No Image

Как работают топливные форсунки

СОДЕРЖАНИЕ
0
118 просмотров
15 мая 2019

Форсунка (другое название — 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.

Работа электромагнитной форсунки 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

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

Принцип работы электрогидравлической форсунки 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.

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 пьезофорсунки, 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:

Источник systemsauto.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

В топливных системах автомобилей, выпущенных до 80-х годов ХХ века, использовались карбюраторы. Это устройства для смешивания воздуха с топливом и подачи готовой смеси в камеры сгорания двигателя автомобиля. Но карбюраторы имели большой ряд недостатков. Надежность их работы зависела от множества неуправляемых факторов, например перепад атмосферного давления или температуры, что вызывало сбои в работе и требовало ручной регулировки. Со временем карбюраторные топливные системы были полностью заменены инжекторными – системами, регулирующими время и количество подаваемого топлива в камеры сгорания двигателя посредством управляемых клапанов.

Управляемые клапаны это и есть форсунки – компонент системы впрыска топлива, в функции которого входит подача определенного количества топлива в камеру сгорания, в распыленном виде распределив его как можно более равномерно в воздухе, содержащемся в камере. Начало и конец впрыска топлива должны быть четко определены.

Форсунка является точным устройством, которое обеспечивает распыление жидкости за счет высокого давления. Форсунки используются для трех целей: распределение жидкости в определенном объеме или на площади, увеличения площади поверхности покрываемой жидкостью, создание силы удара жидкости о твердую поверхность.

Форсунка была изобретена французом Анри Гиффард в 1858 году. Изначально это устройство использовалось для подачи воды в паровой котел.

Основными компонентами форсунки простой конструкции являются корпус (седло) и игла. Обе детали изготавливаются из высококачественной стали и тщательно подогнаны друг к другу. Допустимые зазоры колеблются в диапазоне 0,002-0,003 мм. Из-за таких жестких допусков эти компоненты не меняются по отдельности.

В простых системах, игла форсунки удерживается в седле с помощью одной или двух пружин. Давление жидкости, нагнетаемого насосом, создает подъемную силу, действующую вертикально. Когда давление жидкости (топлива) превосходит силу пружины, игла выталкивается из седла вверх и через сопло происходит впрыск. При снижении давления игла возвращается в седло, закрывая сопло. Давление открытия форсунки устанавливается производителем в зависимости от необходимых рабочих параметров. В современном железнодорожном транспорте иглы форсунок управляются сервомеханизмом.

Конструкция типовой топливной системы дизельного двигателя состоит из линии подачи топлива, впускных и выпускных клапанов и устройства впрыска топлива. Каждому цилиндру соответствует собственная линия подачи, по которой топливо из бака подается в форсунку. Каждому цилиндру соответствует минимум одна топливная форсунка. По пути, топливо проходит через несколько фильтров, в которых оно очищается от остатков и примесей. Качественная очистка очень важна, поскольку форсунка является высокоточным устройством и даже незначительные частицы или примеси могут нарушить допустимый рабочий зазор деталей форсунки, измеряющихся в тысячных миллиметра. В форсунку топливо поступает под высоким давлением, которое нагнетается насосом, и затем через сопло распыляется в камеру сгорания цилиндра. Сопло содержит несколько небольших калиброванных отверстий, которые обеспечивают равномерное распределение дизельного топлива в камере сгорания цилиндра. В камере топливо смешивается с воздухом, который на момент впрыска находится под очень большим давлением и температурой, что обеспечивает воспламенение. Через выпускной клапан из камеры удаляются результаты сгорания топливовоздушной смеси, а также остатки несгоревшего топлива, которое по специальной магистрали возвращается в бак.

На сегодняшний день электронное управление форсунками является наиболее распространенным способом. Форсунка представляет собой электромагнитный клапан, открытие которого контролируется с помощью импульса, посылаемого с блока управления. Блок управления, получив показания датчиков, принимает решение о времени впрыска. Такой способ используется в современных бензиновых двигателях с электронным впрыском и новейших дизельных двигателях. Системы впрыска топлива всегда отличались в зависимости от вида топлива. Использование электронного впрыска позволило максимально уменьшить количество расхождений между различными системами.

Источник lab-37.com

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

Это интересно
Adblock detector