Что такое форсунки в автомобиле

В широком смысле форсунка – это нагнетательный насос, который используется для распыления различных жидкостей (а иногда и порошков) под высоким давлением. В автомобильных двигателях эти устройства выполняют ту же самую функцию. Основная область их применения – распыление топливной смеси в инжекторных бензиновых и дизельных двигателях внутреннего сгорания.

Первая механическая форсунка была сконструирована в 1864 году российским ученым Александром Шпаковым, а затем усовершенствована другим отечественным инженером, Владимиром Шуховым. В двигателях внутреннего сгорания устройство впервые применил Рудольф Дизель. С появлением инжекторных моторов оно стало нужно и на бензиновых силовых агрегатах.

Насосы-форсунки

В этом способе топливоподачи ТНВД заменяется на насосы-форсунки. Работают они так. Солярка подкачивающей помпой подается на вход инжектора с собственной плунжерной парой, являющейся источником высокого давления, необходимого для впрыска горючего. Плунжерная пара приводится в действие непосредственно распределительным валом.

Отсутствие ТНВД придает такой системе компактность и экономичность. Наличие электрического клапана в насосах-форсунках обеспечивает впрыск горючего двумя импульсами. Вначале в двигатель подается небольшая доза горючего и только потом – основная.

Подача топлива системой на основе насосов-форсунок производится точно по времени и дозе. Такая система делает двигатель экономичным, его работа становится мягкой и бесшумной, а выхлоп – менее вредным.

Некоторые проблемы возникают из-за зависимости напора подачи горючего от оборотов коленчатого вала. Также их непросто ремонтировать и обслуживать из-за сложного устройства. Для насосов-форсунок требуется только качественные горюче-смазочные материалы.

Принцип работы форсунки

Работу автомобильной форсунки для большей наглядности можно разделить на несколько этапов:

• топливо под давлением поступает на входной коллектор устройства;
• ЭБУ в зависимости от степени нажатия на акселератор посылает на катушку электроток того или иного напряжения;
• сердечник катушки перемещается, в результате чего игольчатый клапан переходит в открытое положение;
• топливо начинает поступать в сопло, располагающееся на конце иглы, после чего оказывается в цилиндре и формирует смесь с нагнетенным туда воздухом.

Если речь идет о механической форсунке, то принцип ее работы будет несколько отличаться:

• под действием топливного насоса на 3-м такте двигателя горючее начинает поступать во входной коллектор форсунки;
• под воздействием интенсивного давления, обеспеченного насосом, клапан устройства открывается и топливо попадает в цилиндр.

Подобным образом форсунки работают на дизельных двигателях.

Выбор форсунки на жидком топливе

Для начала нужно определиться какая форсунка стоит у вас. Для этого берем торцевой или накидной ключ и с помощью легких ударов выкручиваем форсунку, вытираем ее грани, внимательно считываем выбитые надписи на гранях форсунки. Если вы использовали ключ на 16 и длина дюзы не превышает 25-30 мм. вы имеете дело с классической универсальной форсункой OD.

Внимание! Для того чтобы выкрутить форсунку, во избежание порчи резьбы адаптора, воспользуйтесь молотком или киянкой. При первом повороте ключа, легкими ударами по нему начните движение.

И так форсунка выкручена, грани осмотрены, что это там написано? Скажете вы! Не волнуйтесь, только необходимая информация! Запишите ее.

1.0 Обозначение форсунок OD (жидкотопливные сопла для солярки, мазута и нефти)

1.1 Danfoss, Monarch, Steinen, FL (Fluidics), Delavan. Наименование производителя.Данная информация может быть нанесена выше граней.

1.2 Kg/h 2.37 Расход топлива в килограммах в час. 2.37 кг./час. Справочная информация.

1.3 US gal/h 0.60 Расход топлива в американских галлонах в час. 0.60 галл./час. Еще этот основной параметр называют номер форсунки. Галлон США равен 3,785 л.

1.4 60 0 S Угол распыла топливно-воздушной смеси сопла дюзы 60 градусов. S — Рисунок распыла, еще называют облаком.

1.5 IV 14 Дата изготовления форсунки апрель 2014 года.

Для выбора форсунки необходима следующая информация. Производитель, расход топлива форсунки в галонах, угол и рисунок распыла

Если Вы выпишете нужную информацию с граней форсунки она будет выглядеть так — Steinen 1.0х600S.

2.0 Обозначение форсунок Delavan на отработанных маслах (жидкотопливные дюзы для сжигания отработанных масел)

2.1 Delavan. Наименование производителя. Данная информация может быть нанесена выше граней.

2.2 SNA 0.5 марка форсунки

2.3 30609-5 артикул форсунки.

Отличительная особенность таких насадок — тело длиннее форсунок OD, на конце имеется уплотнительное кольцо. с торца имеется отверстие.

3.0 Обозначение модуляционных форсунок Fluidics (жидкотопливные форсунки для модуляционных горелок)

3.1 FL (Fluidics) Наименование производителя. Данная информация может быть нанесена выше граней.

3.2 W-2 Марка модуляционной форсунки

3.3. 130 расход топлива

3.4. 50 Угол распыла в градусах

Отличительная особенность таких дюз — ключ для демонтажа необходим 24 мм. на конце имеется пружинка и уплотнительное кольцо.

Чем отличаются форсунки? Спросите вы.

4.1.Прежде всего производителем, у каждого свой технология производства, так у штайнен и монарха сопло формируется из тела форсунки, а у флюидикс и данфосс сопло формируется в отдельном элементе устанавливаемым в корпус. Некоторые производители изготавливают только сетчатые фильтрующие элементы, другие и сетчатые и гранулированные, или вообще не комплектуют фильтрами.

4.2. Методом распыла.

У форсунок типа OD и модуляционных — механичекий распыл, внутри корпуса находится завихритель, который завихряет поток жидкости, которая источается через сопло при давлении 10-20 bar. При снижении давления распыл не формируется должным образом.

Для форсунок на отработанных маслах — пневмораспыл, подаваемый на форсунку воздух по средствам инжекции всасывает топливо и распыливает его. Качество распыла зависит от давления воздуха и вязкости подаваемого топлива.

4.3. Расходом топлива. Номер форсунки характеризует расход топлива в галлонах в час. На самом деле форсунки отличаются диаметром отверстия. Чем больше расход топлива, тем больше отверстие в форсунке.

4.4. Углом распыла. Стандартные углы распыла для форсунок OD 30, 45, 60 и 80 градусов.Чем больше угол распыла, тем шире факел (больше диаметр формируемого факела). Соответственно чем меньше угол распыла, тем диаметр факела меньше.

4.5 Фильтром. Фильтрующий элемент форсунки это последний барьер способный улавливать мелкие частички (механические примеси) находящиеся в топливе. При больших расходах более 15 галлонов в час некоторые производители не комплектуют форсунки фильтрами, так как большой расход подразумевает большую поверхность фильтрации. Фильтрующие элементы бывают различной степени фильтрации. Так же различаются по методу изготовления — сетчатый и гранулированный. Сетчатый легко промывается, демонтируется и очищается. Гранулированный промыть и очистить сложнее.

При использовании топлив с высокой парофинной фракцией — нефти и тяжелых мазутов, зачастую фильтра сразу же забиваются фарафином и подлежат демонтажу. Больше они в форсунку не устанавливаются. В дизельных горелках, возможно забивание фильтров при использовании летнего топлива в зимний период.

4.6 Облако распыла. Маркировка рисунка распыла топлива на форсунках у каждого производителя своя, за редким исключением. Существует большое множество рисунков распыла топлив.

Обозначение облак распыла производителя Delavan.

Обозначение рисунковаспыла производителя Monarch.

Обозначение облак распыла производителя Steinen.

Какой же выбрать и какой предпочтительнее?Существует сплошной, полусплошной рисунок распыла и другие как правило полые. Предпочтения мы рекомендуем отдавать сплошным и полусплошным рисункам, из-за того, что объем распыла у них больше. Следовательно, в случае засорения завихрителя или фильтра тонкой очистки, а так же при неравномерной подачи топлива в сопло вероятность полного отсутствия облака топливно воздушной смеси (отказ форсунки) снижается.

А зачем тогда другие формы распыла? Спросите вы. Мы задавали данные вопросы многим производителей горелок, однако ни один производитель не сообщил нам боле менее адекватной информации по данному вопросу. Мы считаем, что другие формы облака распыла были созданы в погоне за экологичностью выбросов в частности СО в атмосферу и не более того для придирчивых европейских потребителей.

Типы форсунок

В современных транспортных средствах чаще всего используется три типа деталей:

• электромагнитная;
• электрогидравлическая;
• пьезоэлектрическая.

Поговорим про каждый из них более детально.

Электромагнитная

Клапаном, отвечающим за подачу горючего на сопло детали, в данном случае управляет индукционная катушка с подвижным сердечником. А ей, в свою очередь, управляют программные алгоритмы, внесенные в электронный блок управления. Они работают в зависимости от степени нажатия на акселератор.

На сегодняшний день электромагнитные форсунки являются одними из самых распространенных. Именно этот вид устройств устанавливают в подавляющее большинство бензиновых инжекторных моторов, которыми оборудуют легковые автомобили.

Подробнее устройство электромагнитного варианта устройства и принципа его работы описано выше.

Электрогидравлическая

Представляет собой гибрид электромагнитного и механического типа устройств. Используется в современных дизелях, оснащенных ЭБУ.

В основе работы этого типа устройства – разнице давления горючего. Когда клапан находится в закрытом состоянии, давление больше в области поршня, расположенного в камере управления, и менее интенсивно на игле. Когда необходимо произвести впрыск, с блока управления поступает соответствующий сигнал и электромагнитный клапан приоткрывается. При этом он распределяет топливо таким образом, что на поршень оно оказывает меньшее давление, чем на иглу. Благодаря подобному перераспределению он находиться в открытом состоянии. В результате этого игла приподнимается и бензин или ДТ может свободно поступать в цилиндр. Именно в этот момент и происходит собственно впрыск.

Пьезоэлектрическая

Представляет собой усовершенствованный вариант электрогидравлической форсунки. Имеет по сравнению с ней лучшие характеристики и полезные советы, так как очень быстро срабатывает. Благодаря этому за один такт можно произвести несколько впрысков топлива подряд (обычно 3 – 4). Это особенно важно для дизельных двигателей (что и обусловило область применения этой разновидности детали).

Конструкция пьезоэлектрической форсунки в точности повторяет таковую у электрогидравлической. Главное отличие состоит в том, что в данном случае вместо клапана-электромагнита на устройство устанавливают пьезоэлектрический элемент, который увеличивается в размерах при поступлении на него электрического тока.

Когда клапана находится в закрытом состоянии, на поршень камеры управления топливо оказывает интенсивное давление, а на иглу – низкое. При подаче тока на пьезоэлемент с ЭБУ он увеличивается, толкает поршень и тем самым открывает клапан. Давление перераспределяется – наиболее интенсивное оказывается на иглу. Топливо свободно сквозь нее проходит, в результате чего происходит впрыск.

Таким образом, количество поступающего в цилиндр топлива при использовании этой конструкции определяется длительностью воздействия электрического тока на пьезоэлемент, а также давлением топлива.

Следует отметить, что бывают и другие разновидности форсунок (например, механическая). Однако они постепенно выходят из употребления.

Топливоподача Common Rail

Ее сегодня относят к самой эффективной для подачи горючего в моторы, работающие на солярке. Ее появление датируется 1997 годом, которая через несколько лет стала очень распространенной. Common Rail или аккумуляторная топливная система теперь стоит почти на всех дизельных двигателях. Устройство дизельной форсунки здесь несколько иное. По сравнению с другими, данная система обеспечивает значительную экономию горючего, повышенную экологическую безопасность, бесшумность, но основное – создает большее давление топливоподачи перед форсунками.

Принципиально отличает схему Common Rail от других то, что порядок получения большего напора и подача горючего разделенахронологически. Дизтопливо из емкости к системе подается подкачивающей помпой. Оно в фильтрах осветляется, оставляя примеси и прочие загрязнения на фильтр-элементах.

По низконапорным магистралям горючее попадает в механический ТНВД, закачивающий горючее в рампу, где топливо накапливается до впрыскивания к/с. В этой схеме напор горючего не связан с текущим режимом работы мотора.

На основе данных, выдаваемых датчиками на ЭБУ мотора, определяется доза, которую должен закачать насос внутрь топливной рампы. Это происходит путем открытия дозировочного клапана, после чего горючее попадает в рампу. В аккумуляторе оно имеет заданное давление, которое поддерживается регулятором.

После подачи в рампу необходимого объема топлива, ЭБУ выдает импульс для открытия инжекторов согласно работе мотора. Пока длится один цикл процесса, такая система осуществляет впрыск в три этапа:

• предварительный (с его помощью повышается температура в к/с, что способствует быстрому процессу самовоспламенения). Их количество связано с режимом работы мотора: для без нагрузочного режима их может быть два, промежуточного – один, при максимуме мощности – ни одного;
• основной (непосредственное обеспечение функционирования мотора);
• дополнительный (им подогреваются газы, что способствует более полному выгоранию углерода и уменьшает вредные вещества в выхлопе).

Common Rail может дробить фазу подачи на 7-9 порций, а величина напора может достигать 300 МПа. Такие возможности позволяют увеличить цикловой объем впрыскиваемого в к/с цилиндров топлива, что незамедлительно ведет к повышению мощности автомобилей с дизельными двигателями.

Для этой системы питания требуются дизельные форсунки типа электрогидравлических и пьезоэлектрических. Управление первых происходит с помощью электромагнитных клапанов, а вторых – пьезокристаллов, что существенно повышает их быстродействие в работе.

Системе Common Rail требуется только высококачественное топливо, поскольку в них применяются сложно устроенные форсунки, собранные из высокоточных узлов и деталей. Причем требуется их полная герметичность. Если по каким-либо причинам положение клапана окажется открытым, давление в рампе упадет, и топливоподача прекратится.

Принцип функционирования форсунок

Топливо от рамы к каждой отдельно взятой форсунке подается под необходимым определенным давлением. От блока управления на электромагнит форсунок поступают электрические импульсы. Именно они задействуют игольчатый клапан, предназначение которого – открывать и закрывать форсуночный канал. От длительности поступления электрического импульса зависит длительность открытия игольчатого клапана и количество подаваемого топлива. Эту длительность регулирует блок, управляющий двигателем. Кроме того, разные типы форсунок могут создавать несколько форм факела топлива, а также менять его направление. А это очень сильно влияет на смесеобразование в двигателе.

Виды форсунок

Форсунка является электромагнитным клапаном, управляемым при помощи специальной программы в блоке, управляющем двигателем автомобиля. Именно благодаря форсунке топливо подается в цилиндры дозами. Если говорят про инжектор, то здесь имеется в виду система управляемых форсунок.

Есть несколько видов форсунок, которые предназначены:

• для распределенного впрыскивания топлива;
• центрального впрыскивания;
• непосредственного впрыскивания.

Расположение

Многие не знают про форсунки в автомобиле. Где находятся эти элементы? Их расположение зависит от типа впрыска:

• При центральном впрыске топлива одна или пара форсунок находятся внутри впускного трубопровода, возле дроссельной заслонки. Так, форсунка является заменой уже устаревшего устройства – карбюратора.
• При распределенном впрыске топлива для каждого цилиндра устанавливаются свои форсунки в автомобиле. Где находятся они в этом случае? У основания трубопровода для впуска, в который и осуществляется впрыск топлива форсункой.
• При непосредственном впрыске топлива они располагаются в верхней области стенок цилиндра. Они впрыскивают топливо в саму камеру сгорания.

Вот такое расположение имеют форсунки в автомобиле. Где находятся эти части, стало ясно.