Топливная форсунка - важная часть двигателя

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. 

 

Топливные дизельные форсунки: принцип работы и слабые места 

 

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. Топливные дизельные форсунки: принцип работы и слабые места 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 Топливные дизельные форсунки: принцип работы и слабые места 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. Топливные дизельные форсунки: принцип работы и слабые места 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: - предварительный впрыск; - основной впрыск; - дополнительный впрыск. 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. Топливные дизельные форсунки: принцип работы и слабые места 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 Топливные дизельные форсунки: принцип работы и слабые места 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. Топливные дизельные форсунки: принцип работы и слабые места 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.