No Image

Как работает распылитель форсунки

СОДЕРЖАНИЕ
0
114 просмотров
15 мая 2019

Форсунка служит для впрыска топлива в камеру сгорания дизеля. Это является определяющим фактором эффективности смесеобразования и процесса сгорания и, следовательно, оказывает основное влияние на характеристики двигателя, эмиссию вредных веществ с ОГ и уровень шума.

Для того чтобы форсунки могли максимально эффективно выполнять свои функции, они должны проектироваться с учётом устройства топливной системы и конструкции двигателя, в которых они будут работать.

Форсунка является одним из главных компонентов любой топливной системы, от конструкторов форсунок требуется очень высокая квалификация и наличие специальных знаний. От работы форсунки зависит:

  • формирование кривой характеристики впрыска топлива (точное обеспечение подъёма давления и распределения топлива по углу поворота коленчатого вала двигателя);
  • оптимальные тонкость распыливания топлива и распределение топлива по камере сгорания;
  • плотная изоляция системы впрыска топлива от камеры сгорания.

Поскольку распылитель форсунки входит в камеру сгорания, он подвергается постоянным пульсирующим воздействиям механических и термических напряжений от собственно двигателя и системы впрыска топлива. Топливо, протекающее через форсунку, должно также охлаждать её. При работе двигателя на максимальной частоте вращения холостого хода, когда подача топлива практически отсутствует, температура распылителя форсунки резко возрастает. Следовательно, для выдерживания такого режима форсунка должна обладать достаточным высокотемпературным сопротивлением.

В топливных системах с рядными многоплунжерными ТНВД (Тип РЕ), ТНВД распределительного типа (VE/VR) и с индивидуальными ТНВД (UPS) распылители заворачиваются в корпус форсунок, образуя единое целое — устанавливаемую в двигатель форсунку для впрыска топлива. В топливных системах с высоким давлением впрыска топлива, таких как Common Rail (CR) и системы с насос-форсунками (UIS), распылитель является встроенным блоком форсунки в сборе.

В двигателях с разделёнными камерами сгорания используются штифтовые распылители форсунок, а в двигателях с непосредственным впрыском топлива распылители соплового типа. Распылители форсунок открываются под действием давления топлива. Начало подъема иглы распылителя форсунки, продолжительность впрыска топлива и кривая характеристики впрыска являются определяющими факторами цикловой подачи топлива. Распылители форсунок должны быстро и надёжно закрываться при падении давления, причём давление закрытия должно быть, по крайней мере, на 40 бар выше максимального давления сгорания для предотвращения нежелательных подвпрысков топлива или проникновения горячих газов из камеры сгорания в распылитель. Распылитель форсунки должен проектироваться специально для данного типа двигателя, в котором он используется, что определяется следующими факторами:

  • способ впрыска топлива (непосредственный впрыск или впрыск в разделённую камеру сгорания);
  • геометрия камеры сгорания;
  • требуемая форма факела распыливания и направление струи топлива;
  • требуемая глубина впрыска и тонкость (мелкость) распыливания топлива;
  • требуемая продолжительность фазы впрыска топлива;
  • требуемое количество впрыскиваемого топлива по отношению к углу поворота коленчатого вала двигателя.

Стандартизированные размеры и набор деталей обеспечивают необходимую степень адаптивности при минимальном разнообразии деталей. Благодаря превосходным характеристикам в сочетании низким расходом топлива во всех новых конструкциях двигателей применяется непосредственный впрыск топлива и, следовательно, распылители соплового типа.

Рис. Распылитель как связь между топливной системой и дизельным двигателем

Источник ustroistvo-avtomobilya.ru

Форсунки дизельного двигателя, также как и инжекторного, периодически загрязняются. Поэтому многие владельцы машин с дизельным двигателем задаются вопросом — как проверить форсунки на дизеле? Как правило, в случае их засорения топливо несвоевременно подается в цилиндры, и возникает повышенный расход горючего, а также перегрев и разрушение поршня. Кроме этого, возможен прогар клапанов, и выход из строя сажевого фильтра.

Форсунки дизельного двигателя

Проверка дизельных форсунок в домашних условиях

В современных дизельных двигателях повсеместно могут использоваться одна из двух известных топливных систем Common Rail (с общей рампой) и насос-форсунки (где на на каждый цилиндр отдельно подводится своя форсунка).

Они обе способны обеспечить высокую экологичность и КПД двигателя. Поскольку эти дизельные системы функционируют и устроены подобным образом, но Коммон Реил более прогрессивна с точки зрения эффективности и шумности работы, хотя и проигрывает в мощности, стала все более чаще использоваться на легковых авто, то далее будем говорить о ней. А про работу, неисправности и проверку насос форсунок расскажем отдельно, ведь это не менее интересная тема, особенно для владельцев автомобилей VAG группы, поскольку там довольно не сложно производится программная диагностика.

Самый простой метод вычисления забитой форсунки такой системы можно провести по следующему алгоритму:

Форсунка Common Rail

  • на холостом ходу довести обороты двигателя до того уровня, когда проблемы в работе двигателя слышны наиболее отчетливо;
  • каждую из форсунок отключают путем ослабления накидной гайки в месте крепления магистрали высокого давления;
  • когда вы отключаете нормальную рабочую форсунку, то работа двигателя меняется, если же форсунка проблемная, то двигатель продолжит работать в таком же режиме и далее.

Кроме этого, проверить форсунки своими руками на дизельном двигателе можно путем прощупывания топливопровода на наличие толчков. Они будут результатом того, что ТНВД пытается нагнетать топливо под давлением, однако в силу забитости форсунки возникают сложности с его пропуском. Проблемный штуцер также можно определить по завышенной рабочей температуре.

Проверка дизельных форсунок на перелив (слив в обратку)

Проверка объема слива в обратку

По мере износа дизельных форсунок со временем возникает проблема, связанная с тем, что топливо из них попадает обратно в систему, из-за чего насос не может нагнетать нужного рабочего давления. Следствием этого может быть проблемы с запуском и работой дизельного двигателя.

Перед проверкой вам необходимо будет купить медицинский шприц объемом 20 мл и систему для капельниц (для подключения шприца вам понадобится трубочка длиной 45 см). Чтобы найти форсунку, которая скидывает в обратку больше топлива, чем ей положено, необходимо воспользоваться следующим алгоритмом действий:

  • вынуть поршень из шприца;
  • на запущенном двигателе с помощью системы подключить шприц к “обратке” форсунки (трубочку вставить в горлышко шприца);
  • в течение двух минут держать шприц, чтобы в него набиралось топливо (при условии что оно будет набираться);
  • повторять процедуру поочередно для всех форсунок либо соорудить систему для всех сразу.

На основании информации о количестве топлива в шприце можно сделать соответствующие выводы:

Проверка перелива в обратку

  • если шприц пустой — значит, форсунка полностью исправна;
  • количество топлива в шприце объемом от 2 до 4 мл также в пределах нормы;
  • в случае, если объем топлива в шприце превышает 10. 15 мл, это означает, что форсунка частично или полностью вышла из строя, и ее необходимо заменить/отремонтировать (если льет 20 мл, то ремонтировать бесполезно, поскольку это говорит об износе седла клапана форсунки), так как она не держит давление топлива.

Однако такая простая проверка без гидростенда и тест плана не дает полной картины. Ведь на самом деле при работе двигателя количество сбрасываемого топлива зависит от многих факторов, она может быть забита и её нужно чистить или она подвисает и требуется в ремонте либо замене. Поэтому данный способ проверки форсунок на дизеле в домашних условиях позволяет лишь судить лишь об их пропускных способностях. В идеале количество пропускаемого ими объема топлива должно быть одинаковым и находиться в пределах до 4 мл за 2 минуты.

Для того, чтобы форсунки эксплуатировались как можно дольше, заправляйтесь качественным дизельным топливом. Ведь оно напрямую зависит от на работу всей системы. Кроме этого, ставьте оригинальные топливные фильтры и не забывайте вовремя их менять.

Проверка форсунок с помощью специальных приборов

Более серьезная проверка форсунок дизельного двигателя проводится с помощью прибора под названием максиметр. Под этим названием подразумевается специальная образцовая форсунка с пружиной и шкалой. С их помощью выставляется давление начала впрыска дизельного топлива.

Другой метод проверки — использование контрольной образцовой рабочей форсунки, с которой сравниваются эксплуатируемые в двигателе устройства. Всю диагностику выполняют при запущенном моторе. Алгоритм действий таков:

  • выполняют демонтаж форсунки и топливопровода с двигателя;
  • на свободный штуцер ТНВД подключают тройник;
  • выполняют ослабление накидных гаек на других штуцерах ТНВД (это позволит топливу поступать лишь на одну форсунку);
  • к тройнику подсоединяют контрольную и тестируемую форсунки;
  • активируют декомпрессионый механизм;
  • вращают коленчатый вал.

В идеале контрольная и тестируемая форсунки должны показывать одинаковые результаты в вопросе одновременного начала впрыска топлива. Если есть отклонения — значит, надо регулировать форсунку.

Метод с использованием контрольного образца обычно занимает больше времени, чем использование максиметра. Однако он более точный и надежный. Также можно проверить работу двигателя и форсунок дизельного двигателя и ТНВД на специальном регулировочном стенде. Однако они есть лишь на специализированных СТО.

Чистка форсунок дизеля

Чистка форсунок дизеля

Выполнить очистку форсунок дизельного двигателя можно самостоятельно. Работы необходимо выполнять в чистоте и при хорошем освещении. Для этого форсунки снимают и промывают либо в керосине, либо в дизельном топливе без примесей. Перед обратной сборкой нужно обдуть форсунку сжатым воздухом.

Также важно проверить качество распыления топлива, то есть форму “факела” форсунки. Для этого существуют специальные методики. В первую очередь нужен испытательный стенд. Там подключают форсунку, подают на нее топливо и смотрят на форму и силу струи. Зачастую для испытаний используют чистый лист бумаги, который подкладывают под нее. На листе будут отчетливо видны следы попадания топлива, форма факела и другие параметры. В соответствии с этой информацией можно будет в дальнейшем провести необходимые корректировки. Для чистки сопла иногда используют тонкую стальную проволоку. Ее диаметр должен быть минимум на 0,1 мм меньше, чем диаметр непосредственно сопла.

Возможные неисправности дизельных форсунок

Наиболее частой причиной неисправности является нарушение плотности посадки иглы в направляющей втулке форсунки. Если ее значение уменьшено, то через новый зазор протекает большое количество топлива. В частности, для нового инжектора допускается утечка в объеме не более 4% от рабочего топлива, которое попадает в цилиндр. В целом же, количество топлива из форсунок должно быть одинаковым. Обнаружить утечку топлива на форсунке можно следующим образом:

  • найти информацию о том, какое давление должно быть при открытии иглы в форсунке (для каждого двигателя он будет различным);
  • снять форсунку и установить ее на испытательный стенд;
  • создать заведомо высокое давление на форсунке;
  • с помощью секундомера измерить время, через которое давление упадет на 50 кгс/см2 (50 атмосфер) от рекомендуемого.

Проверка форсунки на стенде

Это время также прописано в технической документации к двигателю. Обычно для новых форсунок оно составляет от 15 секунд и более. Если форсунка поношенная, то это время может сократиться до 5 секунд. Если время меньше 5 секунд, значит форсунка уже находится в нерабочем состоянии. Дополнительную информацию о том, как ремонтировать дизельные форсунки (выполнять замену распылителей) вы можете почитать в дополнительном материале.

При износе седла клапана форсунки (не держит требуемого давление и происходит чрезмерный слив) ремонт бесполезен, обойдется больше половины стоимости новой (а это около 10 тыс. руб).

Иногда дизельный инжектор может давать небольшую или обильную течь горючего. И если во втором случае необходим лишь ремонт и полная замена форсунки, то в первом случае можно обойтись собственным силами. В частности, необходимо притереть иглу к седлу. Ведь основная причина подтекания — нарушение уплотнения на торце иглы (другое название — уплотняющий конус).

Для удаления подтекания дизельной форсунки зачастую используют тонкую шлифовальную пасту ГОИ, которую разводят с керосином. Во время притирки необходимо следить за тем, чтобы паста не попала в зазор между иглой и втулкой. По окончании работ все элементы промывают в керосине или солярке без примесей. После этого нужно обдуть их сжатым воздухом из компрессора. После сборки вновь проверить на наличие течи.

Выводы

Частично вышедшие из строя форсунки являются не критичной, однако весьма неприятной поломкой. Ведь их неправильная работа ведет к значительной нагрузке на другие узлы силового агрегата. В целом же, машину при забитых или ненастроенных форсунках эксплуатировать можно, однако желательно как можно быстрее выполнить ремонт. Это позволит сохранить в работоспособном состоянии двигатель автомобиля, что избавит вас от еще больших денежных расходов. Так что при проявлении первых же симптомов нестабильной работы форсунок на вашем дизельном автомобиле рекомендуем хотя бы элементарным способом проверить работоспособность форсунки, которую как видите вполне под силу сделать каждому в домашних условиях.

Источник m.etlib.ru

Форсунка — это элемент системы впрыска, предназначенный для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.

Форсунки используются 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:

  • электромагнитные форсунки
  • электрогидравлические форсунки
  • пьезоэлектрические

Общий вид форсунки системы «коммон рейл» фирмы «Бош» показан на рисунке.

Рис. Разрез электрогидравлической форсунки фирмы 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

Форсунка состоит из:

  • электромагнита 11
  • якоря электромагнита 10
  • маленького шарикового управляющего клапана 8
  • запорной иглы 2
  • распылителя 3
  • поршня управляющего клапана 5
  • подпружиненного штока 9

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 «Коммон Рейл» электромагнит при давлении 1350 … 1800 кгс/см2 не в состоянии поднять за­порную иглу, поэтому используется принцип гидроусиления.

Рис. Принцип действия электрогидравлической форсунки:
а – форсунка в закрытом состоянии; b – форсунка в открытом состоянии; c – фаза закрытия форсунки

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 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.

Рис. Аварийный ограничитель подачи топлива через форсунку

В системах «коммон рейл» первых поколений общее количество горючей смеси, впрыскиваемой в цилиндр, разделялось на предварительное и основное. Однако более гармоничной является такая схема сгорания, когда во время одного рабочего такта горючая смесь будет разделена на возможно большее количество частей. До сих пор добиться этого было невозможно по причине инерционности традиционных форсунок с электромагнитным управлением.

Одним из путей совершенствования системы «коммон рейл» является увеличение быстродействия открытия форсунки. Минимальное время открытия форсунки для электромагнита с подвижным сердечником составляет 0,5 мс, что не позволяет оперативно изменять подачу топлива. Для более быстрого срабатывания форсунки в настоящее время применяется пьезокерамическая форсунка, которая работает вчетверо быстрее.

Известно, что при подаче электрического напряжения на пьезокерамическую пластинку она на несколько микрон изменяет свою толщину.

Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом форсунки, 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.

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.

Электрогидравлическая форсунка с пьезоэлементом показана на. 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. Разрез пьезоэлектрогидравличе­ской форсунки:
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 пьезо-электрического элемента за один рабочий такт друг за другом производятся несколько впрысков.

Рис. Принцип работы 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. Характер процесса двойного впрыска показан на рисунке:

Рис. График процесса двойного впрыска и характер распыления топлива

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 «послевпрыскивания».

Рис. Характер протекания процесса многоступенчатого впрыска

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 Common Rail и форсунки.

Другим направлением форсунок фирмы 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.

Источник ustroistvo-avtomobilya.ru

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

Это интересно
Adblock detector