No Image

Как работает форсунка в дизельном двигателе

СОДЕРЖАНИЕ
0
85 просмотров
15 мая 2019

Предложения

Рис. Форсунка common rail

Рис. Форсунка Common Rail
a — форсунка закрыта,
b — форсунка открыта (впрыск);
1 — возврат топлива, 2 — электрические выводы, 3 — электромагнитный клапан, 4 — вход топлива из аккумулятора, 5 — шариковый клапан, 6 — жиклер камеры гидроуправления, 7 — "питающий" жиклер, 8 — камера гидроуправления, 9 — управляющий плунжер, 10 — канал к распылителю, 11 — игла форсунки.

Работа форсунки common rail
Работа форсунки может быть разделена на четыре рабочих стадии при работающем двигателе и создании высокого давления ТНВД:

  • Форсунка закрыта с приложенным высоким давлением;
  • Форсунка открывается (начало впрыска);
  • Форсунка полностью открыта;
  • Форсунка закрывается (конец впрыска).

Топливо в форсунку common rail подается через входной штуцер высокого давления (4) и далее в канал (10) и камеру гидроуправления (8) через жиклер (7). Камера гидроуправления соединяется с линией возврата топлива (1) через жиклер камеры гидроуправления 6, который открывается электромагнитным клапаном. При закрытом жиклере (6) силы гидравлического давления, приложенные к управляющему плунжеру (9), превосходят силы давления, приложенные к заплечику иглы (11) форсунки. В результате игла садится на седло и закрывает проход топлива под высоким давлением в камеру сгорания. При подаче пускового сигнала на электромагнитный клапан жиклер (6) открывается, давление в камере гидроуправления падает, и в результате сила гидравлического давления на управляющий плунжер также уменьшается. Поскольку сила гидравлического давления на управляющий плунжер оказывается меньше силы, действующей на заплечик иглы форсунки, последняя открывается, и топливо через сопловые отверстия впрыскивается в камеру сгорания.

Такое косвенное управление иглой форсунки, использующее систему мультипликатора, позволяет обеспечить очень быстрый подъем иглы, что невозможно сделать путем прямого воздействия электромагнитного клапана. Так называемая "управляющая доза" топлива, необходимая для подъема иглы форсунки, является дополнительной по отношению к действительному количеству впрыскиваемого топлива, поэтому это топливо направляется обратно, в линию возврата топлива через жиклер камеры гидроуправления. Кроме "управляющей дозы" в линию возврата топлива и далее в топливный бак также выходят утечки через направляющие иглы форсунки. К коллектору линии возврата топлива также подсоединяются предохранительный клапан (ограничитель давления) аккумулятора и редукционный клапан ТНВД.

Эти рабочие стадии являются результатом действия сил, приложенных к деталям форсунки. При остановленном двигателе и отсутствии давления в аккумуляторе форсунка закрыта под действием пружины.

Форсунка закрыта — При закрытой форсунке питание на электромагнитный клапан не подается (рис. a). При закрытом жиклере камеры гидроуправления пружина якоря прижимает шарик к седлу, высокое давление, подаваемое в камеру и к распылителю форсунки из аккумулятора, увеличивается. Таким образом, высокое давление, действующее на торец управляющего плунжера, вместе с усилием пружины держат форсунку закрытой, преодолевая силы давления в камере распылителя.

Форсунка открывается — Перед началом процесса впрыска, еще при закрытой форсунке, на электромагнитный клапан подается большой ток, что обеспечивает быстрый подъем шарикового клапана (рис. b). Шариковый клапан открывает жиклер камеры гидроуправления и, поскольку теперь электромагнитная сила превосходит силу пружины якоря, клапан остается открытым, и практически одновременно сила тока, подаваемого на обмотку электромагнитного клапана, уменьшается до тока, требуемого для удерживания якоря. Это возможно потому, что воздушный зазор для электромагнитного потока теперь уменьшается.

При открытом жиклере топливо может вытекать из камеры гидроуправления в верхнюю полость и далее по линии возврата топлива в бак. Давление в камере гидроуправления уменьшается, нарушается баланс давлений, и давление в камере распылителя, равное давлению в аккумуляторе, оказывается выше давления в камере гидроуправления. В результате сила давления, действующая на торец управляющего плунжера уменьшается, игла форсунки поднимается, и начинается процесс впрыска топлива. Скорость подъема иглы форсунки определяется разностью расходов через жиклер и сопловые отверстия.

Управляющий плунжер достигает верхнего упора, где остается, поддерживаемый "буферным" слоем топлива, образующимся в результате указанной выше разницы расходов через жиклер и сопловые отверстия. Игла форсунки теперь полностью открыта, и топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением, практически равным давлению в аккумуляторе. Распределение сил в форсунке подобно распределению в фазе открытия. Форсунка закрывается (конец впрыска) Как только прекращается подача питания на электромагнитный клапан, пружина якоря перемещает его вниз, и шариковый клапан закрывается.

Якорь состоит из двух частей, поэтому, хотя тарелка якоря перемещается вниз заплечиком, она может оказывать противодействие возвратной пружиной, что уменьшает напряжения на якорь и шарик. Закрытие жиклера приводит к повышению давления в камере гидроуправления при поступлении в нее топлива через "питающий" жиклер (7). Это давление, равное давлению в аккумуляторе, действует на торец управляющего плунжера, и сила давления вместе с силой пружины преодолевают силу давления, действующую на заплечик иглы форсунки, которая закрывается. Скорость посадки иглы форсунки на седло, то есть скорость закрытия форсунки, определяется расходом через "питающий" жиклер. Впрыск топлива прекращается, как только игла форсунки садится на седло.

Источник dizelvolga.ru

Форсунки — основной элемент дизельных двигателей и бензиновых двигателей с системой впрыска топлива (инжекторов). На сегодняшний день существует несколько принципиально разных типов форсунок, которые находят применение в двигателях различных конструкций. Обо всем этом — читайте в представленной статье.

Назначение и виды форсунок

В дизельных и инжекторных бензиновых двигателях применяются системы впрыска топлива, в которых главную роль играют форсунки — специальные устройства, распыляющие топливо в камере сгорания. В основе работы бензиновых и дизельных форсунок лежит одинаковый принцип: топливо распыляется, проходя под высоким давлением через сопло особой формы (они создают топливный факел, в котором жидкое топливо разбивается на микроскопические капли и смешивается с воздухом).

Однако форсунки инжекторных бензиновых моторах работают под относительно небольшим давлением в единицы атмосфер, в то время как форсунки дизельных двигателей работают под давлением в сотни, а иногда и в тысячи атмосфер.

На сегодняшний день применение находят четыре типа форсунок:

— Механические;
— Электромагнитные (электромеханические);
— Электрогидравлические;
— Пьезоэлектрические.

Каждый тип форсунок имеет свои особенности и сферы применения.

Механические форсунки

Механическая форсунка — это «классическое» решение, которое применяется многие десятилетия и сейчас не теряет своей актуальности. Механическая форсунка — это, в сущности, клапан, открываемый при достижении определенного давления. Основу такой форсунки составляет корпус, внутри которого находится игла, которая под действием пружины закрывает сопло. Топливо от ТНВД под давлением поступает в кольцевую камеру между корпусом и иглой и приподнимает иглу — в этот момент открывается сопло, и топливо распыляется в камеру сгорания. При снижении давления игла снова закрывает сопло.

Механическая форсунка очень проста и надежна, однако она не может обеспечить характеристик, которые предъявляются к современным дизельным двигателям. Поэтому ее постепенно вытесняют другие типы форсунок.

Электромагнитные форсунки

Электромагнитная форсунка отличается от механической тем, что игла в ней поднимается под действием встроенного электромагнита по сигналу от контроллера. Электромагнит обычно располагается в верхней части форсунки, игла соединена с якорем электромагнита, поэтому при подаче напряжения она поднимается вверх и открывает сопло.

Сегодня обычные электромагнитные форсунки используются на инжекторных бензиновых двигателях, так как они плохо работают под теми высокими давлениями, которые необходимы для дизелей.

Электрогидравлические форсунки

Электрогидравлическая форсунка объединяет в себе преимущества электромагнитной и механической форсунок. В форсунке этого типа топливо давит на иглу с двух сторон — сверху и снизу, где находятся топливные камеры. Обе камеры связаны между собой, поэтому давление топлива в них равно и игла закрывает сопло. Однако верхняя камера (она называется камерой управления) через электромагнитный клапан связана со сливной магистралью, а топливо из впускной магистрали поступает в эту камеру через канал с сужением — дросселем.

Принцип действия электрогидравлический форсунки сводится к следующему. Когда клапан закрыт, игла прижата к седлу и закрывает сопло. При подаче на клапан импульса он открывается, топливо из камеры управления поступает в сливную магистраль и давление в камере резко падает — в этот момент игла, на которую топливо теперь давит только снизу, открывается, происходит впрыск. Камера управления в момент открытия форсунки остается связанной с впускной магистралью, однако впускной дроссель не дает топливу быстро заполнить эту камеру.

Электрогидравлическая форсунка получила широкое распространение в дизельных двигателях, в том числе и в системах впрыска топлива Common Rail. Эти простые и надежные устройства обеспечивают длительную и качественную работу двигателя.

Пьезоэлектрические форсунки

Пьезоэлектрические форсунки — наиболее современное и надежное решение, которое сегодня находит все более широкое применение на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. В целом принцип действия этой форсунки повторяет принцип, заложенный в форсунках электрогидравлического типа, однако в ней клапан, открывающий путь топливу из верхней камеры в сливную магистраль, срабатывает под действием пьезоэлектрического кристалла.

Как известно, в ряде кристаллов наблюдается пьезоэлектрический эффект — под воздействием внешней силы они деформируются с образованием электрического заряда. Такие кристаллы подвержены и обратному эффекту — под действием электричества они деформируются, изменяя свои размеры. В пьезоэлектрических форсунках используются кристаллы, которые при подаче напряжения увеличивают свою длину и толкают собой поршень клапана, выпускающего топливо из верхней камеры в сливную магистраль.

Большое преимущество пьезоэлектрических форсунок — их быстродействие. Изменение длины кристалла и открытие клапана в них происходит в среднем в 4 раза быстрее, чем открытие клапана электромагнитного типа. Это открыло путь к реализации многократного впрыска за один такт, что улучшает характеристики двигателя. В современных дизельных моторах впрыск может производиться до девяти раз за один такт.

Источник www.autoopt.ru

Топливные дизельные форсунки: принцип работы и слабые места

Топливная форсунка – деталь топливной системы, которую ещё называют привычным для всех словом английского происхождения инжектор (eng. injector ). Её задача заключается в дозировании и подаче топлива в двигатель. В современную эпоху автомобилестроения топливная форсунка стала исключительно нужной деталью системы впрыска как бензиновых, так и дизельных моторов.

История возникновения

К концу 60-х годов прошлого века социум стал серьёзно задумываться о нарастающей экологической проблеме загрязнения атмосферы, в том числе и автомобильными выхлопными газами. Это было время «звериных» мощностей и больших двигателей, в которых по максимуму полезно использовался воздух в процессе сгорания и карбюраторы намеренно настраивали под использование переобогащённых смесей.

Автомобиль кардинально становился более «резвым», но расход топлива увеличивался в разы и вредные, отработанные газы всё более засоряли атмосферу, разрушая озоновый слой. Конструкторы стали всё больше задумываться над устранением глобальной проблемы. Решение было найдено. Так была спроектирована система моновпрыска с использованием одной топливной форсунки. Позже появился распределённый впрыск топлива.

Форсунки стали активно внедряться в систему впрыска в 70-ые годы двадцатого века. Это были времена топливного кризиса. Продолжение последовало и в 80-ые, когда защита окружающей среды была под пристальным вниманием правительственных и волонтёрских организаций.

Впервые подобные системы уже использовались в 30-ые годы на авиационных двигателях. Затем спустя два десятилетия применение внедрилось и в гоночные автомобили. И в 1954 году компания-гигант Mercedes-Benz представила миру первый серийный автомобиль с механической системой топливного впрыска, над разработкой которой трудились немецкие специалисты ещё одного гиганта — Bosch.

А вот 1957 год был не так обрамлён удачами. Американские инженеры протестировали на нескольких моделях Pontiac и Chevrolet систему впрыска от фирмы Rochester. Эксперимент оказался не совсем удачным, система показала себя ненадёжной и достаточно сложной.

1967 год ознаменовался созданием первой системы впрыска, под управлением электроники. Подача топлива производилась электронасосом под постоянным давлением в 0,2 Мпа к электромагнитным форсункам через равные промежутки времени. В 1973 году была создана система впрыска, подающегося электронасосом через регулятор-распределитель к форсункам, непрерывно впрыскивающим топливо в трубопровод. В том же году создали и первый интеллектуально управляемый впрыск. Форсунка – дорогостоящий механизм, отличающийся тонкостью и прецизионностью.

Устройство и принцип работы

Дизельная форсунка состоит из клапана управления, плунжера, запорного поршня, иглы распылителя и обратного клапана. Плунжер создаёт топливное давление. Движение плунжера происходит поступательно в следствии вращения кулачков распредвала, возврат осуществляется за счёт пружины плунжера. Клапан управления управляет топливным впрыском. Клапаны делятся на два вида: пьезоэлектрический и электромагнитный. Пьезоэлектрический клапан – преемник электромагнитного. Он обладает более серьёзным быстродействием. Конструктивной основой клапана служит его игла.

Пружина форсунки контролирует фиксацию иглы распылителя на седло. Усилие пружины может регулироваться топливным давлением. Реализация этой функции происходит благодаря запорному поршню и обратному клапану.

Игла распылителя нужна для точного впрыска топлива непосредственно в камеру сгорания. Управление форсунками производит система управления двигателем.

Форсунка сконструирована таким образом для обеспечения оптимального и эффективного образования воздушно-топливной смеси. Корректная работа топливного впрыска предусматривает з основные фазы:

Осуществление предварительного впрыска необходимо для плавного сгорания смеси во время основного впрыска. Функцией основного впрыска является обеспечение подачи качественной смеси при всевозможных режимах работы мотора. Осуществление дополнительного впрыска выполняет регенеративную функцию сажевого фильтра, то есть его очистку. Так каким же образом осуществляется работа дизельной форсунки? Сейчас мы попытаемся Вам всё предельно просто разъяснить. Распредвальный кулачок толкает вниз плунжер через коромысло.

Каналы форсунки наполняются топливом. Клапан закрывается, отсекая топливо и его давление начинает резко возрастать. Когда оно достигает 13 МПа, поднимается игла распылителя, толкая пружину, и топливо предварительно впрыскивается. Когда клапан открывается, предварительный топливный впрыск прекращается. Далее топливо наполняет питающую магистраль, снижая давление. Количество предварительных впрысков зависит от рабочих режимов двигателя. Их может быть один или два.

Дальнейшее движение плунжера вниз вызывает основной впрыск. Снова происходит закрытие клапана и давление возрастает до 30 МПа, игла распылителя поднимается, толкая пружину, и осуществляется основной топливный впрыск.

Давление, создаваемое топливом прямо пропорционально мощности двигателя. Следовательно, чем выше растёт давление, тем больше увеличивается мощность двигателя. При максимальном давлении в 220 МПа двигатель работает на полную мощность.

Как только открывается клапан, завершается основной топливный впрыск. Давление падает и игла распылителя закрывается. Дополнительный впрыск действует при ещё более глубоком погружении плунжера. Принцип аналогичен с основным впрыском. Дополнительный впрыск, обычно, производится дважды.

Основные виды дизельных форсунок

По способу топливного впрыска форсунки разделяются на два вида: электрогидравлическая и пьезоэлектрическая.

Электрогидравлическая топливная форсунка

Она состоит из камеры управления, электромагнитного клапана, впускного и сливного дросселей. Принцип работы полагается на постоянное топливное давление, как при впрыски, так и по его завершению. В изначальном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, топливная игла прижата к седлу и впрыск не осуществляется. Сигналом электронный блок управления запускает электромагнитный клапан.

Открывается сливной дроссель. Через него топливо, находящееся в камере управление, перемещается в сливную магистраль. Впускной дроссель в этот момент осуществляет контроль над резким выравниванием давлений в магистрали и камере. Давление на поршень постепенно снижается, а игла остается под прежним, поднимаясь и впрыскивая топливо.

Пьезоэлектрическая форсунка

Сегодня она является наиболее совершенным топливным устройством впрыска. Состоит данная форсунка из толкателя, пьезоэлемента, переключающего клапана и иглы. Работа форсунки основана на гидравлическом принципе. В стартовом положении игла находится под высоким давлением топлива и хорошо посажена на седло.

Как только электрический сигнал подаётся на пьезоэлемент, он вытягивается в длину, чем передаёт усилие на поршень толкателя. Открывается клапан переключателя, и топливо направляется в сливную магистраль. Давление над иглой падает, она поднимается в силу давления снизу, топливо впрыскивается. Так же есть и электромагнитные форсунки, но они используются на бензиновых двигателях.

Преимущества и недостатки дизельных топливных форсунок

Преимущества топливных систем, использующих форсунки для подачи топлива, пере карбюраторными следующие:

точная дозировка топлива приводит к большей экономичности;

— очень низкий уровень выброса токсичных элементов в атмосферу;

увеличение мощности силового агрегата в среднем на 10%;

«иммунитет» к погодным условиям, что позволяет всегда легко завести двигатель;

лучшая динамика разгона;

— меньше нуждаются в чистке и замене.

Однако «не всё коту масленица», присутствуют и свои недостатки:

— аппетит только на высококачественное топливо;

хрупкий механизм;

дорогостоящий ремонт и замена деталей.

Источник ukrautoportal.com

Комментировать
0
85 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector