Форсунка двигателя внутреннего сгорания: виды форсунок и принцип работы

Форсунка двигателя внутреннего сгорания: виды форсунок и принцип работы

Форсунка или инжектор — важный механизм топливной системы, предназначенный для своевременной и дозированной подачи и впрыска топливной смеси в камеру сгорания ДВС. Топливными форсунками оснащаются современные инжекторные системы в большинстве дизельных и бензиновых двигателей.

Электромагнитными форсунками

Устройство электромагнитной форсунки

Комплектуются бензиновые двигатели. Их строение и механизм работы просты и надежны. Когда на электромагнитный клапан в строго определенное время, которое определяется программой блока управления автомобиля, подается напряжение, происходит втягивание распылительной иглы, освобождая при этом отверстие сопла. В итоге происходит впрыск строго определенного количества топлива. Когда подача напряжения на данную форсунку прекращается, распылительная игла возвращается на место, закрывая тем самым отверстие сопла.

Два следующих вида форсунок устанавливаются на дизельных двигателях, а так же на двигателях с системой впрыска топлива Common Rail.

Форсунка с технологией Common Rail

Электрогидравлические форсунки

Имеют более сложное строение. Главной отличительной особенностью является наличие впускного и сливного дросселей и камеры управления.

Этот вид форсунок функционирует за счет использования высокого давления топлива как в момент впрыска, так и в момент, когда форсунка закрыта.

В тот момент, когда электро клапан закрыт, игла в форсунке прижимается к своему седлу с максимальной силой давления топлива, которая направляет поршень в камеру управления. В это же время на иглу топливо давит и с другой стороны, но в связи с тем, что площадь поршня больше, чем площадь иглы, то соответственно поршень прижимает топливом иглу к седлу сильнее, чем это же топливо давит на иглу с другой стороны. Таким образом форсунка находится в закрытом положении.

Топливный насос высокого давления и набор форсунок

В то время, когда блок управления подает сигнал для впрыска топлива, срабатывает электромагнитный клапан одновременно с открытием сливного дросселя. Топливо из камеры управления поступает в сливную часть, а дроссель впуска не допускает быстрого выравнивания давления во внутренней камере сгорания и во впускном отсеке. В результате давление на поршень снижается, а на иглу нет. Игла поднимается, и происходит подача топлива в камеру сгорания.

Пьезоэлектрические форсунки

Считаются самыми лучшими. Строение этих форсунок отличается от предыдущего вида. Они имеют пьезоэлементы, толкатели и переключающие клапана.

Работа этого вида форсунок основана на принципе гидравлического механизма. Как и в предыдущем виде форсунок, в закрытом положении игла плотно прилегает к седлу под воздействием на нее высого давления. При подаче напряжения на пьезоэлемент, происходит увеличение его длины, в связи с чем пьезоэлемент толкает поршень толкателя, который передает это движение на поршень, который в свою очередь переключает клапан и открывает его. В этот момент происходит поступление топлива в сливную магистраль. Далее все происходит также, как и в электрогидравлических форсунках.

Преимуществом пьезоэлектрической форсунки является ее скорость срабатывания, которая может быть в 4 раза выше, чем в клапанной системе, что обеспечивает многократный впрыск топлива за один рабочий ход двигателя.

Солистое отложение на сопле форсунки

В сравнении с карбюраторами у топливных форсунок намного больше плюсов, чем минусов. Не смотря на высокую стоимость и возможные поломки из-за использования низкокачественного топлива, есть ряд весомых преимуществ, а именно экономичность, низкая токсичность, простота и легкость при пуске двигателя в ненастную погоду, улучшение динамических характеристик любого авто, отсутствие необходимости в постоянной замене и обслуживании.

Для чего нужны форсунки в автомобиле?

Теперь же немного более конкретных данных о реальной пользе форсунок и их роли в процессе обеспечения работы автомобиля. Прежде всего, это устройство является основным связывающим элементом между двигателем и топливным насосом. Их предназначение можно описать так:

  • обеспечивать правильную дозировку подаваемого в двигатель топлива;
  • обеспечивать правильную струю (угол, давление, количество) смеси, а также ее подготовку;
  • посреднические действия между общей системой формирования впрыска и камерой сгорания, где расположены клапана с поршнями;
  • выдержка правильной кривой скорости сброса.

Конструктивные особенности форсунок напрямую зависят от конкретной модификации и способа управления (подачи смеси). Но наиболее эффективными, рациональными и практичными сегодня считаются пьезоэлектрические форсунки. Их преимущество в возможности многократного впрыска за один цикл, а также скорости срабатывания.

Устройство форсунки двигателя

Автомобильная форсунка — устройство, отвечающее за непосредственное распыление топлива внутри камеры сгорания. Непосредственный впрыск — модификация распределенного впрыска горючего, где горючее впрыскивается в цилиндры напрямую. Форсунка — основной связывающий компонент между топливным насосом и мотором. Существует несколько модификаций данного устройства. На современных двигателях используют форсунки, которые оснащены электронным управлением впрыска. Главное предназначение форсунок:

  • обеспечение правильной дозировки топливной смеси;
  • обеспечение правильной струи топливной смеси — кол-во, давление, угол.

Принцип действия форсунки

Топливо в форсунку подается под давлением. При этом блок управления мотором посылает электроимпульсы на электромагнит инжектора, которые активируют работу игольчатого клапана, отвечающего за состояние канала (открыто/закрыто). Количество поступающего топлива определяется длительностью поступающего импульса, влияющего на промежуток нахождения игольчатого клапана в открытом состоянии.

По методу впрыска современные топливные форсунки делятся на три вида – электромагнитные, электрогидравлические и пьезоэлектрические.

  • Электромагнитные форсунки. Такой вид форсунок зачастую устанавливают в бензиновые двигатели. Подача напряжения на обмотку возбуждения клапана происходит строго в установленное время, в соответствии с заложенной программой. Напряжение создает определенное магнитное поле, которое затягивает грузик с иглой из клапана, тем самым высвобождая сопло. Результатом всех действий является впрыск нужного количества топлива. По мере снижения напряжения, игла принимает исходное положение. Визуальное устройство форсунки бензинового двигателя показано на рисунке слева.
  • Электрогидравлическая форсунка. Использование такой системы можно часто увидеть в автомобилях, оснащённых дизелем. Такие инжекторные форсунки состоят из сливной и впускной дроссели, электромагнитного клапана и камеры. Путем изменения давления топлива легко добиться возможности управлять его подачей на цилиндры, и эта особенность является главным отличием инжектора от аналогичных механизмов. Визуальное устройство форсунки дизельного двигателя показано на рисунке слева.
  • Пьезоэлектрические форсунки. Последний вид форсунок принято считать наиболее совершенным и перспективным среди всех описанных видов. Пьезофорсунки используются только на дизельных двигателях внутреннего сгорания с системой подачи топлива Common Rail. Визуальное устройство форсунки Common Rail показано на рисунке слева.

Проблемы и неисправности форсунок двигателя

Для поддержания нормальной работы топливной системы необходимо проводить периодическую чистку форсунок. По мнению специалистов, процедура должна выполняться каждые 20-30 тыс. км пробега, но на практике необходимость в таких работах возникает уже после 10-15 тыс. км. пробега. Это связано с некачественным топливом, плохим состоянием дорог и не всегда правильным уходом за машиной.

К самым актуальным проблемам, преследующими форсунки любого типа, относится появление на стенках деталей отложений, являющихся следствием использования низкокачественного топлива. Результатом является появление загрязнений в системе подачи горючей жидкости и возникновение перебоев в работе, потеря мощности мотором, чрезмерный расход ГСМ. Причинами, влияющими на работу форсунок, могут быть:

  • чрезмерное содержание серы в топливе;
  • коррозия металлических элементов;
  • износ;
  • засорение фильтров;
  • воздействие высоких температур;
  • проникновение влаги и воды.
Читайте также  Схемы управления симисторами

Надвигающиеся неполадки можно определить по ряду признаков, таких как появление незапланированных сбоев при старте двигателя, увеличение расхода топлива, появление выхлопа черного цвета, нарушение ритмичности работы мотора на холостом ходу.

Способы чистки форсунок

Существует три метода чистки форсунок:

  • ультразвуковая чистка;
  • промывка инжектора через топливную рампу;
  • добавление в топливо специальной промывки.

Ультразвуковая чистка, пожалуй, самая эффективная, но имеет ряд недостатков. Так, с помощью данного метода очищаются лишь сами форсунки, другие же части топливной системы не затрагиваются. Кроме того, данный метод исключен для форсунок, в конструкции которых содержатся элементы керамики (они разрушаются под действием ультразвука).

Метод чистки инжектора через топливную рампу подразумевает присоединение к ней трубок, через которые подается специальный химический состав под высоким давлением. Подобную процедуру выполняют, как правило, на сервисе. Стоимость ее довольно высока. После данной процедуры в обязательном порядке следует заменить свечи зажигания.

Прочистка форсунок посредством специального химического состава, заливаемого в бак, зачастую малоэффективна. Химические соединения, как правило, не способны справиться с сильным загрязнением. Данный способ хорош в профилактических целях, но не для чистки непосредственно. В состав подобных соединений для чистки входят жидкие компоненты, нацеленные на удаление налета, а также мелкодисперсные частицы с абразивными свойствами. Они должны очищать топливопровод от продуктов окисления и налета, а форсунки под их воздействием должны очищаться от нагара. В результате форма распыла топлива вновь должна приобрести правильную конусообразную форму.

Вывод:

Опираясь на все вышесказанное, мы считаем, что ультразвуковая очистка самая эффективная, но не для форсунок с керамическими деталями. Она больше подходит для системы Common Rail, а в промежутке между чисткой ультразвуком, необходимо применять добавление очищающих присадок в топливный бак. В итоге выполняя эти действия мы получим чистые форсунки и топливную магистраль тем самым продлив срок службы топливной аппаратуры и конкретно форсунок.

Но если у Вас не получилось продлить срок работы форсунок автомобиля, тем самым допустив выход их из строя, советуем Вам предоставить ремонт специалистам по ремонту топливной аппаратуры. Так же будем рады, если Вы обратитесь к нам. Мы являемся представителями производителей и авторизованных сервисов по ремонту топливной аппаратуры. Обратившись к нам, Вы получите годовую гарантию на восстановленные форсунки, тест-план по их работоспособности, избавив себя от проблем с автомобилем.

форсунка осуществляет пропорционально необходимую подачу топлива в цилиндр, что обеспечивает более полное сгорание топлива повышающее КПД работы двигателя

Конструкция и принцип функционирования электромагнитной форсунки

Электромагнитное устройство такого плана, как правило, используют, на бензиновых двигателях, включая и те, которые имеют систему непосредственного впрыска. Данный вид оборудования характеризуется довольно простой конструкцией, которая состоит из сопла и включающего электромагнитного клапана, оснащенного иглой.

Работа электромагнитной форсунки происходит таким образом. Электронный блок управления, в точном соответствии с заложенным ранее алгоритмом, обеспечивает в необходимый момент на обмотку возбуждения клапана подачу напряжения. В процессе этого создается электромагнитное поле, которое преодолевает усилие пружины, затем втягивает якорь с иглой и, таким образом, освобождает сопло. После этого осуществляется впрыск топлива. Когда же напряжение пропадает, пружина иглу форсунки возвращает на седло.

Как происходит чистка форсунок.

Одним из самых простых и распространенных способов является способ добавления в топливо очищающей присадки через бензобак, которая позволит растворить все отложения при непосредственной работе системы. Множество специалистов рекомендуют для провождения данную очистку, но лишь в качестве профилактики, а не в случае тотального загрязнения, так как она не будет способна удалить самые тяжелые фракции. Тем более, если при долгой эксплуатации система очень сильно засорилась, то данная процедура может лишь привнести вред транспортному средству. Вследствие этого форсунки могут забиться еще на порядок сильнее.

Связано это непосредственно с тем, что все отложения из топливного бака напрямую направятся в топливный насос, вследствие чего данное устройство просто выйдет из строя. Иной способ потребует особого оборудования специального назначения и некоторых навыков работы. Посредством специальных штуцеров-переходников к инжектору будет подключен прибор, который необходим для промывания. Именно за счет штуцера из оборота выйдет устройство топливного бака, фильтра и бензонасоса. Вместо топлива непосредственно в инжектор будет поступать специальная промывочная жидкость из подготовленного баллона, который присоединяется посредством трубок.

На данном очистителе двигатель будет работать около получаса. Все загрязнения за этот период раскиснут и пройдут через форсунки, после чего попросту сгорят в цилиндрах двигателя. Тем не менее, даже данный способ не может гарантировать стопроцентную панацею от загрязненных форсунок. Даже после такого рода чистки в самой масляной системе и инжекторе останутся некоторые частицы промывающей жидкости. После этого нужно будет проехать несколько десятков километров в форсированном режиме работы мотора, после чего произвести замену масла и масляного фильтра. Вполне выходит очевидным, что данный метод будет требовать особых временных и финансовых затрат. Важно заметить, что данные два способа будут наиболее актуальными для тех случаев, когда транспортное средством имеет небольшой пробег, а демонтировка форсунок является довольно сложной, так как конструктивные особенности их расположения не являются лучшими и самыми удобными.

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.

ПАРАМЕТРЫ, СВОЙСТВА, ЗНАЧЕНИЯ

Топливная система большинства овощных Honda Civic состоит из топливного бака (45л), топливного насоса, линий подключения, топливного фильтра, топливной рейки, самих форсунок, и системы «обратки» с клапаном. Топливо из бензобака подается топливным насосам по топливо проводу в топливную рейку (через фильтр). На топливной рейке установлен регулятор давления NR-1 (Fuel Pressure Regulator — FPR), в большинстве случаев его хватает, он устанавливался на большинство двигателей, но с разной системой крепежа. В общем топливо поступает в топливную рейку под давлением около 3 Бар (3 атмосфер, 3000 мБар), если давление выше то клапан FPR NR-1 выкидывает излишки в «обратку», из «обратки» топливо поступает в бензобак. Значение форсунок вроде 190, 240 (180, 235) и тд. показано в кубических сантиметрах.

Полное обозначение выглядит так 240 cc@3Bar, тоесть форсунка за 1 минуту при давление 3 бара (это нормальное давление большинства насосов) выбрасывает 240 кубиков жидкости. Если раньше стояли форсунки 190, а вы хотите установить 240 просто их заменив, то нужно задать себе вопрос. Зачем? 190 форсунки не работают на 100% даже при полной нагрузке двигателя, то есть имеется запас в 15%. Да я соглашусь что если бы у вас увеличился объем или вы поставили нагнетатель воздуха (турбина) то замена форсунок нужна.

А так вы получите лишний расход. В программе компьютера написано что допустим при 450 мБар (45кПа), форсунка 190 должна работать всего 100мс, заменив ее на 240 вы не изменив время открытия в топливной карте получите чрезмерно богатую смесь. Это тоже самое что вас попросили бы открыть большой и маленький кран с водой одновременно, на одно и тоже время, как вы думаете где расход будет больше? Обдумывайте замену форсунок тщательно. Если у вас нет диностенда иили демона для настройки типа Moates или Hondata я не советовал бы менять форсунки. Не маловажным параметром форсунок является сопротивление, необходимо чтобы сопротивление форсунок новых и старых было одинаково.

Читайте также  Насадка для бормашины

Для этого по «модному» покупается ResistorBox (30-100$). А по нормальному мощные керамические сопротивления(0.5-5$). Если не сбалансировать сопротивления с мозгом, то есть вариант что выходы мозга на форсунки сгорят. Низкоомный форсунки 2.5-3 Ома, Высокоумные 12Ом. Опасность именно в низкоомных, конечно они высокопроизводительные но нужен дополнительный контроль. При 50% нагрузке 2.5 Ом (низкоомные) форсунке на 7 минуте, при работе на 6000 оборотах двигателя мозг начинает гореть, температура ключей (транзисторов) составляет 170-200 градусов Цельсия, в обычном состояние это 60 градусов. Обычно используются транзисторы типа STA413A, STA464C работают максимум до 150 градусов, дальше либо параметры уходят, либо корпус разрывается.

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.

Рабочие параметры и неисправности инжекторов

Одной из основных характеристик форсунки является факел распыла. Для обеспечения корректной работы двигателя топливо должно распыляться под высоким давлением и на большую площадь. При этом размеры капель горючего должны быть как можно меньше. Это позволяет ускорить процесс сгорания и уменьшить расход топлива. Если же подача бензина или дизеля будет осуществляться струей, возникнут провалы в работе мотора, увеличится количество сажи в выхлопе. Происходит это, когда распылитель инжектора загрязняется.

Также важным параметром является время впрыска форсунок, или лаг открытия и закрытия. Он зависит от множества параметров напряжения, уровня давления и типа топлива. Измеряется лаг лабораторным методом, в ходе которого определяется количество пролитого топлива за единицу времени.

Несмотря на сложное устройство, топливные инжекторы имеют длительный срок эксплуатации. В среднем он составляет от 100 до 150 тысяч километров пробега. Основным требованием для обеспечения продолжительности работы форсунок является качество топлива и своевременный технический осмотр автомобиля.