Общие сведения о форсунках

Форсунки — исполнительный механизм, предназначенный для распыления топлива во впускном тракте топливной системы или в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Существует следующие виды этих устройств — механические, электромагнитные, гидравлические, пьезоэлектрические. Форсунки для бензиновых и дизельных двигателей отличаются по принципу работы. Также в разных марках автомобилей форсунки работают с разным напряжением и давлением. Обо всем этом и многом другом мы расскажем вам в данном материале.

Типы форсунок

Охарактеризуем каждый из перечисленных типов в отдельности, и начнем с электромагнитных форсунок. Они устанавливаются в бензиновые двигатели. Форсунки состоят из следующих составных частей — электромагнитного клапана, распылительной иглы и сопла.

Электромагнитная инжекторная форсунка

Дизельная электрогидравлическая форсунка

Принцип их работы достаточно прост. При поступлении команды от ЭБУ автомобиля на электромагнитный клапан подается напряжение, благодаря чему в нем создается магнитное поле, которое втягивает иглу, тем самым освобождая канал в сопле. Соответственно, через него проходит топливо. Как только напряжение на клапане исчезает, игла под воздействием обратной пружины вновь перекрывает сопло и бензин более не подается в цилиндры.

Следующий тип — электрогидравлические форсунки. Они используются в дизельных двигателях, в том числе, созданных по системе Common Rail. Такие форсунки имеют более сложную конструкцию. В частности, в их состав входят впускной и сливной дроссели, электромагнитный клапан и камера управления. Работа форсунки выполняется следующим образом.

Движение основано на использовании давления топлива как во время впрыска, так и по его прекращению. В начальном положении электромагнитный клапан обесточен, и соответственно, закрыт. При этом игла форсунки прижата к своему седлу под естественным давлением топлива на поршень в камере управления. То есть, впрыск топлива не происходит. Поскольку диаметр иглы гораздо меньше диаметра поршня, то давление на нее больше.

Когда на электромагнитный клапан подается сигнал от ЭБУ тот открывает сливной дроссель. Соответственно, топливо начинает вытекать в сливную магистраль. Однако впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений между камерой управления и впускной магистралью. Соответственно, давление на поршень снижается медленно, а давление на иглу не меняется. Поэтому игла под разностью давлений поднимается и происходит топливный впрыск.

Третий тип — это пьезоэлектрические форсунки. Они считаются самыми совершенными, и используются на дизельных двигателях, снабженных системой подачи топлива Common Rail. В конструкцию такой форсунки входят пьезоэлемент, толкатель, переключающий клапан, игла.

В момент, когда топливо не поступает через форсунку, ее игла сидит плотно в своем седле, так как на нее давит высокое давление топлива. Когда от ЭБУ поступает сигнал на пьезоэлемент, который является исполнительным механизмом, то в этот момент он увеличивается в размере (в длину), и таким образом выталкивает поршень. Вследствие этого происходит открытие клапана, и через него топливо попадает в сливную магистраль. Давление в верхней части иглы снижается и игла поднимается. При этом происходит впрыск топлива.

Основное преимущество пьезоэлектрических форсунок заключается в высокой скорости их срабатывания (приблизительно в 4 раза быстрее гидравлических). Это дает возможность осуществлять многократный впрыск топлива за один рабочий цикл двигателя. В процессе подачи количество подаваемого топлива можно контролировать двумя путями — временем воздействия на пьезоэлемент, а также давлением топлива в рампе. Однако у пьезоэлектрических форсунок есть один существенный недостаток — их неремонтопригодность.

Работа электромагнитной форсунки инжекторного двигателя

Работа форсунки в системе Common Rail

Поскольку принцип работы дизельных форсунок несколько сложнее, чем бензиновых, то имеет смысл рассмотреть более детально алгоритм их работы на примере форсунки Common Rail ранних выпусков.

Как работает дизельная форсунка

На основании полученной информации ЭБУ управляет разными элементами двигателя, в том числе и топливными форсунками. В частности, на какой промежуток времени и когда именно их открывать (момент открытия).

Форсунка дизельного двигателя работает в трех фазах:

• Предварительный впрыск. Он необходимо для того, чтобы топливно-воздушная смесь имела нужное качество и соотношение. На этом этапе в камеру сгорания подается небольшое количество топлива с тем, чтобы повысить в ней температуру и давление. Это делается для ускорения воспламенения топлива при основном впрыске.
• Основной впрыск. На основе высокого давления, полученного на предыдущем этапе, создается качественная однородная горючая смесь. Ее полное сгорание обеспечивает максимальную мощность двигателя и уменьшает выброс вредных газов.
• Дополнительный впрыск. На этом этапе происходит очистка сажевого фильтра. После основного впрыска давление в камере сгорания резко падает, а игла форсунки возвращается на место. Вследствие этого топливо перестает поступать в камеру сгорания.

Далее перейдем к рассмотрению алгоритма, в соответствии с которым работает форсунка дизельного двигателя:

1. Кулачок распределительного вала двигает плунжер форсунки, освобождая ее топливные каналы.
2. Топливо попадает в форсунку.
3. Клапан закрывается, топливо перестает подаваться, и начинает нагнетаться давление в форсунке.
4. При достижении граничного давления (у каждой модели оно разное, и составляет несколько МПа) поднимается игла форсунки, и происходит предварительный впрыск (в некоторых случаях может быть два предварительных впрыска).
5. Клапан снова открывается, и предварительный впрыск заканчивается.
6. Топливо попадает в магистраль, его давление снижается.
7. Клапан закрывается, вследствие чего давление топлива опять начинает возрастать.
8. По достижении рабочего давления (больше, чем при предварительном впрыске) пружина иглы форсунки разжимается и происходит основной впрыск топлива. Чем большее давление будет в форсунке — тем большее количество топлива попадет в камеру сгорания, и соответственно, разовьется большая мощность двигателя.
9. Клапан закрывается, фаза основного впрыска завершается, давление падает, игла форсунки возвращается в исходное положение.
10. Происходит дополнительный впрыск топлива (обычно их бывает два).

Любая топливная форсунка характеризуется следующими техническими параметрами:

• Производительность. Это самый важный параметр, который характеризует количество топлива, которое пропускает форсунка за единицу времени. Обычно измеряется в кубических сантиметрах топлива в минуту.
• Динамический диапазон работы. Этот показатель характеризует минимальное время впрыска топлива. То есть, время между открытием и закрытием топливной форсунки. Обычно измеряется в миллисекундах.
• Угол распыления. От него зависит качество топливной смеси, образуемой в камере сгорания. Указывается в градусах.
• Дальнобойность факела распыления. От этого показателя зависит то, в какой фракции будут находиться распыленные топливные частички, и как они будут подаваться в камеру сгорания. Соответственно, этот показатель также критичен для образования качественной топливной смеси. Измеряется как обычное расстояние в миллиметрах или их производных.

При выходе за допустимые пределы хотя бы одного из перечисленных параметров форсунка будет работать некорректно, и образовывать некачественную топливно-воздушную смесь. А это, в свою очередь, плохо скажется на работе двигателя вашего автомобиля.

Также существуют отдельный вид форсунок для инжекторных двигателей с непосредственным впрыском. Их основное отличие — высокая скорость срабатывания, а также повышенное напряжение, на котором они работают. Рассмотрим их более детально.

Форсунки для двигателя с непосредственным впрыском

Устройство форсунки FSI

Эти форсунки имеют также другое название — GDI (FSI). Оно было придумано в недрах компании Mitsubishi, когда ее инженеры стали производить двигатели с непосредственным впрыском топлива, работающих на сверхобедненных смесях. В основе их работы лежит точный выбор времени срабатывания поднятия и опускания рабочей иглы.

Так, в обычных инжекторных двигателях время открытия форсунки составляет порядка 2. 6 мс. А форсунки в двигателях, работающих на сверхобедненных смесях — около 0,5 мс. Поэтому обычная подача стандартных 12 В на форсунку уже не может обеспечить необходимую скорость срабатывания. Для реализации этой задачи они работают по технологии Peak-n-Hold, что в переводе означает “пиковое напряжение и удержание”.

Суть этого метода заключается в следующем. На форсунку подается высокое напряжение (например, на форсунки упомянутой компании Mitsubishi подается напряжение со значением около 100 В). Благодаря этому катушка очень быстро достигает насыщения. При этом ее обмотка не перегорает по причине имеющейся противоЭДС. А для удержания сердечника в катушке необходимо магнитное поле с меньшим значением. Соответственно, нужен и меньший ток.

График тока и напряжения на форсунке GDI

То есть, рабочий ток в катушке сначала очень быстро нарастает, а потом быстро падает. В этот момент наступает фаза Hold (удержания). То есть, время впрыска горючего составляет от начала подачи импульса до второго индуктивного выброса. Такие методы используют автопроизводители Mitsubishi и General Motors.

Однако производители Mercedes и VW пользуются разработками компании BOSCH. В соответствии с их методом система не уменьшает напряжение, а использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Задача по реализации этого алгоритма возложена на специальный блок — Driver Injector. Как правило, он расположен неподалеку от форсунок (например, компании Toyota и Mercedes располагают блок в горизонтальном положении в районе чашки амортизаторов, что является на сегодняшний день оптимальным решением).

ШИМ на форсунке FSI

Все двигатели FSI мощностью более 90 л.с. оснащаются усовершенствованной топливной системой. Ее отличием является:

• детали насоса высокого давления и рампы форсунок имеют специальное антикоррозионное покрытие, которое защищает их от воздействия топлива с содержанием этанола до 10%;
• изменено управление насосом высокого давления;
• устранен за ненадобностью трубопровод отвода (в бак) топлива, просочившегося вдоль плунжера;
• отвод топлива, сбрасываемого через установленный на рампе форсунок предохранительный клапан, производится через относительно короткий трубопровод в контур низкого давления, перед насосом высокого давления.

Что касается эксплуатации двигателей GDI, то стоит отметить, что он очень чувствителен к качеству топлива, своевременной замене топливного фильтра. Необходимо не забывать проводить чистку топливной системы и своевременно менять масло.

Преимущества и недостатки топливных форсунок

Несомненно, топливные форсунки обладают преимуществами перед традиционным карбюратором. В частности, к ним относят:

• экономия топлива, которая стала возможна благодаря точному дозированию;
• низкий уровень выброса выхлопных газов в атмосферу, высокая экологичность (лямбда находится в пределах 0,98…1,2);
• увеличение мощности мотора;
• простота запуска двигателя в любую погоду;
• отсутствие необходимости в проведении ручной настройки системы впрыска;
• широкие возможности управления двигателем в разных режимах (то есть, улучшение его динамических и мощностных характеристик);
• выхлопные газы от инжекторных двигателей по составу соответствуют современным требованиям, касающимся этого параметра и вредности для окружающей среды.

Однако у форсунок есть и свои недостатки. Среди них:

• высокая вероятность их засорения при использовании топлива низкого качества;
• высокая стоимость по сравнению со старыми карбюраторными системами;
• низкая ремонтопригодность форсунки и ее отдельных узлов;
• необходимость проведения диагностики и ремонта с помощью специального дорогостоящего оборудования;
• большая зависимость от постоянного наличия электропитания в сети автомобиля (в современных системах, контролируемых электронными приборами).

Однако несмотря на имеющиеся недостатки, на сегодняшний день форсунки используются в большинстве автомобильных бензиновых и дизельных двигателей как более технологичные и экологичные системы впрыска горючего. Что касается дизельных моторов, то там произошла замена старых механических форсунок на более новые с электронным управлением.

Расположение форсунок

В зависимости от типа форсунок и метода впрыска расположение форсунок может быть различным. В частности:

• Если в автомобиле используется центральный впрыск топлива, то для этого используется одна или две форсунки, расположенные внутри впускного трубопровода, в непосредственной близости от дроссельной заслонки. Такая система применялась на старых автомобилях в пору, когда производители начали отказываться от карбюраторных двигателей в пользу инжекторных.
• При распределенном впрыске топлива для каждого цилиндра устанавливается собственная форсунка. В данном случае ее можно увидеть у основания впускного трубопровода.
• Если же в двигателе используется непосредственный впрыск топлива, то форсунки располагают в верхней области стенок цилиндра. В этом случае они выполняют непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания.

Независимо от того, где установлена форсунка, в процессе своей работы она загрязняется. Поэтому необходимо проводить периодическую проверку их состояния и производительности. В соответствующих статьях на сайте вы можете узнать подробно: как проверить состояние дизельных форсунок коммон рейл, осуществить проверку насос-форсунок или проверить инжекторные форсунки.

Чистка форсунок

Для того чтобы почистить форсунки используют два метода — ультразвуковую и химическую чистку. Каждый из перечисленных методов можно использовать при разных условиях. Так, в процессе загрязнения топливной системы и, в частности форсунки, на стенках образуются твердые и мягкие отложения. Сначала появляются мягкие, которые легко смываются под воздействием химических средств. Когда же мягкие отложения уплотняются, то они превращаются в твердые и избавиться от них можно лишь при помощи ультразвуковой чистки.

Если же форсунка использовалась более 100 тысяч километров пробега, то химическая очистка для нее не только нецелесообразна, но и вредна. В ее процессе могут отколоться крупные частицы твердых отложений, и при выходе их наружу попросту забить иглу. Особенно это актуально для форсунок с непосредственным впрыском топлива.

Сравнение чистой (слева) и загрязненной форсунки (справа)

При использовании ультразвуковой чистке важно знать, на каком нормальном рабочем напряжении работает форсунка. Дело в том, что стандартное напряжение 12 В не обеспечивает высокой скорости открытия и закрытия форсунки. Поэтому в настоящее время многие автопроизводители используют пониженное напряжение. Например, форсунки от компании Toyota работают при напряжении 5 В, а форсунки компании Citroen — при напряжении 3 В. Соответственно, на них нельзя подавать распространенное напряжение 12 В, поскольку они попросту перегорят. О напряжении на форсунках мы поговорим немного ниже.

Самая лучшая очистка будет состоять в последовательном использовании метода ультразвуковой и химической очистки. Так, на первом этапе твердые отложения превращаются в мягкие, а на втором — они удаляются с помощью химических препаратов.

Также существуют специальные присадки для добавления в топливный бак. Их функция заключается в промывке форсунок, когда через них проходит топливо с чистящим средством.

Срок между периодическим использованием таких присадок отличается, и зависит от конкретной марки автомобиля и используемого топлива. Однако нужно понимать, что этот метод менее действенный, чем описанные выше. Его имеет смысл применять при замене топливных фильтров или периодически через несколько тысяч километров пробега. Дополнительную информацию о том, как почистить форсунку своими руками вы можете посмотреть тут.

Напряжение на форсунках

Остановимся подробнее на вопросе, какое напряжение подается на форсунки двигателя. В первую очередь необходимо понимать, что они управляются с помощью электрических импульсов. Причем “+” от аккумулятора подается сразу на форсунку через предохранитель, а вот “-” контролирует ЭБУ. То есть, в разный момент времени напряжение на форсунке постоянно. Однако если произвести замер с помощью осциллографа (мультиметр в данном случае может ничего не показать, поскольку импульсы очень кратковременны), то этот прибор покажет усредненное значение. Оно будет зависеть от того, с какой частотой поступают импульсы на форсунку.

Графики импульсов напряжения на форсунках

Приведенные на рисунке графики помогут нам ответить на вопрос — какое напряжение подается на форсунку. Чем длительнее импульсы напряжения, подаваемого на форсунку, тем усредненное рабочее напряжение будет выше (длительность импульсов у большинства машин находится в пределах 1. 15 мс). А длительные импульсы подаются на высоких рабочих оборотах двигателя. Соответственно, чем выше эти самые обороты — тем выше будет усредненное рабочее напряжение на форсунках. То есть, на форсунки подаются рабочие 12 В (на самом деле немного меньше из-за незначительного падения напряжения на управляющем транзисторе), однако в импульсе.

Некоторые автовладельцы пытаются открыть форсунку простой подачей тока от АКБ с целью почистить ее. Необходимо понимать, что напряжение напрямую от аккумулятора подавать на форсунку нельзя, поскольку существует риск того, что она выйдет из строя (сгорит ее обмотка). Импульс на устройство подается через транзисторный ключ. Действует он кратковременно, так как обмотка в форсунке быстро нагревается и может попросту сгореть. В процессе работы двигателя время открытия контролирует ЭБУ, а ее естественное охлаждение, пусть и незначительное, осуществляет поступающее топливо.

Как указывалось выше, автопроизводители используют форсунки с разным рабочим напряжением. Поэтому идеальным решением будет посмотреть эту информацию в мануале автомобиля или на сайте изготовителя. Если же вы не можете найти эти сведения, то к подбору напряжения для открытия форсунки нужно подойти осторожно.

На практике чтобы открыть форсунку, опытные автомобилисты советуют использовать специальный стенд. Однако можно обойтись и более простыми приспособлениями. Например, купить китайский блок питания с выходным напряжением, регулируемым в пределах 3. 12 В (обычно с шагом в 1,5 В). Схема подключения обязательно должна иметь кнопку без устойчивого положения (например, от квартирного звонка). Для открытия форсунки стоит подавать сначала самое маленькое напряжение, увеличивая его в случае, если форсунка не открылась.

Также можно воспользоваться аккумуляторной батареей от шуруповерта. Разобрав ее, вы увидите так называемые “банки” — маленькие аккумуляторы. Каждая из них выдает напряжение 1,2 В. Соединяя их последовательно, можно добиться нужного напряжения для открытия форсунки.

Управление форсунками

Как упоминалось выше, управление форсунками происходит с помощью электронного блока управления (ЭБУ) автомобиля. На основе информации, поступающей от многочисленных датчиков, его процессор принимает решения о том, какие импульсы подавать на форсунку. От этого зависят обороты двигателя и режим его работы.

Так, входными данными для контроллера являются:

• положение и частота вращения коленчатого вала;
• массовое количество расходуемого двигателем воздуха;
• температура охлаждающей жидкости;
• положение дроссельной заслонки;
• содержание кислорода в отработанных газах (при наличии системы с обратной связью);
• наличие детонации в двигателе;
• напряжение в электрической цепи автомобиля;
• скорости машины;
• положения распределительного вала;
• работа кондиционера;
• температура входящего воздуха;
• езда по неровной дороге (при наличии датчика неровной дороги).

Программа, вшитая в контроллер ЭБУ, позволяет выбрать оптимальный режим работы двигателя с тем, чтобы сэкономить топливо, выбрать номинальный режим работы двигателя и обеспечить комфортную эксплуатацию автомобиля.

Заключение

Несмотря на простоту своего устройства, топливные форсунки при ненадлежащем уходе за ними, могут принести автовладельцу немало хлопот. Так, в случае, если они забились, машина утратит свои динамические характеристики, появится перерасход горючего, в выхлопных газах будет большое количество гари. Поэтому рекомендуем вам следить за состоянием топливных форсунок двигателя вашего автомобиля, и периодически очищать их. Помните, что неисправности с этими, по сути, пустяковыми и дешевыми деталями могут обернуться проблемами с более дорогостоящими узлами вашего автомобиля.

Виды, устройство и принцип работы топливных форсунок

Использование форсунок (инжекторов) позволило сделать работу автомобильного двигателя более экономичной и контролируемой в сравнении с карбюраторными системами. Их главная задача – обеспечение точной дозировки топлива, подаваемого в камеру сгорания, в определенный момент времени и образование оптимальной топливовоздушной смеси. Применяются форсунки и на бензиновых, и на дизельных моторах. Конструктивно они представляют собой сложные устройства высокой точности обработки.

1. Функции и виды форсунок
2. Как устроена электромагнитная форсунка двигателя
3. Принцип действия электрогидравлической форсунки
4. Особенности работы пьезоэлектрической форсунки
5. Рабочие параметры и неисправности инжекторов

Функции и виды форсунок

Топливная форсунка, или инжектор, представляет собой своеобразный клапан, работа которого контролируется блоком управления (ЭБУ) двигателя. Это позволяет подавать топливо, находящееся под высоким давлением, строго ограниченными порциями и в заданный момент времени. В зависимости от типа системы впрыска форсунка может устанавливаться в различных местах. Так, при моновпрыске она располагается перед дросселем во впускном трубопроводе. В системе с распределенным впрыском форсунки устанавливаются в ГБЦ перед клапанами. При этом для каждого цилиндра предусматривается свой отдельный инжектор. В двигателях с непосредственным впрыском форсунки находятся в верхней части цилиндра, подавая топливо сразу в камеру сгорания.

По способу управления (типу привода) инжекторы разделяют на следующие типы:

• механические;
• электромагнитные;
• электрогидравлические;
• пьезоэлектрические.

Устройство механической форсунки

Механические форсунки применяются на дизелях. Принцип их работы основан в воздействии усилия давления топлива на запорную пружину. Когда давление в системе выше сопротивления пружины, игла поднимается и происходит впрыск. После того как давление падает, игла возвращается в исходное положение. Стоит отметить, что давление таких форсунок дизельных двигателей очень низкое, а потому они редко применяются в современном автомобилестроении.

Электромагнитные и гидромеханические инжекторы могут иметь:

• клапан форсунки со сферическим профилем;
• штифтовой клапан;
• дисковый клапан.

Как устроена электромагнитная форсунка двигателя

Такой тип инжекторов используется преимущественно в бензиновых системах, включая двигатели с непосредственным впрыском. По функциональному назначению электромагнитные форсунки разделяются на пусковые (например, в системе “K-Jetronic”) и рабочие. Последние могут быть центральными (выполняют точечный впрыск) и индивидуальными (распределяют топливо по цилиндрам).

Устройство электромагнитной форсунки

Конструктивно электромагнитная форсунка самая простая. Ее основными элементами являются:

• герметичный корпус;
• разъем для подключения к электрической цепи;
• запирающая пружина;
• обмотка возбуждения клапана;
• якорь электромагнита;
• игла;
• уплотнители;
• сопло;
• фильтр-сеточка форсунки;
• распылитель.

В заданный момент времени ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения, что обеспечивает формирование электромагнитного поля, воздействующего на якорь с иглой. В этот момент усилие сжатия пружины становится меньше магнитной силы, якорь втягивается, игла поднимается и освобождает сопло инжектора. Управляющий клапан форсунки двигателя открывается, и происходит впрыск топлива под высоким давлением. Когда блок управления прекращает подачу энергии на обмотку, пружина возвращает иглу в исходное положение.

Вопреки расхожему заблуждению, сама электромагнитная форсунка бензинового двигателя не создает давление. Давление в системе создается топливным насосом.

Электромагнитные инжекторы подбираются в зависимости от мощности двигателя. Прежде всего, необходимо знать, какое сопротивление у форсунок. В заводском исполнении они бывают низкоомные (2-6 Ом) и высокоомные 12-16 Ом. При низком сопротивлении может быть установлен дополнительный резистор в 6-8 Ом, который снизит потребление тока.

Принцип действия электрогидравлической форсунки

Электрогидравлический инжектор (насос-форсунка) – это форсунки топливные дизельные. Они подходят для типовых ТНВД и систем Common Rail. Состоят такие форсунки из следующих элементов:

• сопло;
• пружина;
• камера управления;
• дроссель слива;
• якорь электромагнита;
• магистраль слива топлива;
• разъем для подключения к электрической цепи;
• обмотка возбуждения;
• штуцер подачи топлива;
• дроссель на впуске;
• поршень;
• игла распылителя.

В момент начала цикла управляющий электромагнитный клапан форсунки полностью закрыт. Топливо в системе давит на поршень, находящийся в камере управления, а игла инжектора плотно прижата к седлу. ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения электромагнитного клапана. Дроссель слива открывается, и топливо поступает в сливную магистраль.

Дроссель впуска, в свою очередь, не позволяет мгновенно выровнять давление на впуске и в камере управления. Таким образом, на некоторый промежуток времени усилие, воздействующее на поршень, уменьшается, а давление на иглу остается высоким. Эта разность давлений и обеспечивает подъем иглы и впрыск топлива.

Особенности работы пьезоэлектрической форсунки

Это исключительно дизельная форсунка, которая считается наиболее прогрессивной, поскольку обеспечивает более быстрое срабатывание, максимально точную дозировку и позволяет выполнять многократный впрыск на протяжении одного цикла. Она применяется в дизельных двигателях Common Rail. Пьезоэлектрические форсунки двигателя состоят из таких деталей:

• игла;
• уплотнители;
• блок дросселей;
• пружина запора иглы;
• переключающий клапан форсунки;
• пружина клапана;
• поршень клапана;
• пьезоэлемент;
• сливная магистраль;
• поршень толкателя;
• фильтр;
• разъем для подключения к цепи питания;
• нагнетательная магистраль.

Принцип работы такого инжектора основан на изменении длины пьезоэлемента при подаче на него напряжения. В начальном положении игла под воздействием давления топлива посажена на седло. Когда ЭБУ двигателя посылает сигнал на пьезоэлемент, последний, изменяя длину, воздействует на поршень толкателя. Переключающий клапан форсунки открывается, и топливо подается на слив. Аналогично электрогидравлическим системам, создается разность низкого давления над иглой и высокого под ней, и она поднимается, выполняя впрыск дизтоплива. Количество последнего при этом регулируется длительностью подачи напряжения на пьезоэлемент пьезофорсунки и давлением в топливной рампе 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.

Форсунки двигателя — виды и принцип работы

Содержание статьи:

• Электромагнитные форсунки
• Электрогидравлические форсунки
• Пьезоэлектрические форсунки
• Видео про принцип работы форсунки

Форсунка (второе название — «инжектор») представляет собой конструктивный элемент системы впрыска двигателя. Подобное устройство предназначено для подачи топлива в дозированном количестве, дальнейшего его распыления во впускном коллекторе (камере сгорания), т.е. создания топливно-воздушной смеси.

Оборудование такого рода используется во всех системах впрыска двигателей — и бензиновых, и дизельных. Сегодня на современных двигателях используют форсунки, которые оснащены электронным управлением впрыска.

Зависимо от того или иного способа выполнения впрыска различают такие виды форсунок, как: электромагнитная, пьезоэлектрическая и электрогидравлическая.

• Читайте также статью: Как промывать форсунки 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.

Конструкция и принцип функционирования электрогидравлической форсунки

Электрогидравлическое оборудование такого плана применяют на дизельных двигателях, включая и те, которые оборудованы системой впрыска под названием «Common Rail». Конструкция устройства данного типа объединяет в себе электромагнитный клапан, сливную и впускную дроссели, камеру управления.

Принцип работы данного оборудования основан на применении давления топлива, и при впрыске, и после его прекращения. Электромагнитный клапан в исходном положении обесточен и полностью закрыт, игла устройства прижата к седлу с помощью силы давления на поршень топлива в камере управления. В таком положении впрыск топлива не осуществляется. Следует отметить, что в такой ситуации давление топлива на иглу в связи с разностью площадей контакта менее давления, осуществляемого на поршень.

После команды электроблока управления происходит срабатывание электромагнитного клапана и осуществляется открытие сливной дроссели. При этом, топливо, находящееся в камере управления, вытекает в сливную магистраль через дроссель. Впускной дроссель служит препятствием тому, чтобы произошло быстрое выравнивание давлений не только во впускной магистрали, но также и в камере управления. Постепенно давление на поршень уменьшается, но не изменяется давление топлива, осуществляемое на иглу — в результате этого происходит поднятие иглы и, соответственно, впрыск горючего.

Конструкция, преимущества и принцип функционирования пьезоэлектрической форсунки

Наиболее совершенным устройством, с помощью которого обеспечивается впрыск топлива, считается пьезоэлектрическое оборудование такого плана — оно называется «пьезофорсунка». Данный вид устройств устанавливают на тех дизельных двигателях, которые оборудованы системой впрыска, носящей название Common Rail — аккумуляторная топливная система.

Преимущество подобных устройств — это быстрота срабатывания (примерно в четыре раза быстрее, чем электромагнитный клапан), что в результате предоставляет возможность многократно впрыскивать топливо на протяжении течение одного цикла. Кроме этого плюсом пьезофорсунок является максимально точная дозировка топлива, которое впрыскивается.

Создание данного вида оборудования стало возможным в связи с использованием в управлении форсункой пьезоэффекта, который основан на смене длины пьезокристалла в результате воздействия напряжения. Конструкция такого устройства включает в себя пьезоэлемент и толкатель, отвечающий за переключение клапана, а также иглу — всё это помещено в корпус устройства.

В работе данного вида оборудования, также как и в работе электрогидравлических устройств такого плана, используют гидравлический принцип. Игла в исходном положении посажена на седло из-за высокого давления топлива. В процессе подачи на пьезоэлемент электрического сигнала, происходит увеличение его длины, что передает на поршень толкателя усилие. В результате этого происходит открытие переключающего клапана и поступление в сливную магистраль топлива. Падает давление выше иглы. В связи с давлением в нижней части происходит поднятие иглы и, соответственно, впрыск топлива.

Количество топлива, которое впрыскивается, определяется такими факторами, как:

• длительность воздействия на пьезоэлемент;
• давление топлива в топливной рампе.

Смотрите видео про принцип работы форсунки:

Источник http://m.etlib.ru/blog/17-obshchie-svediniya-o-forsunkah
Источник Источник http://techautoport.ru/dvigatel/toplivnaya-sistema/toplivnye-forsunki.html
Источник Источник Источник http://fastmb.ru/auto_shem/377-forsunki-dvigatelya-8213-vidy-i-princip-raboty.html