Как выглядит форсунка. Форсунки впрыска топлива

Топливными форсунками оснащаются современные инжекторные системы в большинстве дизельных и бензиновых двигателей.

Фото: clauretano (flickr.com/photos/clauretano/)

Виды форсунок

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

Электромагнитные форсунки

Такой вид форсунок зачастую устанавливают в бензиновые двигатели . Подобные форсунки имеют простое и понятное устройство, состоящее, собственного говоря, из клапана электромагнитного типа, распылительной иглы и сопла.

Принцип работы электромагнитных форсунок также довольно прост. 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.

Электрогидравлические форсунки

Следующий вид форсунок применяется в дизелях, а также в двигателях с топливной системой Common Rail. Электрогидравлические форсунки в отличие от предыдущего вида имеют более сложное устройство, основными элементами которого являются дроссели (впускной и сливной), электромагнитный клапан и камера управления.

В основе работы такого типа форсунок лежит использование высокого давления топливной смеси как в момент впрыска, так и при его остановке. На начальном этапе электромагнитный клапан закрыт, а игла форсунки максимально прижата к своему седлу в камере управления. Прижимной силой является сила давления топлива, которая направлена на поршень, расположенный в камере управления.

Одновременно с этим с другой стороны топливо давит и на иглу, но поскольку площадь поршня заметно больше, чем площадь иглы, то в виду этой разницы сила давления на поршень больше, чем сила давления на иглу, которая плотно прижимается к седлу, перекрывая доступ топливу. В это время подача топлива не осуществляется.

Полученный сигнал от блока управления запускает клапан с одновременным открытием сливного дросселя. Происходит вытекание топлива из камеры управления в сливную магистраль. Дроссель впуска в это время препятствует тому, чтобы давление в камере сгорания и во впускной магистрали быстро выровнялось.

При этом, по мере снижения давления на поршень ослабевает его прижимное усилие, а поскольку давление на иглу не изменяется, то она поднимается, и в этот момент происходит впрыск топлива.

Пьезоэлектрические форсунки

Последний вид форсунок принято считать наиболее совершенным и перспективным среди всех описанных видов. Пьезофорсунки используются на дизельных ДВС с системой подачи топлива Common Rail. Конструктивно такие форсунки состоят из пьезоэлемента, толкателя, переключающего клапана, а также иглы.

Пьезофорсунки работают по принципу гидравлического механизма. Изначально игла размещается в седле при воздействии на нее высокого давления ТС. При поступлении электрического сигнала на пьезоэлемент, происходит его изменение в размере (его длина увеличивается), за счет чего пьезоэлемент буквально толкает поршень толкателя, который в свою очередь давит на поршень переключающего клапана.

Это приводит к открытию переключающего клапана, через него топливо устремляется в сливную магистраль, давление в верхней части иглы снижается и за счет не изменившегося давления снизу, игла поднимается. При подъеме иглы происходит впрыск топлива.

Основным преимуществом такого вида форсунок является их скорость срабатывания (до 4 раз быстрее, чем в клапанной системе), что позволяет обеспечить многократный впрыск за один рабочий цикл двигателя. При этом объем подаваемого топлива зависит от двух параметров - от продолжительности воздействия на пьезоэлемент, и от давления топлива в рампе.

Преимущества и недостатки форсунок

И в завершении хотелось бы сказать несколько слов о том, какие же преимущества и недостатки имеются у топливных форсунок, если сравнивать их с карбюраторами .

Преимущества топливных форсунок:

• Экономия при расходе топлива благодаря точной системе дозирования;
• Минимальный уровень токсичности двигателей, оснащенных топливными форсунками;
• Возможность увеличения мощности силового механизма до 10%;
• Простота и легкость при запуске в любую погоду;
• Возможность улучшения динамических показателей любого автомобиля;
• Отсутствие необходимости в частой замене и чистке

Недостатки форсунок:

• Возможные сбои в работе или серьезные поломки в результате использования топлива низкого качества , которое губительно сказывается на чувствительном механизме форсунок.
• Высокая стоимость ремонта и замены форсунки в целом и отдельных ее элементов.

Схемы подготовлены по материалам Volkswagenag.com

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:

Конструкция и принцип функционирования электромагнитной форсунки

Фотография устройства электромагнитной форсунки

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

Фотография устройства электрогидравлической форсунки

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

Схема устройства пьезоэлектрической форсунки

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.

В этой статье мы постараемся разобраться, что такое, для чего нужен и где находится инжектор. Инжектор – однокоренное слово со словом инъекция, а инъекция – это впрыск. Хотя инжектор мало похож на шприц, но он тоже впрыскивает топливо в цилиндры двигателя. Собственно говоря, инжектор – форсунка, которая разбрызгивает топливо мелкими каплями для поступления в цилиндры смеси воздуха и паров бензина. Вы скажете, что делает все так же. Так же, но не совсем.

Жиклер карбюратора работает практически как , разбрызгивая в его камере бензин. Но бензин засасывается в карбюратор с помощью поршня двигателя, что отбирает около 10% его мощности. Плюс ко всему, отрегулировать карбюратор до идеального состояния почти невозможно: он то переливает топливо, что двигатель «захлебывается» и коптит, а часть так и не сгорает, то не доливает, и мотор работает с провалами и не тянет.

Бензин закачивается в инжектор с помощью специального электронасоса, а смешивание паров бензина и воздуха происходит в самой камере сгорания цилиндра. Количество топлива четко порционно, и зависит оно от необходимого именно в данный момент количества для оптимальной тяги.

Где же находится инжектор:

В обычных случаях инжектор устанавливают вместо карбюратора, а точнее – вообще на его место. В качестве инжектора используют лишь одну форсунку, которая «обслуживает» все цилиндры, а впрыск топлива будет во впускной коллектор, так называемый моновпрыск. Перед карбюраторной схемой преимущество здесь только одно: двигатель не расходует мощность на всасывание топлива через жиклер карбюратора.

Система многоточечного или распределенного впрыска производится также во впускной коллектор. Благодаря распределенному впрыску лучше дозируется топливо, которое поступает к каждому цилиндру. Но все же самые лучшие результаты дает только прямой впрыск прямо в камеру сгорания цилиндра, так же, как в .

Автомобильная форсунка – это устройство, которое отвечает за непосредственное распыление топлива внутри камеры сгорания. И от того, как устроена ее конструкция, слаженности работы каждого механизма зависит не только мощность автомобиля, но и расход топлива.

По сути это такой миниатюрный насос, с помощью которого топливо (топливная смесь) попадает к своему конечному пункту назначения, где преобразуется в энергию. На начальном этапе вы теперь понимаете, что такое форсунка в автомобиле и какие функции она выполняет. Давайте продвигаться дальше.

Сегодня эти устройства выполняются в различных модификациях, каждая из которых имеет свои собственные преимущества. Конкретно это механические, электромагнитные форсунки, дальше следуют пьезоэлектрические, а также электрогидравлические.

Основные сведения о форсунке

Конструктивные особенности форсунок определены их главной задачей – точным постоянным дозированием нужного количества топлива, подаваемого в камеру сгорания. Давление, создаваемое в форсунке, напрямую зависит от типа топлива, которое через нее проходит. Оно может находиться на уровне 200 МПа, при этом сохраняется на небольшом промежутке времени (а это около 1-2 миллисекунд).

Не все форсунки имеют стандартизированный вид. Они отличаются между собой формой, способом распыления, размерами распылительных элементов, порядком управления процессом. Здесь же важно отметить разность систем впрыска, используемых для различного рода и вида техники. Наиболее распространенные распылители — штифтовые, применяемые совместно с форкамерной зажигательной системой, а также дырчатые, характерные для двигателей, работающих на дизельном топливе.

Важно отметить, что внутренний механизм также напрямую зависит и от способа управления форсунками. Они могут быть одно пружинными, либо же двух пружинными с применением специальных датчиков контроля.

Кроме распыления топлива форсунка должна обеспечивать герметичность для камеры сгорания, чтобы двигатель не терял мощность в процессе работы. Для этого современными разработчиками внедряются различные хитрости и рациональные предложения, с помощью которых внедряется две и более степени перекачки топлива. А вот общий контроль топлива производится с помощью специального блока управления, управляющего электромагнитными клапанами подачи топлива.

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 и впрыска и камерой сгорания;

— 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.

Наиболее распространенными проблемами, из-за которых возникает загрязнение устройства подачи топлива и в дальнейшем автомобиль начинает «барахлить», является возникновение отложение на стенках форсунок, образующиеся из-за использования некачественного, либо с различными примесями топлива. Все это может стать причиной перебоя работы, повышения расхода топлива, беспричинной потери мощности.

Чтобы этого избежать – необходимо периодически осуществлять промывку топливных форсунок.

Определить начало проблем достаточно просто. Их видно по таким основным признакам:

— в процессе запуска двигателя начинаются незапланированные сбои;

— количество потребляемого топлива стало существенно выше номинального (нормального) расхода;

— выхлопы стали иметь нехарактерный черный цвет;

— работа двигателя отмечается троением (двоением);

— когда двигатель на холостых оборотах часты сбои его функционирования в ритмичном и бесперебойном режиме.

Как правило, особого труда в этом случае решить проблему не представляет. Для этого потребуется просто промыть, прочистить и установить в прежнее положение форсунку. Здесь важно удалить все загрязнения, которые и стали причиной сбоев.

Сделать это можно:

— используя специальную жидкость самостоятельно вручную;

— ультразвуковой очисткой;

— путем добавления в топливо специальных очистительных присадок (без разбора двигателя);

— на специальном стенде, используя специальную жидкость для очистки.

Выбор способа очистки напрямую зависит от степени загрязнения устройства и проблем, которые возникают при запуске двигателя. Немаловажно здесь время, когда вы «спохватились» и решили устранить неполадку. Чем оно раньше, тем мене затратный по времени и средствам способ очистки можно подобрать.

На практике наиболее часто используют очистку присадками или в домашних условиях вручную. Это наиболее дешевые и простые способы очистки. Если же автомобиль попадает на специальный сервис – тогда могут использовать очистку на стенде, либо же ультразвуком. Последний способ очистки считается самым жестким и целесообразен в случаях, если форсунка имеет очень сильные загрязнения, отмыть обычной жидкостью которые не представляется возможным.

Инжектор - это революция в автомобилестроении. Сам по себе механизм сложный и для максимальной производительности его работа должна быть хорошо отлажена. Инжекторная система подачи топлива в двигатель работает по средствам ЭБУ (электронный блок управления), который высчитывает параметры топливной смеси перед ее подачей в цилиндры и управляет подачей напряжения на для создания искры. Инжекторные агрегаты сместили с производства карбюраторные моторы.

В карбюраторных устройствах задачу подачи исполняет механический эмулятор, что не совсем удобно, потому что его система не способна сформировывать оптимальную смесь при низких температурах, оборотах и старте двигателя. Использование компьютерного блока дало возможность максимально точно осуществлять расчет параметров, и беспрепятственно на любых оборотах и температуре подавать топливо, соблюдая при этом экологические стандарты. Минус наличия ЭБУ в том, что если возникнут проблемы, например, слет прошивки, то мотор начнет работать либо с перебоями, либо вовсе откажется функционировать.

Инжекторный двигатель

Вообще, инжекторный двигатель работает по тому же принципу, что и дизельный. Отличие только в устройстве зажигания, которое придает ему мощности на 10% больше чем у карбюраторного мотора, что не так уж и много. О плюсах и минусах системы пусть спорят профессионалы, но знать устройство инжектора или хотя бы иметь представление о его строении обязан каждый водитель, планирующий ремонтировать двигатель собственноручно. Также со знаниями инжекторного узла, вас не смогут обмануть на СТО недобросовестные работники.

Инжектор по сути, форсунка, выступающая распрыскивателем горючего в двигателях. Изготовлен первый инжекторный мотор был в 1916 году российскими конструкторами Стечкиным и Микулиным. Однако воплощена система впрыска топлива в автомобилестроении, была только в 1951 году западногерманской компанией Bosch, которая наделила двухконтактный мотор незамысловатой механической конструкцией впрыска. Примерил на себя новинку микролитражный купе «700 Sport» компании Goliath из Бремена.

По прошествии трех лет задумку подхватил четырехконтактный мотор Mercedes-Benz 300 SL - легендарное купе «Крыло Чайки». Но, так как жестких экологических требований не было, то идея инжекторного впрыска была не востребована, а состав элементов сгорания двигателей не вызывал интереса. Главной задачей на тот момент было повысить мощность, поэтому состав смеси составлялся с расчетом избыточного содержания бензина. Таким образом, в продуктах сгорания, вообще, не было кислорода, а оставшееся несгоревшее горючие образовывало вредоносные газы посредством неполного сгорания.

Установлен инжекторный двигатель

Стремясь увеличить мощность, разработчики ставили на карбюраторы ускорительные насосы, заливавшие горючие в коллектор с каждым нажатием на педаль акселератора. Только в конце 60 х-годов 20 века проблема загрязнения окружающей среды промышленными отходами стала ребром. Транспортные средства заняли лидирующую строчку среди загрязнителей. Было решено для нормальной жизнедеятельности кардинально перестроить конструкцию топливного аппарата. Тут-то и вспомнили за инжекторную систему, которая гораздо эффективнее обычных карбюраторов.
Так, в конце 70-го произошло массовое вытеснение карбюраторов инжекторными аналогами, превосходящими во много раз эксплуатационными характеристиками. Испытательной моделью выступил седан Rambler Rebel («Бунтарь») 1957 модельного года. После инжектор был включен в серийное производство всеми мировыми автопроизводителями.

Обычно он имеет в своей конструкции следующие составляющие:

1. ЭБУ .
2. Форсунки .
3. Датчики .
4. Бензонасос .
5. Распределитель .
6. Регуляторы давления .

Если описывать коротко принцип работы инжектора заключается в следующем:

Электронный блок управления

Его задача беспрерывно анализировать поступающие параметры от датчиков и давать команды системами. Компьютер учитывает факторы внешней среды и особенности различных режимов работы двигателя, при которых происходит эксплуатация. В случае выявления несовпадений, центр подает команды исполнительным элементам для коррекции. ЭБУ также имеет систему диагностики. Когда случается сбой, она распознает возникшие неполадки, оповещая водителя индикатором «CHECK ENGINE». Вся информация о диагностических кодах и ошибках хранится в центральном блоке.

Различают 3 вида памяти:

Расположение, классификация и маркировка форсунок

После разбора вопроса как работает инжектор, просмотрим поверхностно всю инжекторную систему. Инжекторная система, производит впрыск горючего во впускной коллектор и цилиндр мотора посредством форсунки, которая способна за секунду открываться и закрываться много раз. Система делится на два типа. Классификация зависит от расположения крепления форсунки, устройства ее работы и количества:

Есть несколько классификаций распределительного впрыска:

• одновременный – работа всех форсунок синхронна, то есть впрыск идет сразу во все цилиндры;
• попарно-параллельный – когда одна открывается перед впуском, а другая перед выпуском;
• фазированный или двухстадийный режим – инжектор открывается только перед впуском. Дает возможность на малых оборотах, при резком нажатии на педаль акселератора увеличить момент двигателя. Впрыск проходит в два этапа.
• непосредственный (впрыск на такте впуска) GDI (Gasoline Direct Injection) – струя идет сразу в камеру сгорания. Для моторов с таким впрыском требуется и более качественное топливо, где незначительное количество серы и других химических элементов. Мотор GDI способен исправно служить в режиме сгорания сверхобедненной топливовоздушной смеси. Меньшее содержание воздуха делает состав менее воспламеняемым. Горючее внутри цилиндра прибывает как облако, пребывающее рядом со свечей зажигания. Смесь схожа с стехиометрическим составом, который легко воспламеняется.

Инжекторные форсунки имеют разный способ подачи струи:

Нейтрализатор/катализатор

Для сокращения выброса окисей углерода и азота, в инжектор был добавлен каталитический нейтрализатор. Он преобразует выделенные из газов углеводороды. Применяется на инжекторах лишь с обратной связью. Перед катализатором имеется датчик содержания кислорода в выхлопных газах, по-другому его называют как лямбда-зонд. Контроллер, получая информацию от датчика, вытягивает подачу топливной смеси до нормы. В нейтрализаторе есть керамические составляющие с микроканалами, где содержатся катализаторы:

Нельзя чтобы мотор с нейтрализатором работал на этилированном бензине. Это выведет из строя не только нейтрализаторы, но и датчики концентрации кислорода.

Так как простых каталитических нейтрализаторов недостаточно, то используется рециркуляция отработавших газов. Она существенно убирает образовавшиеся оксиды азота. Помимо этого, для этих целей устанавливается дополнительный NO-катализатор, так как система EGR не способна создать полное удаление NOx. Есть два типа катализаторов для понижения выбросов NOx:

1. Селективные . Не привередливы к качеству топлива.
2. Накопительного типа . Гораздо эффективнее, но очень чувствительны к высокосернистым горючим, что нельзя сказать о селективных. Поэтому они обширно применяются на авто для стран с малым количеством серы в топливе.

Основные датчики

Система подачи топлива

Узел включает в себя:

Рассмотрим, как работает бензонасос на инжекторе. Насос находится в топливном баке и подает бензин на рампу под давлением 3,3–3,5 Мпа, что обеспечивает качественный распыл горючего по цилиндрам. Если обороты мотора увеличиваются, заметно возрастает и аппетит, то есть для сохранения давления, в рампу нужно поставлять больше бензина. Поэтому бензонасос по оповещению контроллера начинает ускорять вращения. Вовремя, прохода бензина к топливной рампе, лишнее убирается регулятором давления и спускается назад в бензобак, поддерживая тем самым постоянное давление в рампе.

Топливный фильтр находится под капотом кузова за топливным баком, он вмонтирован между электробензонасосом и топливной рампой в подающую магистраль. Его конструкция не разбирается, она являет собой металлический корпус с бумажной фильтрующей установкой.
Есть прямой и обратный топливопровод. Первый нужен для топлива, идущего из модуля насоса в рампу. Второй возвращает излишки горючего после регулятора назад в бензобак. Рампа – полая планка, соединённая с форсунками, регулятором давления и штуцером контроля давления в системе. Установленный на ней регулятор контролирует давление внутри ее и во впускной трубе. Его конструкция содержит мембранный клапан с диафрагмой и пружину, поджатую к седлу.