потребность в надежных автомобилях малой и большой грузоподъемности возрастает в основном в странах среднего и третьего мира. По мере совершенствования инфраструктуры во всем мире растет и потребность в надежных рабочих грузовиках. J.D. Power and Associates прогнозирует, что продажи дизельных двигателей увеличатся более чем в три раза в течение следующих 10 лет, что составит более 10% всех продаж автомобилей по сравнению с 3,6% всего 10 лет назад в 2005 году. С 2000 по 2005 год количество регистраций дизельных двигателей увеличилось более чем на 80%. более 550 000 автомобилей. С 2005 по 2015 год это число увеличилось еще на 67%.

Как работают топливные форсунки

Топливные форсунки представляют собой небольшие электрические компоненты, которые используются для подачи топлива через распылитель непосредственно во впускной коллектор перед впускным клапаном в дизельном двигателе. Форсунки дизельного топлива довольно сложны; инжектор имеет фильтр с высокой микронной проницаемостью на верхней входной стороне, который соответствует небольшим отверстиям подкожного размера на дне для распыления дизельного топлива. Дизельное топливо действует как источник смазки для внутренних частей форсунки. Основной причиной неисправности форсунок является наличие воды в топливе. Когда вода в топливе вытесняет смазочные свойства, внутренние детали быстро изнашиваются, и форсунка в целом может довольно быстро выйти из строя.

Форсунки являются чрезвычайно важным компонентом двигателя. Клапан форсунки открывается и закрывается при тех же оборотах, что и дизельный двигатель. Типичная скорость вращения дизельных двигателей в Северной Америке составляет около 1800 об/мин. Это примерно 140 000 оборотов в час! Помимо воды в топливе, форсунки подвергаются воздействию нагара и частиц грязи, попадающих в агрегат через неисправный элемент воздушного фильтра. Тип топлива, качество и используемые присадки также оказывают значительное влияние на ожидаемый срок службы топливной форсунки. ECM (модуль управления двигателем) управляет топливными форсунками в большинстве электрических дизельных двигателей. На дизельные форсунки постоянно подается питание при повороте ключа зажигания независимо от того, провернут ли двигатель. ECM заземляет форсунку, замыкая цепь и вызывая открытие форсунки. ECM после получения информации от различных контрольных датчиков определяет продолжительность времени, в течение которого форсунки должны быть заземлены для впрыска точного количества топлива с учетом требуемой мощности двигателя.

Процесс открытия, закрытия дизельных форсунок и подачи нужного количества топлива происходит за миллисекунды. Включение цикла форсунки в среднем занимает от 1,5 до 5 миллисекунд. Форсунки дизельного топлива бывают разных форм и размеров в зависимости от марки и модели двигателя, а также потребляемой мощности. Автомобильные форсунки немного меньше, чем дизельные двигатели для тяжелых условий эксплуатации, и измеряются в кубических дюймах. Существует два типа дизельных топливных форсунок: первый называется впрыском в корпус дроссельной заслонки, где 1-2 форсунки расположены в самом корпусе дроссельной заслонки в дизельном двигателе и подают дозированное количество распыленного топлива во впускной коллектор. Эта система подачи по существу заряжает впуск, а впускной клапан втягивает топливо в цилиндр двигателя. Вторая система подачи, известная как топливная форсунка с индивидуальным портом, является более новой и более экономичной. Портовый впрыск более эффективен, чем карбюратор, поскольку он адаптируется к плотности воздуха и высоте над уровнем моря и не зависит от вакуума во впускном коллекторе.

При использовании дроссельной заслонки неэффективность впрыска возникает, когда в ближайших к форсункам цилиндрах смесь лучше, чем в самых дальних. При портовом впрыске этот недостаток устраняется за счет впрыска одинакового количества топлива в каждый цилиндр двигателя.

Детали форсунки

Каждая топливная форсунка немного отличается, но все они состоят из 15 основных частей, включая фильтр, направляющее кольцо, пружину сердечника, пружину седла, седло, полюсный наконечник, упор, катушку соленоида, корпус соленоида, кольцо сердечника, сердечник, корпус наконечника распылителя, направляющая и наконечник распылителя.

Работа дизельной форсунки: Топливные форсунки: устройство и принцип действия