Топливная форсунка. Назначение, устройство, принцип работы

Последователем Bosch стал Mercedes-Benz 300 SL, который подхватил эстафету в 1954 году. И вот, уже в конце 70-х годов началось массовое, серийное введение инжекторных систем впрыска топлива. Как оказалось на практике, впрыск топлива имеет множество достоинств и отличных характеристик, по которым такая система превосходит карбюраторную подачу топлива. От карбюраторного принципа смесеобразования система впрыска топлива отличается более безошибочной дозировкой топлива, а следовательно, и большей экономичностью и приемистостью автомобильного транспорта. Также система впрыска топлива славится меньшей токсичностью выхлопных газов. Можно сделать такой вывод, что переоценить работу системы впрыска топлива практически невозможно.

Форсунка является одной из аниболее важных частей системы впрыска топлива, поэтому она во многом и определяет эффективность и надежность работы движка. Однако, именно она работает в наиболее тяжелых условиях. Каждому автолюбителю важно знать что это за деталь и как она работает, дабы в случае какой-либо неисправности системы впрыска топлива произвести правильную диагностику поломки, ведь именно от состоянии форсунки зависит хорошая работоспособность самой системы. В данной статье мы акцентируем внимание именно на строении форсунки, ее видах и принципе работы. Итак, начнем.

Типы инжекторных форсунок

Для начала давайте разберемся, что такое форсунка и какое ее предназначение. Деталь форсунки (по-другому можно назвать инжектором) представляет собой конструктивный элемент системы впрыска горючего. Главными тремя функциями, которые выполняет форсунка являются дозированная подача топлива, распыление данной топливной жидкости в камере сгорания (другими словами – впускной коллектор), а также возникновение топливно-воздушной смеси.

Как правило, форсунка приводится в эксплуатацию в системах впрыска топлива как дизельных, так и двигателей, работающих на бензине. Если говорить о современных двигателях, установленные в них форсунки руководствуются электронным управлением впрыска. Данную деталь принято разделять на три типа, в зависимости от способа произведения впрыска.

Итак, существуют такие три вида форсунки:

1. Электрогидравлическая

2. Электромагнитная

3. Пьезоэлектрическая

Теперь о каждом виде поподробнее.

Форсунка электромагнитная

Данную форсунку, как правило, принято устанавливать именно на бензиновых движках, в том числе укомплектованных системой непосредственного впрыска. Сама по себе электромагнитная форсунка имеет довольно обычное строение и состоит непосредственно из электромагнитного клапана с иглой и сопла. Работает такая форсунка по своеобразному принципу. В соотношении с заложенным алгоритмом, установленный электронный блок управления способен обеспечить в нужный момент передачу напряжения прямиком на обмотку возбуждения клапана. В этот момент создается своеобразное электромагнитное поле, которое может преодолевать усилие пружины, втянуть якорь с иглой и отпустить сопло. После проделанной операции осуществляется впрыск топлива. После того момента, как напряжение исчезнет, пружина возвращает иглу форсунки обратно на седло.

Форсунка электрогидравлическая

Как правило, электрогидравлическую форсунку принято приводить в действие на двигателях использующих дизель, в том числе и таких, которые укомплектованы системой впрыска Common Rail. Сама по себе электрогидравлическая форсунка состоит из впускной и сливной дроссели, камеры управления, а также электромагнитного клапана. Такая форсунка приводится в эксплуатацию по принципу применения в процессе работы давления топлива, как при произведении впрыска, так и при его окончании.

Как правило, на начальной позиции электромагнитный клапан обесточен и находится в закрытом состоянии, игла форсунки прислоняется к седлу благодаря мощности давления топлива на поршень, которое имеет место в камере управления. В этом случае впрыск топлива не производится. В этот момент давление топлива на иглу ввиду несоответствии площадей контакта порядка меньше чем давление на поршень.

Электронный блок управления посылает сигнал и по его команде в работу включается электромагнитный клапан, который осуществляет открытие сливной дроссели. В свою очередь, топливо, которое выходит из камеры управления, начинает проходить через дроссель прямиком в сливную магистраль. В таком случае, дроссель способна воспрепятствовать скорой стабилизации давлений в камере управления и впускной магистрали. Таким образом, происходит снижение давления на поршень, но давление топлива на иглу остается на прежнем уровне. Под воздействием давления игла двигается вверх и происходит впрыск топлива.

Форсунка пьезоэлектрическая

Пьезоэлектрическая форсунка является самым совершенным и надежным устройством, которое способно обеспечить впрыск горючего. Такую форсунку, как правило, устанавливают на двигателях, использующих дизель, которые укомплектованы системой впрыска Common Rail. Такой вид форсунки имеет много достоинств, среди которых имеет место быстрота срабатывания Данная форсунка превосходит всех своих оппоненток и является самым надежным устройством, обеспечивающим впрыск горючего.

Преимуществом пьезофорсунки является быстрота срабатывания, которая в четыре раза превышает быстроту электромагнитного клапана. Из этого следует осуществимость многократного впрыска горючего в период одного цикла, а также безошибочная дозировка впрыскиваемого горючего.

Вся операция происходит благодаря использованию пьезоэффекта в руководстве форсункой, который был основан на изменении показателей длины пьезокристалла под воздействием напряжения. Вся конструкция пьезоэлектрической форсунки состоит из пьезоэлемента, переключающего клапана, толкателя, а также иглы, которые умещаются в корпусе. Пьезофорсунка приводится в работу по такому же принципу как и электрогидравлическая, а именно по гидравлическому. В связи с высоким давлением горючего, игла, находящаяся на исходной позиции, посажена на седло.

Во время подачи электрического сигнала на пьезоэлемент, производится увеличение его длины, при этом это позволяет пьезоэлементу толкать усилие непосредственно на поршень толкателя. В этот момент, переключающий клапан приходит в открытое состояние и топливо проходит в сливную магистраль. При этом падает давление, которое находится выше иглы. При этом, за счет давления в нижней части игла идет вверх и происходит впрыск горючего. Как правило, количество впрыскиваемого топлива может определяться длительностью воздействия на пьезоэлемент, а также уровнем давления горючего в топливной рампе.

Принцип работы форсунки инжектора

Для того, чтобы разобраться в принципе работы форсунки, нужно в общем понять работу всей системы впрыска топлива. Итак, данная система производит подачу горючего в цилиндр двигателя либо во впускной коллектор по принципу прямого впрыска благодаря форсунке, или как принято называть еще, инжектора. Исходя из этого, все автомобили, которые комплектуются такой системой, получают название инжекторных.

Классифицирование инжекторного впрыска проводится в зависимости от того, какой принцип работы инжектора, а также по месту его установки и суммарному количеству инжекторов. Как правило, центральный впрыск топлива осуществляется по такому принципу: во всеобщий впускной трубопровод, с помощью форсунки впрыскивается топливо на все цилиндры двигателя.

Форсунку, как мы уже упоминали, принято устанавливать именно перед дроссельной заслонкой, в том месте, где должен находиться карбюратор. Она показывает низкое сопротивление обмотки электромагнита (до 4-5 Ом). Как же распределяется впрыск? С помощью отдельных форсунок происходит впрыск топлива во впускные трубопроводы каждого имеющегося цилиндра. Они занимают место у основания впускных трубопроводов (как правило, у корпуса головки блока цилиндров) и отличаются довольно-таки высоким сопротивлением обмоток электромагнитов (до 12-16 Ом). Он может быть и меньшим, но при условии наличия дополнительного блока сопротивлений.

Как известно, большинство современных автомобилей снабжаются системой именно распределенного впрыска топлива. Как мы уже говорили, она работает по принципу, что отдельная форсунка отвечает за свой цилиндр. Важно знать, что каждая система распределенного впрыска топлива делится на четыре разных типа:

1. Одновременный

2. Попарно-параллельный

3. Фазированный

4. Прямой

Теперь о каждом поподробнее. Одновременный тип характеризируется подачей горючего от всех форсунок системы одновременно во все цилиндры. Что ж, название говорит само за себя. Попарно-параллельный тип впрыска подразумевает парное открытие форсунок, при котором, одна открывается непосредственно пред циклом впуска, а вторая — перед циклом впуска. Главной отличительностью этого типа является применение попарно-параллельный принцип открытия форсунок в момент запуска двигателя, или же в период аварийного режима неисправности датчика положения распредвала. В период эксплуатации автомобиля, то есть во время движения, в работу включается фазированный впрыск топлива. Это тип впрыска. При котором каждый инжектор открывается перед тактом впуска. Наконец, прямой тип впрыска происходит непосредственно в камеру сгорания.

Некоторые автомобили новейшего поколения могут похвастаться подачей топлива непосредственно в камеру сгорания (это и есть непосредственный впрыск). Отличительной чертой форсунок таких двигателей является наличие высокого рабочего напряжения электромагнита, которое достигает до 100 В. Маркировки форсунок отражают фабричную, или торговую, марку либо название, а также каталожный номер, или наименование и номер серии.

Как правило, горючее подается к форсунке под определенным давлением, которое зависит от режима работы движка. Принцип действия инжектора предполагает использование сигналов микроконтроллера, который в свое время получает данные от датчиков. Поступившие на электромагнит электрические импульсы, которые исходят от блока управления, заставляют работать игольчатый клапан, который открывает и закрывает канал форсунки. Все количество топлива которое распыляется зависит от длительности импульса, которая задается непосредственно блоком управления. Если говорить о форме и направлении распыляемого факела очень важны при смесеобразовании и определяются количеством и расположением распылительных отверстий.

Как правило, если топливо впрыскивается во всеобщий трубопровод с помощью одной форсунки, то это называется системой моновпрыска. Такая система на сегодня не пользуется особым спросом среди автомобилестроителей. Большинство автопроизводств предпочитают использовать сразу две форсунки в системе впрыска.

Как ни крути, но как и любая другая система, инжекторная ситсема имеет и свои недостатки, среди которых достаточно высокая цена на узлы инжектора, низкая уровень ремонтопригодности, высокие запросы по поводу состава и качества горючего, крайняя необходимость использования специального оборудования для диагностики каких-либо поломок, и, конечно же, довольно высокие ценовые показатели стоимости ремонта.

Как устроена форсунка инжектора

А теперь давайте рассмотрим конструкцию форсунки, из чего же она состоит.Каждому автолюбителю известно, что подача топлива в форсунках происходит преимущественно сверху вниз.Если говорить в общих чертах, можно сказать, что форсунка состоит из одного, реже двух каналов. Как правило, по первому к выходу подходит распыляемая жидкость, а по второму проходят жидкость, пар, газ, который служит для распыления первой жидкости. Как показывает практика, чистая и качественная форсунка способна дать конусообразный распыл, а факел получается непрерывный и ровный.

Если детализировать построение форсунки, можно сказать, что она, в первую очередь состоит из корпуса. В верхней части корпуса можно отыскать так называемый гидравлический разъем, который, в свою очередь, закрепляется к топливной рампе.Благодаря наличию насоса и обратного клапана в рампе непрерывно поддерживается установленное давление горючего. Известно, что форсунка прикрепляется к топливной рампе посредством специального зажимного устройства.

Нижнюю часть форсунки занимает распылительная пластина с отверстиями для впрыскивания топлива. Для того, чтобы обеспечить герметичность соединения сверху и снизу находятся специальные уплотнительные кольца. С одной стороны форсунки находится электрический разъем, который используется для управления соленоидом форсунки.Весь основной механизм находится внутри форсунки и состоит из фильтрующей сетки, электромагнитной обмотки, седлом клапана, пружины, игольчатого клапана с якорем соленоида и запорным сферическим элементом, а также распылительной пластины. Сопло принято считать самым важным элементом форсунки.

Где в автомобиле находятся форсунки?

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).

Читайте также:  Виды и особенности работы систем впрыска бензиновых двигателей

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.

Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного 

Инжектор представляет собой принципиально другой способ подачи топлива в камеру сгорания по сравнению с карбюратором. Другими словами, в инжекторном моторе наибольшие конструктивные изменения коснулись системы питания и топливоподачи.  В карбюраторном двигателе бензин смешивается с определенной частью воздуха во внешнем устройстве (карбюраторе). 

После образовавшаяся топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндры двигателя. Инжекторный двигатель имеет специальные инжекторные форсунки, которые дозировано впрыскивают горючее под давлением, после чего происходит смешение порции топлива с воздухом. Если сравнивать эффективность подачи горючего инжектором и карбюратором, мотор с инжектором оказывается до 15%!мощнее. Также отмечается существенная экономия топлива на разных режимах работы двигателя.

Форсунка дизеля, виды форсунок дизельных двигателей, устройство и принцип действия

На дизельных моторах, а том числе и на тех, которые оснащены системой впрыска «Common Rail», применяют электрогидравлические форсунки. В конструкцию данного устройства входит — электромагнитный клапан, камера управления, а также сливная и впускная дроссели.

Принцип работы такого оборудования основывается на использовании давления топлива при впрыске, а также, после его прекращения. В исходном положении электромагнитный клапан полностью закрыт и обесточен, игла прибора прижата к седлу при помощи давления на поршень горючего в камере управления. Впрыск топлива в таком положении не производится. Стоит отметить, что давление горючего на иглу, в данной ситуации, меньше давления, которое производится на поршень, в результате разности площадей контакта.

После команды ЭБУ, срабатывает электромагнитный клапан и производится открытие сливной дроссели. Топливо, которое находится в камере управления, при этом, вытекает через дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель является препятствием, чтобы осуществилось быстрое выравнивание давлений во впускной магистрали и камере управления. Постепенно происходит уменьшение давления на поршень, однако давление горючего, осуществляемое на иглу, не изменяется, в результате чего осуществляется поднятие иглы и впрыск горючего.

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.

(2 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

Устройство простейшего инжектора

Инжектор включает в себя такие исполнительные элементы, как:

• бензонасос (электрический),
• ЭБУ (контроллер),
• регулятор давления,
• датчики,
• форсунка (инжектор).

Соответственно, схема инжектора: электробензонасос подает топливо, регулятор давления поддерживает разницу давления в инжекторах (форсунках) и воздухом впускного коллектора. Контроллер, обрабатывает информацию от датчиков: температуры, детонации, распредвала и коленвала, и управляет системами зажигания, подачи топлива и так далее.

Всем хороша инжекторная система впрыска топлива, но и она не обошлась без своих особенностей. Приверженцы карбюраторов, называют их недостатками. Особенностями инжектора смело можно назвать: достаточно высокая стоимость узлов инжектора, низкая ремонтопригодность, высокие требования к качеству и составу топлива, необходимость специального оборудования для диагностики, и высокая стоимость ремонтных работ.

Пьезофорсунка, достоинства

1. Высокий КПД форсунки.
2. Снижение шума в процессе работы мотора.
3. Возможность перемены давления впрыска.
4. Увеличение быстродействия форсунки.