Разное

Конструкция форсунки инжектора – Устройство и Схема, Электронный Или Механический, Описание и Эксплуатация, Принципы Работы Форсунок, Технические Характеристики, Впрыск Топлива

Форсунка как работает — на работающем двигателе, на дизеле, на инжекторе

 

Форсунка в автомобиле — это специальное устройство, которое отвечает за непосредственное распыление горючего вещества внутри системы сгорания. В настоящее время есть некоторое количество модифицированных устройств такого механизма.

Типы форсунок

На сегодняшний день форсунки различают по трем видам: электромагнитные, электрогидравлические и пьезоэлектрические.

Электромагнитные форсунки

Этот вид форсунок обычно ставят на бензиновый двигатель. Тем самым такой вид обладает самой простой и понятным механизмом работы, состоящей из клапанов электромагнита, а еще обладает системой распылителя, со входящими в нее другими деталями.

Электромагнитные форсунки

Механизм работы такого типа использования форсунок весьма простой. Напряжение подается в систему обмотки, который тем самым возбуждает клапан, которое происходит в определенное время, обычно для этого идет установка программы, благодаря которой происходит принцип работы.

Напряжение создается в нужном поле, затягивающимся с помощью грузика иголки из клапана, в этом случае высвобождается сопло. В результате таких действий происходит впрыск определенного количества горючего вещества. По мере того как снижается напряжение, то иголка начинает возвращаться в первоначальное состояние.

Тип гидравлических электронных

Механизм типовых деталей пролегает в применении большого количества давления в системе подачи горючего вещества. В первом варианте клапана электромагнита закрыты, а иголка по большей степени прижимается к седлу того места, где находится система управления камерой.

 

гидравлические электронные форсунки

В итоге сигнал, который подается от этой системы в механизм, начинает запускать клапан и открывается дроссель слива. А действует это за счет того, что горючее вытекает из системы камеры в магистральный механизм слива. Дроссельная система впускового механизма начинает мешать ему, чтобы температуру давления смогла выгорать и в системе впуска магистрали смогло быстро ровнять свое давление.

В результате этого процесса снижается давление в поршне и ослабевает усилие прижимной системы, а так как давление на игле не изменяется, то в такой момент начинает происходить тот самый впрыск или как, можно сказать, подача автомобиля.

Электрический тип

Такой тип использования форсунок работает за счет механизированной системы гидравлики. Вначале иголка помещается в седло за счет воздействия на него большого давления. Когда начинает поступать сигнал типа электрического на элемент пьезоэлектрического механизма, за счет толчков на поршневую систему толкателя, который тем самым начинает давить на поршневой механизм клапана переключения. Это тем самым приводит к тому, что клапан переключения начинает открываться и благодаря этому горючее переходит в магистральную систему слива, давление наверху иголки начинает понижаться. Благодаря тому, что температура внизу не меняется игла приподнимается, в процессе этого обычно происходит подача горючего в систему.

электромеханические форсунки

Принцип работы

Процесс впрыска топлива в топливную систему берет на себя ответветственность подачи горючего вещества в цилиндр или коллектор впуска двигателя. Чтобы разобрать весь процесс работы форсунки, то для начала следует рассмотреть механизм системы подачи топлива. Таким образом, процесс управления подачи горючего вещества немаловажная часть, тем самым обеспечивая работу двигательной системы. Инжекторная система форсунок устанавливается перед тем как расположить заслонку дросселя, именно на том месте старой модели установлен карбюратор.

Распределительный процесс системы впрыска топлива присущ большому количеству новеньких автомобилей.

Существуют несколько типов форсунок, принцип работы которых имеет свои особенности:

  • Одновременные — подается горючее за счет осуществления на все цилиндры, что характерно равными показателями расходного количества топлива на все инжекторы.
  • Попарно-параллельные — открывается канал, который выполняет работу парно, тем самым одна форсунка осуществляет систему подачи топлива перед впуском, а другая наоборот.
  • Фазированные — инжекторы по автоматической системе открываются, обеспечивают таким образом, лучшую четкость впрыска.
  • Прямые — топливо подается напрямую за счет камеры сгорания, что является наилучшим вариантом продуктивность.

 

Форсунки самое простое и самое сложное устройство

Форсунки – самое простое и в то же время самое сложное устройство на автомобиле.

Принцип действия их прост – электромагнит втягивает сердечник, игла открывает «проходное сечение» – бензин поступает во впускной коллектор.

pr7_fat_1.jpg

 

На самом деле все обстоит значительно сложнее. Вспомним школьный курс физики.

Что такое обмотка? Катушка индуктивности. Для тех, кто еще не знал (а так же для тех, кто уже забыл) напомню, как протекает ток через нее.

 При появлении тока через проводник появляется магнитное поле. Изменение магнитного поля вызывает появление ЭДС противоиндукции (закон Фарадея). Ток в катушке нарастает плавно. При достижении максимального магнитного поля (называемого  насыщением) изменение магнитного поля прекращается, ЭДС противоиндукции прекращается, ток (а равно и магнитное поле) достигает своей максимальной величины.

        Как себя ведет в это время игла? Обозначим через «А» ток через форсунку, а через «h» высоту подъема иглы.

pr7_fat_2.jpg

 

Как мы видим, в зоне поднятия и опускания иглы проходное сечение не определено (игла вроде бы не закрыта, но и не поднята полностью). Производительность форсунки непонятна….

        Наша задача —  сократить это время. Как этого добиться? Способ только один – уменьшить индуктивность катушки. Сократить количество витков….  Увеличим ток через обмотку?

 «Перегреем» ее. Ставим токоограничивающий резистор.

pr7_fat_3.jpg

Таким образом, форсунка работает при меньшем, чем 12 в напряжении. К примеру, фирма TOYOTA применяет 5-вольтовые форсунки, а фирма Ситроен – аж 3-х вольтовые!
Токоограничивающий резистор раньше стоял под капотом. Но прогресс не стоит на месте, и его расположение может меняться….Фирма Mitsubishi, например, располагает этот резистор в блоке управления.
И только с появлением новых технологий (сплавов), появилась возможность избавиться от этого резистора. Современные форсунки могут быть и 12-вольтовыми. Обмотка сделана не из меди, а из латунных сплавов.
Таким образом, держа в руках форсунку, определить ее рабочее напряжение невозможно. Наиболее часто на нее подают 12 вольт.
Отсюда появился очень распространенный миф о том, что якобы ультразвуковая очистка «убивает» форсунки. Нет! «Убивает» их не ультразвук, а те «Кулибины», которые подают на них 12 вольт! Ведь вы же не знаете, на какое напряжение рассчитаны форсунки! Лично я решал эту проблему просто – у меня был «убитый» аккумулятор, вольт эдак на 4-6. Форсунка открывается – этого достаточно!

Очень оригинально эту проблема решена в стенде Web Sonic фирмы WeberMS. Этот стенд не определяет напряжение открытия форсунок – он ограничивает ток через них. Напряжение срабатывания получается автоматически.

Чистка форсунок

Не прекращаются споры, что лучше – ультразвук или Wynns? Попробуем разобраться. Для непосвященных поясню – Wynns это способ химической очистки форсунок. Просто он так называется по имени фирмы, являющейся лидером в производстве препаратов для химической очистки форсунок. В данном проекте участвует много фирм (включая наш родной сольвент – хуже, но дешевле!).
Не секрет, что в бензинах всегда присутствует определенное кличество смолистых компонентов, которые образуют нерастворимые отложения на деталях топливного тракта. Так же как и отложения в камере сгорания (клапанах) делятся на два типа – твердые и мягкие. 
Вы когда нибудь видели печную трубу? Снаружи очень мягкий налет, внутри очень твердое вещество. Так же и в форсунках. Смолистые отложения накапливаются во всех деталях топливного тракта – но большее влияние они оказывают именно в зоне иглы форсунки. Изменяют проходное сечение – меняют производительность и форму распыла.
Сначала образуются мягкие отложения. Очень хорошо смываются химическими методами. Например, фирма WYNN,S рекомендует чистку форсунок своим препаратом каждые 20.000 км (по другим источникам от 15.000 до 25.000). Ну а теперь скажите мне – кто из вас видел клиентов, которые следуют этим рекомендациям?
Эти мягкие отложения превращаются в твердые. Химическими методами уже не смываются…. Ультразвук использует разность прохождения звуковой волны в разных средах (ведь металл отличается от твердых отложений!?). Возникают кавитационные пузыри, отрывающие отложения от основного металла. Твердые отложения отрываются от деталей форсунки и превращаются в мягкие. Вот тут и кроется основная проблема ультразвуковой очистки (про химию мы забыли – она с твердыми не борется – не может!).
Как удалить продукты распада из зоны их образования? 
1.Обеспечить противоток жидкости (обратный поступлению топлива). Достижимо только подбором частоты открытия форсунок для обеспечения резонанса (по моим данным, в Москве не применяют).
2. Твердые отложения превратить в мягкие с помощью ультразвука. Ну а мягкие удалить с помощью химии. Наиболее прогрессивный метод. 
3.Никак не удалять. Наиболее распространенная методика (увы….)..

Химия или ультразвук?
Итак, возьмем Винс.
Вариант 1. Клиент каждые 20.000 чистит форсунки (таких не бывает, но теоретически предположим). Химия значительно эффективнее ультразвука. Отложения мягкие — смываются хорошо. Вся смытая гадость поступает в самое узкое место – игла – но тут же вымывается и вреда не наносит.
Вариант 2. Клиент приезжает на сервис после 100.000 км. Химия хорошо смывает все мягкие отложения и даже местами отрывает частицы твердых. Которые задерживаются в самых узких местах – игла. Проработав на лицензированной станции ВИНС, моя личная статистика говорит о том, что в 50 % данный вид очистки случаев не помогает, а в 50% случаев вредит. 

Наиболее актуально данная проблема стоит для форсунок двигателей с непосредственным впрыском топлива (это GDI,NeoDi, D4 –Япония, FSI – Мерседес и примкнувший к нему WV).В этом случае статистика весьма печальна — химия только вредит – смытая грязь забивает ТНВД, форсунки…. Стоимость ремонта после промывки весьма высока.
Но это тема отдельной статьи, которая в скором времени появиться на этом сайте.
 

   Автор:

Федор Рязанов (father), руководитель образовательного центра ИнжекторКар

его достоинства, виды, конструктивные особенности

Сейчас практически на любом бензиновом моторе легкового автомобиля, используется инжекторная система питания, которая пришла на смену карбюратору. Инжектор благодаря ряду рабочих характеристик превосходит карбюраторную систему, поэтому он является более востребованным.

Немного истории

Содержание статьи

Активно устанавливаться такая система питания на автомобилях стала со средины 80-х годов, когда начали вводиться нормы экологичности выбросов. Сама идея инжекторной системы впрыска топлива появилась значительно раньше, еще в 30-х годах. Но тогда основная задача крылась не в экологичном выхлопе, а повышении мощности.

Первые инжекторные системы применялись в боевой авиации. На то время, это была полностью механическая конструкция, которая вполне неплохо выполняла свои функции. С появлением реактивных двигателей, инжекторы практически перестали использоваться в военной авиатехнике. На автомобилях же механический инжектор особо распространения не получил, поскольку он не мог полноценно выполнять возложенные функции. Дело в том, что режимы двигателя автомобиля меняются значительно чаще, чем у самолета, и механическая система не успевала своевременно подстраиваться под работу мотора. В этом плане карбюратор выигрывал.

Но активное развитие электроники дало «вторую жизнь» инжекторной системе. И немаловажную роль в этом сыграла борьба за уменьшение выброса вредных веществ. В поисках замены карбюратору, который уже не соответствовал нормативам экологии, конструкторы вернулись к инжекторной системе впрыска топлива, но кардинально пересмотрели ее работу и конструкцию.

Что такое инжектор и чем он хорош

Инжектор дословно переводится как «впрыскивание», поэтому второе название его – система впрыска с помощью специальной форсунки. Если в карбюраторе топливо подмешивалось к воздуху за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах мотора, то в инжекторном моторе бензин подается принудительно. Это самое кардинальное различие между карбюратором и инжектором.

Достоинствами инжекторного двигателя, относительно карбюраторных, такие:

  1. Экономичность расхода;
  2. Лучший выход мощности;
  3. Меньшее количество вредных веществ в выхлопных газах;
  4. Легкость пуска мотора при любых условиях.

И достигнуть этого всего удалось благодаря тому, что бензин подается порционно, в соответствии с режимом работы мотора. Из-за такой особенности в цилиндры мотора поступает топливовоздушная смесь в оптимальных пропорциях. В результате, практически на всех режимах работы силовой установки в цилиндрах происходит максимально возможное сгорание топлива с меньшим содержанием вредных веществ и повышенным выходом мощности.

Видео: Принцип работы системы питания инжекторного двигателя

Виды инжекторов

Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электронные элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.

Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же электронный блок управления.

Всего существует три типа инжекторных систем впрыска, различающихся по типу подачи топлива:

  1. Центральная;
  2. Распределенная;
  3. Непосредственная.
  1. Центральная

Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.

Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.

2. Распределенная

Распределенный впрыск топлива

Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У такого типа  инжекторных двигателей топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.

Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.

К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.

3. Непосредственная

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска на данный момент – самая совершенная. Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом. Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.

Конструкция и принцип работы инжектора

Поскольку система распределенного впрыска – самая распространенная, то на именно на ее примере рассмотрим конструкцию и принцип работы инжектора.

Условно эту систему можно разделить на две части – механическую и электронную. Первую дополнительно можно назвать исполнительной, поскольку благодаря ей обеспечивается подача компонентов топливовоздушной смеси в цилиндры. Электронная же часть обеспечивает контроль и управление системой.

Механическая составляющая инжектора

Система питания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

К механической части инжектора относится:

  • топливный бак;
  • электрический бензонасос;
  • фильтр очистки бензина;
  • топливопроводы высокого давления;
  • топливная рампа;
  • форсунки;
  • дроссельный узел;
  • воздушный фильтр.

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Видео: Инжектор

Принцип работы инжектора

Что касается назначения каждого из них, то все просто. Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей.  Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенной со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Раньше форсунки были полностью механическими, и срабатывали они от давления топлива. При достижении определенного значения давления топливо, преодолевая усилие пружины форсунки, открывало клапан подачи и впрыскивалось через распылитель.

Устройство электромагнитной форсунки

Современная форсунка – электромагнитная. В ее основе лежит обычный соленоид, то есть проволочная обмотка и якорь. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Электронная составляющая

Основным элементом электронной части инжекторной системы подачи топлива является электронный блок, состоящий из контролера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

  1. Лямбда-зонд . Это датчик, который определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах. На основе показаний лямбда-зонда ЭБУ оценивает как соблюдается смесеобразование в необходимых пропорциях. Устанавливается в выпускной системе авто.
  2. Датчик массового расхода воздуха (аббр. ДМРВ). Этим датчиком определяется количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами. Расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента;
  3. Датчик положения дроссельной заслонки (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
  4. Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
  5. Датчик положения коленчатого вала (аббр. ДПКВ). На основе показаний этого датчика определяется цилиндр, в который необходимо подать порцию топлива, время подачи бензина, и искрообразование. Установлен возле шкива коленчатого вала;
  6. Датчик детонации. Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
  7. Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
  8. Датчик фаз. Он предназначен для определения углового положения распредвала. На некоторых автомобилях может отсутствовать. При наличии этого датчика в двигателе выполняется фазированный впрыск, то есть, импульс на открытие поступает только для конкретной форсунки. Если этого датчика нет, то форсунки работают в парном режиме, когда сигнал на открытие подается сразу на две форсунки. Установлен в головке блока;

Теперь коротко от том, как все работает. Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от все датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

Что касается подачи топлива, то на основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.

При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.

Виды и конструкция форсунок систем впрыска

________________________________________________________________

_______________________________________________________________

Виды и конструкция форсунок систем впрыска

Форсунка (или инжектор), являясь конструктивным элементом системы впрыска, предназначена для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.

Форсунка используется в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей. На современных двигателях устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска.

В зависимости от способа осуществления впрыска различают следующие виды форсунок: электромагнитная, электрогидравлическая и пьезоэлектрическая.

Электромагнитная форсунка

Электромагнитная форсунка устанавливается, как правило, на бензиновых двигателях, в т.ч. оборудованных системой непосредственного впрыска. Форсунка имеет достаточно простое устройство, включающее электромагнитный клапан с иглой и сопло.

Её работа осуществляется следующим образом. В соответствии с заложенным алгоритмом электронный блок управления обеспечивает в нужный момент подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана.

При этом создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло. Производится впрыск топлива. С исчезновением напряжения, пружина возвращает иглу форсунки на седло.

Электрогидравлическая форсунка bosch

Рис.4. Устройство и компоненты электрогидравлической форсунки Бош

1 – отводящий дроссель; 2 – игла; 3 – распылитель; 4 – пружина запирания иглы; 5 – поршень управляющего клапана; 6 – втулка поршня; 7 – подводящий дроссель; 8 – шариковый управляющий клапан; 9 – шток; 10 – якорь; 11 – электромагнит; 12 – пружина клапана

Электрогидравлическая форсунка используется на дизельных двигателях, в т.ч. оборудованных системой впрыска Common Rail. Конструкция данной модели объединяет электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

Принцип работы электрогидравлической форсунки bosch основан на использовании давления топлива, как при впрыске, так и при его прекращении.

В исходном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления.

Впрыск топлива не происходит. При этом давление топлива на иглу ввиду разности площадей контакта меньше давления на поршень.

По команде электронного блока управления срабатывает электромагнитный клапан, открывая сливной дроссель. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль.

При этом впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не изменяется, под действием которого игла поднимается и происходит впрыск топлива.

Общий вид форсунки системы Бош Комон Рейл показан на рисунке 4. Форсунка состоит из: электромагнита, якоря электромагнита, маленького шарикового управляющего клапана, запорной иглы, распылителя, поршня управляющего клапана и подпружиненного штока.

Шарик клапана прижимается к седлу с усилием пружины и электромагнита. Сила пружины рассчитана на давление до 100 кг/см2, что значительно ниже давления в линии высокого давления (250…1800 кг/см2), поэтому только при приложении усилия электромагнита шариковый клапан не отойдет от седла, отделяя аккумулятор от линии слива.

Игла распылителя форсунки в нерабочем состоянии прижимается к седлу пружиной распылителя – это предотвращает попадание воздуха в форсунку при пуске двигателя.

В отличие от бензиновых электромеханических форсунок, в форсунках Common Rail электромагнит при давлении 1350-1800 кгс/см2 не в состоянии поднять запорную иглу, поэтому используется принцип гидроусиления.

Принцип действия электрогидравлической форсунки bosch

При создании давления в аккумуляторе, оно действует как на конусную поверхность иглы, так и на поршень управляющего клапана 5. Поскольку площадь рабочей поверхности поршня на 50% больше площади конусной поверхности иглы, игла распылителя продолжает прижиматься к седлу.

При подаче напряжения от блока управления на электромагнит 11, шток 9 якоря штока поднимается и открывается шариковый управляющий клапан 8.

Давление в камере управления 7 падает в результате открытия дроссельного отверстия и топливо пропускается из зоны над поршнем управляющего клапана в зону слива.

Давление на поршень управляющего клапана падает, так как подводящее дроссельное отверстие управляющего клапана имеет меньшее сечение, чем отводящее.

Запорная игла 2 при этом под действием высокого давления в кармане распылителя 3 открывается. Количество подаваемого топлива зависит от времени подачи напряжения в электромагнит 11, а значит от времени открытия шарикового управляющего клапана 8.

При прекращении подачи напряжения на электромагнит 11, якорь под действием пружины опускается вниз, при этом шариковый управляющий клапан закрывается, давление в камере управления восстанавливается через специальный жиклер.

Под действием давления топлива на поршень управляющего клапана 5, имеющего диаметр больше диаметра иглы, последняя закрывается.

На входе топлива в форсунку Бош установлен аварийный ограничитель подачи топлива. Он предотвращает опорожнение аккумулятора через форсунку с зависшей иглой или клапаном управления, а также повреждение соответствующего цилиндра дизеля.

В нем используется принцип возникновения разницы давлений по обе стороны от клапана 1 при прохождении топлива через его жиклеры 2. Сечение жиклеров, затяжка пружины 3 и диаметр клапана подобраны по максимальной продолжительности и расходу, т.е. подаче топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка

Самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива, является пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка). Форсунка устанавливается на дизельных двигателях, оборудованных системой впрыска Common Rail.

Преимуществами пьезофорсунки являются быстрота срабатывания (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана), и как следствие возможность многократного впрыска топлива в течение одного цикла, а также точная дозировка впрыскиваемого топлива.

Это стало возможным благодаря использованию пьезоэффекта в управлении форсункой, основанного на изменении длины пьезокристалла под действием напряжения. Конструкция пьезоэлектрической форсунки включает пьезоэлемент, толкатель, переключающий клапан и иглу, помещенные в корпусе.

В работе этой модели, также как и электрогидравлической форсунки, используется гидравлический принцип. В исходном положении игла посажена на седло за счет высокого давления топлива. При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина, которая передает усилие на поршень толкателя.

Открывается переключающий клапан, топливо поступает в сливную магистраль. Давление выше иглы падает. Игла за счет давления в нижней части поднимается и производится впрыск топлива.

Количество впрыскиваемого топлива определяется: длительностью воздействия на пьезоэлемент; давлением топлива в топливной рампе.

Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом форсунки bosch, представляет собой параллелепипед длиной 30…40 мм, состоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок (кристаллов), расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс, чего достаточно чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н. При этом для управления пьезоэлементом используют напряжение бортовой сети автомобиля.

Пьезоэлемент

Для усиления пьезоэффекта в керамику добавляют палладиум и цирконий. Пьезоэлемент потребляет энергию только при подаче напряжения и регенерирует ее при выключении напряжения, таким образом, являясь регенератором энергии.

Использование пьезоэлемента, кроме быстроты срабатывания, обеспечивает большую силу открытия клапана сброса давления над иглой форсунки и высокую точность хода для быстрого сброса давления подачи топлива.

Основными составляющими форсунки являются модуль исполнительного элемента, состоящего из пьезоэлектрического элемента и его составляющих, модуль плунжера, состоящего из поршней, амортизатора давления и пружины, клапан переключения, игла. Для окончательной очистки топлива применяется специальный стержневой фильтр.

Рис.5. Компоненты пьезоэлектрогидравлической форсунки bosch

1 ­– патрубок рециркуляции; 2 – электрический разъем; 3 – стержневой фильтр; 4 – корпус форсунки; 5 – пьезоэлектричесий элемент; 6 – сопряженный поршень; 7 – поршень клапана; 8 – клапан переключения; 9 – игла форсунки; 10 – амортизатор давления

Увеличение длины модуля исполнительного элемента преобразуется модулем соединителя в гидравлическое давление и перемещение, воздействующие на клапан переключения.

Модуль плунжера действует как гидравлический цилиндр. На него постоянно воздействует давление подачи топлива 10 кгс/см2 через редукционный клапан в обратной магистрали.

Топливо выполняет роль амортизатора давления между плунжером соединителя выпускного дросселя 8 и плунжером клапана 5 в модуле плунжера. Из пустого закрытого инжектора (присутствует воздух) воздух удаляется при стартерном пуске двигателя (с частотой вращения вала стартера).

Помимо этого, инжектор наполняется топливом, подаваемым погруженным в топливном баке насосом, проходящим через управляемый обратный клапан против направления потока топлива.

Клапан переключения состоит из пластины клапана, плунжера клапана 5, пружины клапана и пластины дросселя 3. Топливо под давлением протекает через впускной дроссель 4 в пластине дросселя к игле форсунки и в камеру над иглой форсунки.

Благодаря этому происходит выравнивание давления над и под иглой форсунки. Игла форсунки удерживается в закрытом положении силой пружины форсунки.

При нажиме плунжера клапана 5 открывается канал выпускного дросселя и топливо под давлением вытекает через выпускной дроссель 8 большего размера, расположенный над иглой форсунки.

Топливо под давлением поднимает иглу форсунки, в результате чего происходит впрыск. Благодаря быстрым командам на переключение пьезоэлектрического элемента за один рабочий такт друг за другом производятся несколько впрысков.

Принцип работы пьезофорсунки

Рис.6. Принцип действия пьезофорсунки

1 – игла форсунки; 2 – пружина форсунки; 3 – пластина дросселя; 4 — впускной дроссель; 5 – плунжер клапана; 6 – линия высокого давления; 7 – соединительный элемент; 8 – выпускной дроссель; а – форсунка закрыта; б — форсунка открыта

Из-за особенностей процесса сгорания, присущих дизельным двигателям с турбонаддувом, для уменьшения шума и снижения выброса оксидов азота в цилиндры двигателя перед впрыском основной дозы топлива подается небольшая капля топлива (1…2 мм3) «пилотный впрыск», которая плавно перетекает в распыление остальной части топлива.

Предварительный впрыск позволяет топливу воспламеняться быстрее. Давление и температура при этом возрастают медленнее чем при обычном впрыске, что уменьшает «жесткость» работы двигателя и его шум с одновременным снижением выбросов окислов азота.

При холодном двигателе и в режиме, приближенном к холостому ходу, происходит два предварительных впрыска. При увеличении нагрузки предварительные впрыски один за одним прекращаются, пока при полной нагрузке двигатель не перейдет в режим основного впрыска. Оба дополнительных впрыска необходимы для регенерации сажевого фильтра.

Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение горючей смеси на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств горючей смеси следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «после впрыскивания».

Время между предварительным впрыскиванием и основным впрыскиванием составляет 100 мс. Объем топлива, попадающего в цилиндр в момент каждого предварительного впрыскивания, составляет 1,5 мм3. Это делается для равномерного распределения давления в камере сгорания и, соответственно, уменьшения шума, создаваемого в процессе сгорания.

После впрыскивания, в свою очередь, служат для снижения токсичности отработавших газов. Если в конце цикла сгорания произвести еще одно впрыскивание в цилиндр, то оставшиеся частицы сгорают лучше.

Кроме того, в случае, когда во впускной системе установлен фильтр для улавливания несгоревших частиц, такая технология за счет высокой температуры способствует его очистке. Это особенно актуально для двигателей с большим рабочим объемом.

Более того, сейчас стало возможным использовать до семи тактов впрыска вместо трех за один рабочий процесс. Благодаря этому появляются новые возможности для увеличения номинальной мощности двигателя и еще более точного контроля за составом отработавших газов.

Новое поколение форсунок позволяет регулировать не только количество впрыска по времени и его фазы, но и управлять подъемом иглы, что позволяет более четко управлять процессом впрыска.

В настоящее время производители дизельной топливной аппаратуры, например фирма Бош, разработала системы Common Rail с давлением впрыска до 2500 кгс/см2. В этих системах форсунка отличается от традиционной тем, что максимальное давление создается не гидроаккумуляторе, а в самой форсунке.

Она снабжена миниатюрным гидроусилителем давления и двумя электромагнитными клапанами, позволяющими варьировать момент впрыска и количество топлива в пределах одного рабочего цикла. Таким образом, здесь совмещены принципы работы Комон Рейл и форсунки.

Другим направлением форсунок Bosch является устройство в форсунках небольшого напорного резервуара, сокращающего обратный ход к циклу низкого давления. Это позволяет увеличить давление впрыска и КПД системы.

Форсунки с повышенным давлением впрыска соответствуют нормам Евро-6.

Устройство и принцип работы форсунки

Предназначение форсунки (или инжектора) в автомобильном двигателе – дозирование топлива, его распыление, образование смеси из воздуха, бензина (либо дизельного топлива). Современные двигатели комплектуются форсунками, имеющими электронное управление топливным впрыском. Существует 3 типа инжекторов, различающихся по методам впрыска.

Форсунками с электромагнитным методом действия комплектуются бензиновые моторы, в т.ч. и двигатели, имеющие непосредственный впрыск. Конструкция форсунки несложная; представляет собой сопло, электромагнитный клапан, соединенный с иглой. Работа форсунки происходит в соответствии с работой управляющего блока. В определенное время подается напряжение на клапан — возникающее электромагнитное поле, преодолевая сопротивление пружины, втягивает иглу, освобождая сопло. В результате происходит впрыск бензина. Когда электронный блок перестает подавать напряжение, электромагнитное поле исчезает, игла возвращается на штатное место, благодаря упругости пружины.

Работает совместно с дизельными моторами. В конструкцию входит сливной, впускной дроссель, камера управления, клапан (электромагнитный). Суть работы заключается в применении давления. При подаче блоком соответствующего напряжения на клапан, немедленно открывается сливной дроссель — дизельное топливо идет в магистраль.

Задача впускного дросселя – препятствование выравниванию давления в магистрали, камере управления. В результате на поршень давление уменьшается, но на иглу топливо давит по-прежнему, из-за чего она приподнимается и топливо впрыскивается. Когда электронный блок обесточивает клапан, игла инжектора прижимается к седлу благодаря силе давления солярки на поршень в управляющей камере. Впрыска не происходит, т.к. топливо на иглу давит меньше, чем на поршень.

Считается наиболее совершенным и устанавливается на дизелях. Его основное преимущество – высокая скорость срабатывания (больше, чем у электромагнитных инжекторов в 4 раза). Следствием этого является возможность несколько раз произвести впрыск топлива в течение всего лишь одного цикла, плюс точная дозировка. В конструкцию пьезоэлектрической форсунки входит переключающий клапан, игла, пьезоэлемент, толкатель.

Принцип действия данного инжектора также основан на гидравлике. Исходное положение: игла находится на седле из-за более высокого давления топлива. Когда на пьезоэлемент попадает напряжение, его длина увеличивается, благодаря чему передается усилие на толкатель. Благодаря этому переключающий клапан открывается, топливо идет в магистраль. Далее поднимается игла и происходит впрыск.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о