Из чего состоит форсунка – Топливная форсунка. Назначение, устройство, принцип работы

Топливная система претерпела значительные изменения со времён создания первого автомобиля. Такие преобразования коснулись и механизма впрыска, который стал более совершенным. Дозированная подача топливной смеси позволяет плавно регулировать обороты, что приводит к меньшему расходу горючего. Для решения таких задач используются форсунки двигателя, которые и составляют инжекторную систему. Эта технология давно пришла на смену карбюратору и превосходит его по всем параметрам.

Назначение форсунок в работе двигателя

Дозированная подача обеспечивает лёгкость в управлении машиной благодаря детально рассчитанным порциям топлива. Назначение подобной системы позволяет не только уменьшить выброс вредных веществ, но и сделать вождение безопасным. Заложенная в управляющий блок микропрограмма делает автомобиль отзывчивым на малейшие изменения в движении. Набор мощности двигателем в этом случае происходит более динамично, что позволяет учесть малейшие особенности дороги.

Каждая форсунка высокого давления является важным механизмом топливной системы. Точно рассчитанная подача горючего имеет огромное значение для силовой установки машины и позволяет увеличить срок её службы. В современных автомобилях инжектор (форсунка) управляется электроникой и бывает нескольких видов. Подобное оснащение успешно используется на бензиновых и дизельных двс, что делает такую технологию наиболее перспективной. В зависимости от вида и характеристик двигателя, форсунки различаются по методу впрыска, каждый из которых имеет свои особенности.

Электромагнитная форсунка

Такой тип инжектора использует бензиновые форсунки и получил широкое распространение. Простая конструкция этого оборудования показывает отличные результаты в автомобильной технике, оснащённой системой непосредственного впрыска. Любая электромагнитная форсунка состоит из управляемого клапана, иглы и сопла. Функционирование этой системы выполняется в соответствии с заложенной программой, что позволяет добиться высокой точности подачи горючего.

Электронный блок полностью контролирует все операции, что исключает любые ошибки при впрыске топливной смеси. Согласно заложенной программе напряжение подаётся на обмотку клапана, что приводит к созданию электромагнитного поля. Под его воздействием сопло освобождается, вследствие чего и производится впрыск топлива. Прекращение подачи напряжения приводит к обратному результату, и пружина возвращает иглу в прежнее положение. Такой метод впрыска топливной смеси имеет высокую точность и задействован на большей части бензиновых двигателей.

Электрогидравлическая форсунка

Использование такой системы можно часто увидеть в автомобилях, оснащённых дизелем. Эту технологию также допускается применять на агрегатах, имеющих систему впрыска Common Rail. Такие инжекторные форсунки состоят из сливной и впускной дроссели, электромагнитного клапана и камеры. Путём изменения давления топлива легко добиться возможности управлять его подачей на цилиндры, и эта особенность является главным отличием инжектора от аналогичных механизмов.

Понять, как осуществляется управление форсункой электрогидравлического типа достаточно просто. В состоянии ожидания электромагнитный клапан всегда закрыт, причём игла форсунки высокого давления прижата к седлу топливом. В этом положении подача горючего невозможна по элементарным физическим причинам. Давление в системе, воздействующее на иглу намного меньше чем на поршень, что не позволяет запустить механизму впрыска.

При подаче сигнала с управляющего блока происходит включение электромагнитного клапана, которое заключается в открытии дроссельной заслонки. Подобный принцип работы форсунки не допускает мгновенного выравнивания давления, что приводит к подъёму иглы и подаче топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка

Практичное устройство современной форсунки представляет собой наиболее совершенную технологию впрыска. Установка подобного оборудования выполняется на дизельные двигатели, оснащённые системой Common Rail. Состоят такие виды форсунок из переключающего клапана, пьезоэлемента, толкателя и иглы. Скорость циклов впрыска подобного устройства в 4 раза превосходит срабатывание механизмов других типов. Такие возможности позволяют реализовать многократный впрыск топлива за один цикл, а дозировка горючего более совершенна.

Получить такие возможности удалось благодаря использованию особых компонентов. Подача напряжения влияет на характеристики сердечника что обеспечивает впрыск топлива. Пьезокристалл, изменяясь в размерах, давит на поршень толкателя в результате чего открывается клапан и горючее поступает в сливную магистраль. За счёт увеличения давления в топливной системе подымается игла, и происходит впрыск горючей смеси.

В работе такого устройства также используется гидравлический принцип, в основе которого лежит разница давления. Для точно рассчитанного срабатывания не менее важен и пьезоэлемент, в состав которого входят цирконий и палладиум. Такая технология обеспечивает огромную скорость срабатывания и довольно большое усилие, направленное на открытие клапана. Для регулировки количества горючего для впрыска используется соотношение давления в рампе и время воздействия на пьезоэлемент.

Принцип работы форсунок

Система впрыска топлива отвечает за подачу горючего в цилиндр или впускной коллектор двигателя. Чтобы понять, как работает форсунка инжектора, требуется рассмотреть описание топливной системы. Управляемый процесс подачи горючего наиболее важная часть в обеспечении работоспособности двигателя. Инжектор обычно устанавливают перед расположением дроссельной заслонки, именно на этом месте в более старых моделях устанавливался карбюратор. Система впрыска топлива может иметь различную конфигурацию, так насос-форсунка или ТНВД значительно отличаются от Common Rail.

Распределённый впрыск топлива присущ большинству современных автомобилей. Существуют несколько типов форсунок, принцип работы которых имеет свои особенности.

• Одновременный – подача горючего осуществляется сразу на все цилиндры, что характеризуется равными показателями расхода топлива на каждый инжектор;
• Попарно-параллельный – открытие канала выполняется в парном режиме, причём одна форсунка осуществляет подачу топлива перед циклом впуска, а другая выпуска;
• Фазированный – каждый из инжекторов автоматически открывается перед впуском, обеспечивая высокую точность впрыска;
• Прямой – подача топлива происходит напрямую в камеру сгорания, что является наиболее продуктивным вариантом.

С помощью насоса высокого давления происходит подача горючего на форсунку, которая может иметь механическое или электрическое исполнение. Ведущие производители автомобилей с начала 90-х перестали устанавливать механические форсунки ввиду несовершенства этой технологии. Ужесточение требований к выхлопным газам и изменение характеристик такой форсунки в процессе эксплуатации привели к переходу на более современные методы подачи горючего.

Устройство инжектора и его назначение

Использование сразу двух топливных форсунок получило широкое распространение и считается самым удобным в работе двигателя. Что касается устройства инжектора, наиболее востребованы одноканальные модели. В такой системе впрыска под определённым давлением подходит распыляемая жидкость, пар или газ, необходимый для распыления. При более детальном рассмотрении схемы инжектора будет хорошо заметен гидравлический разъем, который служит для установки на посадочное место форсунки, которая крепится на рампе.

Такая система имеет высокие требования к герметичности, и уплотнительные кольца обеспечивают надёжную установку инжектора. В нижней части такого устройства имеются специальная распылительная пластина, а электрический разъём используется для управления соленоидом. С помощью насоса регулируется давление форсунок, которое зависит от типа топливной системы. Наиболее важным элементом инжектора является сопло, обеспечивающее впрыск горючего.

Среди таких устройств, форсунки высокого давления занимают особое место. Системы Common Rail или ТНВД создают необходимые условия для впрыска, а струя распыла топлива зависит от геометрии камеры внутреннего сгорания. Детали инжектора, кроме функциональных элементов, включают фильтрующую сетку, распылитель и пружину, обеспечивающую обратное движение иглы.

Преимущества использования инжектора

Ресурс, которым обладают форсунки высокого давления, не идёт ни в какое сравнение с карбюраторной моделью управления. Система, контролируемая электроникой, имеет ряд преимуществ, которые ощутимы сразу после запуска двигателя.

• Система дозированного впрыска даёт ощутимую экономию топлива;
• Увеличение мощности силового агрегата и его динамических показателей;
• Огромный ресурс работы и отсутствие необходимости в обслуживании;
• Простота запуска силовой установи независимо от погодных условий;
• Меньший износ двигателя и плавность при наборе скорости;
• Приемлемый уровень выхлопных газов.

Эффективность работы инжекторного двигателя превосходит системы прошлого поколения и представляет собой точно отлаженный механизм. Электронное управление даёт возможность задействовать форсунки низкого давления или систему Common Rail для наиболее точной подачи топлива. Карбюратор чрезвычайно редко выходит из строя, а отсутствие необходимости периодической настройки делает такую систему удобной в эксплуатации.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

swapmotor.ru

Устройство форсунки дизельного двигателя

Дизельная форсунка представляет собой один из главных элементов системы питания дизельного двигателя. Форсунка (инжектор) обеспечивает прямую подачу солярки в камеру сгорания дизеля, а также дозирование подаваемого топлива с высокой частотой (более 2 тыс. импульсов в минуту). Инжектор осуществляет эффективный распыл горючего в пространстве над поршнем. Топливо в результате такого распыла получает форму факела. Форсунки отличных друг от друга систем топливоподачи имеют конструктивные особенности, различаются по способу управления. Инжекторы делят на две группы:

• механические;
• электромеханические;

Читайте в этой статье

Принцип работы механической форсунки

Принцип работы системы питания дизеля с механическим управлением форсунки состоит в следующем. К топливному насосу высокого давления (ТНВД) подается горючее из топливного бака. За подачу отвечает подкачивающий насос, который создает низкое давление, необходимое для прокачки солярки по топливопроводам.

Далее ТНВД в нужной последовательности осуществляет распределение и нагнетание горючего под высоким давлением в магистрали, ведущие к механической форсунке. Каждая форсунка данного типа открывается для очередного впрыска порции солярки в цилиндры под воздействием высокого давления топлива. Снижение давления приводит к закрытию дизельной топливной форсунки.

Простой механический инжектор имеет корпус, распылитель, иглу и одну пружину. В устройстве запорная игла свободно движется по направляющему каналу распылителя. Сопло форсунки плотно перекрывается в тот момент, когда нет нужного давления от ТНВД. Внизу игла опирается на уплотнение распылителя, имеющее коническую форму. Прижим иглы реализован посредством закрепленной сверху пружины.

Распылитель является одной из важнейших составных деталей среди других элементов в устройстве инжекторной форсунки. Распылители могут иметь разное количество распылительных отверстий, отличаться способом регулировки подачи топлива.

Простые дизельные моторы, которые имеют разделенную камеру сгорания, зачастую получают распылитель с одним отверстием и иглой. Дизельные моторы, которые устроены на основе непосредственного впрыска топлива, оборудованы форсунками с несколькими распылительными отверстиями. Число отверстий в таком распылителе колеблется от двух до шести.

Подача топлива регулируется зависимо от конструкции распылителя, так как существуют два основных типа подобных решений:

• распылитель с возможностью перекрытия каналов;
• распылитель с перекрываемым объемом;

В первом случае игла форсунки перекрывает подачу горючего путем перекрытия каждого отверстия. Второй тип форсунок означает, что игла перекрывает своеобразную камеру в нижней части распылителя.

Давление топлива, нагнетаемого ТНВД, заставляет иглу подниматься благодаря наличию на поверхности такой иглы специальной ступеньки. Солярка проникает в корпус под указанной ступенькой. В момент, когда давление горючего сильнее усилия, которое создает прижимная пружина, игла движется вверх. Таким образом открывается канал распылителя. Дизтопливо под давлением проходит через распылитель и происходит его распыл в форме факела. Так реализован впрыск топлива.

Далее определенное количество горючего, которое подается насосом высокого давления, пройдет через распылитель и попадет в камеру сгорания. После этого давление на ступеньке иглы начинает снижаться, в результате чего игла от усилия пружины возвращается в исходное положение и плотно перекрывает канал. Тогда подача солярки в распылитель полностью прекращается.

Инжектор с двумя пружинами

На эффективность топливоподачи и последующего сгорания топлива в цилиндрах дизеля можно влиять, изменяя различные характеристики форсунки, такие как структура и количество каналов распылителя, усилие пружины и т.п. Одним из конструкторских решений стало внедрение в устройство форсунок специального датчика подъема иглы. Данный подъем учитывается специальными электронными блоками управления, которые взаимодействуют с ТНВД.

Еще одним витком развития стали дизельные форсунки с двумя пружинами. Устройство таких форсунок сложнее, но результатом становится большая гибкость в процессе подачи топлива. Сгорание рабочей смеси становится более мягким, дизель тише работает. 

Особенностью работы указанных инжекторов является двухступенчатый подъем иглы. Получается, нагнетаемое ТНВД топливо сначала превышает по силе давления силу сопротивления одной пружины, а затем другой. В режиме холостого хода и при небольших нагрузках на мотор впрыск осуществляется только посредством первой ступени, подавая в двигатель незначительное количество солярки. Когда мотор выходит на режим нагрузки, давление нагнетаемого ТНВД топлива растет, горючее подается уже двумя дозированными порциями. Первый впрыск небольшого объема (1/5 от общего количества), а далее основной (около 80% солярки). Разница давлений впрыска для открытия первой и второй ступени не особенно большая, что обеспечивает плавность топливоподачи.

Такой подход позволил повысить равномерность, эффективность и полноценность сгорания смеси. Дизельный двигатель стал расходовать меньше горючего, снизилось количество токсичных примесей в выхлопных газах. Дизельные форсунки с двумя пружинами активно использовались на агрегатах с непосредственным впрыском топлива до момента появления систем питания под названием Commоn Rail.

Электромеханическая дизельная форсунка

Дальнейшее развитие систем топливоподачи дизельного ДВС привело к появлению форсунок, в которых солярка подается в цилиндры посредством электромеханических форсунок. В таких инжекторах игла форсунки открывает и закрывает доступ к распылителю не под воздействием давления топлива и противодействия силе пружины, а при помощи специального управляемого электромагнитного клапана. Клапан контролируется ЭБУ двигателя, без соответствующего сигнала которого горючее не попадет в распылитель.

Блок управления отвечает за  момент начала топливного впрыска и длительность подачи топлива. Получается, ЭБУ дозирует солярку для дизеля путем подачи на клапан форсунки определенного количества импульсов. Параметры импульсов напрямую зависят от того, с какой частотой вращается коленчатый вал двигателя, в каком режиме работает дизельный мотор, какая температура ДВС и т.д.

В системе питания Common Rail электромеханическая форсунка может за один цикл реализовать подачу топлива посредством нескольких раздельных импульсов (впрысков). Топливный впрыск за цикл осуществляется до 7 раз. Давление впрыска также значительно повысилось сравнительно с предыдущими системами.

Благодаря дозированной высокоточной подаче давление газов на поршень в результате сгорания смеси растет плавно, сама топливно-воздушная смесь равномернее распределяется по цилиндрам дизеля, лучше распыляется и полноценно сгорает.

Дальнейшее видео наглядно иллюстрирует принцип работы электромеханической форсунки на примере бензинового двигателя. Главное отличие заключается в том, что давление топлива в дизельной форсунке значительно выше. 

Указанный подход позволил окончательно переложить задачу по управлению впрыском с форсунок и ТНВД на электронный блок. Электронный впрыск работает намного точнее, дизель с подобными решениями стал еще более мощным, экономичным и экологичным. Разработчикам удалось значительно снизить вибрации и шумы в процессе работы дизельного агрегата, повысить общий ресурс ДВС.

Насос-форсунка

Одной из разновидностей систем питания дизеля являются конструкции, в которых полностью отсутствует ТНВД. За создание высокого давления впрыска отвечают так называемые дизельные насос-форсунки. Принцип работы системы состоит в том, что насос низкого давления сначала подает солярку напрямую к инжектору, в котором уже имеется собственная плунжерная пара для создания высокого давления впрыска. Плунжерная пара форсунки работает от прямого воздействия на нее кулачков распредвала. Данная система позволяет добиться лучшего качества распыла дизтоплива благодаря способности создать очень высокое давление впрыска. 

Исключение из системы подачи топлива ТНВД позволяет сделать размещение дизельного ДВС под капотом более компактным, избавиться от привода топливного насоса и отбора мощности на его постоянное вращение. Также стало возможным удалить из системы питания решения, которые распределяют топливо от ТНВД по цилиндрам. Инжекторы в системе с насос-форсунками имеют электрический клапан, что позволяет подавать топливо за два импульса.

Принцип похож на работу механической форсунки с двумя пружинами. Решение позволяет реализовать сначала подвпрыск, а уже затем произвести подачу в цилиндр основной порции горючего. Насос-форсунки реализуют подачу топлива в максимально точно заданный момент начала впрыска, лучше дозируют солярку. Дизельный мотор с такой системой экономичен, работает мягко и тихо, содержание вредных веществ в отработавших газах сведено к минимуму.

Главным минусом решения можно считать то, что давление впрыска насос-форсунки напрямую зависит от частоты вращения коленвала двигателя. В списке недостатков также отмечены: сложность исполнения, высокая требовательность к моторному маслу, чистоте и качеству топлива. В процессе эксплуатации выделяют трудности в процессе ремонта и обслуживания, а также общую дороговизну сравнительно с системами, которые оборудованы привычным ТНВД.

Читайте также

krutimotor.ru

Материалы деталей форсунок дизелей

Форсунки дизелей в основном устанавливают в крышках двигателей, которые находятся в неблагоприятных температурных условиях, так как стенки расположенных в них камер сгорания воспринимают большие потоки тепла, а осуществить интенсивное охлаждение крышек из-за сложной их конфигураций не всегда удается. Кроме того, распылитель форсунки выходит непосредственно в камеру сгорания и омывается горячими газами, в результате чего температура в некоторых его местах может быть значительной. Детали закрытых форсунок воспринимают большие усилия от пружины, под действием которых игла форсунки садится на гнездо с значительным ударом, а также от топлива, сжимаемого до очень высокого давления. Игла форсунки, ее направляющая, конусный наконечник и гнездо в процессе работы сильно изнашиваются. Особенно в тяжелых условиях находится седло иглы, обычно всегда нагретое и воспринимающее большие ударные нагрузки при посадке.

Высокие скорости истечения топлива через сопловые отверстия приводя к износу и разрушению сопловых отверстий. При длительной эксплуатации форсунок установлены неравномерные износы направляющей поверхности распылителя и наружной поверхности иглы, уплотнительных конусов иглы и распылителя, кромок сопловых отверстий. В результате нарушается стабильность регулировочных параметров, происходит неплотное прилегание иглы, вызывающее нечеткую отсечку подачи, подтекание сопла и его закоксовывание. Износ седла приводит к изменению положения штифта в отверстии распылителя и нарушению геометрических параметров факела.

Для изготовления деталей форсунки следует выбирать более качественные материалы, обладающие высокими прочностными свойствами, сохраняющимися при повышенных температурах и давлении, сопротивлением удару, износоустойчивостью и жаропрочностью, высокой, твердостью. Эти материалы должны сохранять геометрические размеры при эксплуатации и хранении, хорошо обрабатываться и обладать высокой антикоррозионной стойкостью. Чтобы уменьшить припуски для доводочных операций, деформации материалов после их термической обработки должны быть минимальными.

Сопло, отдельно выполняемое, изготовляют из сталей ХВГ, ШX15 или P18 (ГОСТ 19265—73). Сопло с корпусом распылителя выполняют из сталей ХВГ или ШХ15-4.

Гайка крепления сопла или распылителя воспринимает большие усилия затяжки и значительные потоки тепла от распылителя. Изготовляют ее из легированных сталей и стали 45.

Корпус распылителя преимущественно изготовляют из стали 18X2h5BA. Заменителем может быть сталь ХВГ.

Иглу распылителя выполняют из сталей ШХ15, ХВГ и Р18. Заменителем является сталь Р9.

Твердость сопла, иглы и корпуса распылителя, изготовленных из сталей ШХ15, ХВГ, Р18, должна быть не менее HRC 60-65. Корпус распылителя, изготовленного из хромоникельмолибденовой стали, подвергают цементации с глубиной поверхностного слоя в пределах 0,5—0,9 мм. Установлено, что в условиях работы прецизионных узлов, когда имеется много абразивных частиц в топливе, эти стали (ХВГ и ШХ15) сравнительно быстро изнашиваются, поэтому они не удовлетворяют полностью современным требованиям обеспечения надежной работы этих узлов.

Корпус форсунки выполняют из кованной или штампованной заготовки. Материалом для корпуса служат стали 45 и 12Xh4A. Первая из них после термообработки должна иметь твердость НВ 170—285, а вторая — после цементации торца на глубину 1,1—1,6 мм и закалки его — HRC 56. Твердость остальных поверхностей корпуса, изготовленного из стали 12Xh4A (ГОСТ 4543—71), должна составлять HRC 26—40.

Пружину форсунки, воспринимающую большие периодические нагрузки динамического характера, изготовляют из шлифованной и полированной стальной проволоки марки 50ХФА (ГОСТ 14959—79). После изготовления пружины ее закаливают до твердости HRC 43—47. Заменителем этой стали может служить сталь 60С2А (ГОСТ 14959—79). С целью повышения усталостной прочности и долговечности пружины подвергают поверхностному упрочнению дробеструйной обработкой или азотированием на глубину 0,15—0,30 мм. Большим недостатком форсуночных пружин является их осадка в процессе эксплуатации, приводящая к изменению давлений начала подъема и посадки иглы. Для повышения несущей способности пружин применяют в ряде случаев заневоливание, способствующее перераспределению напряжений по сечению витков. Оно состоит в том, что пружину обжимают до появления в поверхностном слое напряжений, превосходящих предел текучести, и выдерживают в обжатом состоянии в течение длительного времени.

Стержень толкателя воспринимает большие нагрузки от пружины и сжатого топлива. Торцы стержня подвергаются смятию и интенсивно изнашиваются. В связи с тяжелыми условиями работы стержень необходимо изготовлять из высококачественных сталей ХВГ и ШХ15 с твердостью трущихся торцовых поверхностей не ниже HRC 56.

Винт пружины воспринимает большие нагрузки и работает в таких же условиях, как и стержень толкателя. Изготавливают его из сталей ШХ15 и ХВГ.

Термическая и механическая обработка деталей форсунки

Термической обработке подвергают те детали или части их, которым необходимо придать поверхностную твердость, износостойкость и коррозионную стойкость.

После предварительной механической обработки детали поступают в термическое отделение, в котором их подвергают цементации и закалке. Термически обрабатывают торцы стержня толкателя, пружину и ее винт, торец корпуса форсунки и распылителя в месте контакта, сопло, иглу, корпус распылителя. Наибольшее внимание уделяется термической обработке прецизионной пары форсунки — иглы и ее направляющей.

Для нагрева деталей под закалку применяют соляную ванну, состоящую из 50—60% КСl, 40—50% NaCl с добавкой до 2% K4Fe(CN)6 при температуре 830—840°С, в которой их выдерживают в течение 12—14 мин. После нагрева детали в течение 5—10 мин охлаждают в масле, промывают и подвергают отпуску в масле при температуре 160+10°С в течение одного часа с последующим охлаждением на воздухе.

Малоуглеродистые стали перед закалкой подвергают цементации в твердом карбюризаторе с содержанием 1—5% ВаСО3 при температуре 900±10 С с прогревом в течение 120 мин, выдержкой нагретой детали в печи в пределах 210—240 мин и последующим охлаждением на воздухе до температуры окружающей среды.

Для исключения излишних деформаций деталей прецизионной пары в процессе сборки и эксплуатации форсунок, которые могут привести к интенсивному износу трущихся поверхностей и стабилизации размеров, применяют обработку холодом и старение.

При обработке холодом термически обработанную деталь погружают в среду с температурой —65+—100°С, выдерживают там до 30 мин и нагревают естественно на воздухе до нормальной температуры. При этом процессе наиболее полно происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит. После обработки холодом детали подвергают новому отпуску в масляной ванне при температуре 100°С в течение 210 мин с последующим охлаждением, промывкой и просушиванием. Затем детали подвергают старению, часто двукратному. Старение ускоряет завершение превращений в стали и способствует стабилизации размеров. Процесс старения состоит в нагреве детален в масле до температуры 130—180°С и выдержке в течение 5—25 ч с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры.

Механическая обработка деталей форсунок должна быть тщательной. Пружину форсунки изготовляют с неравномерностью шага рабочих витков, не превышающей 0,2 мм; неперпендикулярностью торцов пружины к ее оси не более 0,15 мм; непараллельностью торцов между собой не более 0,1 мм. Опорные концы пружины должны прилегать не менее чем на 0,75 длины окружности. Плоскостность уплотняющих поверхностей проверяют стеклянной пластиной для интерференционных измерений. Допускается не более трех интерференционных полос.

Технические условия на изготовление отдельных деталей форсунки разрабатывают на каждом заводе применительно к конкретной форсунке и указывают на рабочих чертежах.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Форсунка дизельного двигателя.

Устройства и приборы высокого давления

Форсунки дизельного двигателя

Назначение форсунок и требования к ним

Форсунка служит для подачи топлива в цилиндр двигателя, распыления и распределения топлива по камерам сгорания.

Условия работы форсунок очень тяжелые – они подвержены воздействию колоссальных давлений и тепловых нагрузок. Впрыск начинается при температуре в камере сгорания 700…900 ˚С и давлении 3…6 МПа, а заканчивается при температуре до 2000 ˚С и давлении 10…11 МПа.

К форсункам предъявляются следующие очень жесткие требования:

• оптимальная дисперсность, т. е. высокая степень дробления капель топлива, так как чем меньше капли, тем больше их суммарная поверхность, быстрее происходит нагрев и сгорание топлива, но при этом уменьшается длина факела;
• обеспечение такой скорости струи топлива, чтобы оно достигало краев камеры сгорания, поэтому капли не должны быть слишком мелкими – средний размер капель (с учетом требования по первому пункту) – 30…50 мкм;
• распределение впрыскиваемого топлива по всему объему камеры сгорания;
• резкое начало впрыска и его прекращение.

Форсунки бывают открытые и закрытые.
Открытые форсунки обеспечивают постоянную подачу топлива. В современных дизелях такие форсунки не применяются.
В дизельных двигателях применяют закрытые форсунки, которые открываются только в момент подачи топлива в камеру сгорания.

Закрытые форсунки могут быть двух типов – одно- и многодырчатые. Первые устанавливают на двигателях с вихревыми камерами сгорания, вторые с неразделенными камерами сгорания.

Различают, также, механические форсунки и форсунки, управляемые электроникой.
Современные системы питания дизельных двигателей используют впрыск, управляемый компьютером (электронным блоком управления). На основании информации, поступающей от многочисленных датчиков, такие системы учитывают многие процессы и текущие параметры работы двигателя. Форсунки в таких системах управляются специальными электромагнитными или пьезоэлектрическими устройствами, что открывает широкие возможности повышения эффективности работы двигателя, а также его экологичности.

К отдельной категории устройств для впрыска топлива в цилиндры относятся насос-форсунки, представляющие собой своеобразный гибрид между ТНВД и форсункой в одном узле.

***

История изобретения форсунки

Как известно, Рудольф Дизель изначально планировал работу своего знаменитого детища на угольной пыли. Его система питания содержала специальный насос, вдувавший угольную пыль в цилиндр двигателя сжатым воздухом. Однако, уголь оказался низкокалорийным топливом, не способным дать высокой температуры сгорания, и Дизелю пришлось обратить свой гениальный взор к жидким топливам. Ведь разница температур в цикле работы двигателя – прямой путь к повышению КПД, как установил француз Николя Сади Карно.

Сначала Дизель попробовал впрыскивать в цилиндр своего двигателя бензин, но при первом же испытании двигателя произошел взрыв, едва не стоивший жизни самого Дизеля и его помощников, и изобретателю пришлось применить менее взрывоопасное топливо – керосин.
В июне 1894 года Дизель построил двигатель, использующий в качестве топлива керосин, который впрыскивался в цилиндры специальной форсункой. Для впрыскивания керосина применялся пневматический компрессор, развивавший давление, превышающее давление в цилиндре двигателя. За такими двигателями закрепилось название «компрессорные дизели».

Идея гидравлического впрыска топлива в дизельных двигателях принадлежит, как утверждает история, французскому инженеру Сабатэ, который, к тому же, предложил многократный впрыск, т. е. впрыск, осуществляемый в несколько этапов (эта идея используется в современных системах питания — Common Rail и насос-форсунка).

В 1899 году русский инженер Аршаулов впервые построил и внедрил топливный насос высокого давления оригинальной конструкции — с приводом от сжимаемого в цилиндре воздуха, работавший с бескомпрессорной форсункой. Эти форсунки устанавливались на дизелях, выпускавшихся Механическим заводом «Людвиг Нобель» в Петербурге в начале прошлого века («русские дизели»).

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, а также создал удачную модификацию бескомпрессорной форсунки. Эти устройства с различными усовершенствованиями используются в системах питания дизельных двигателей и в наши дни.

Дизельные двигатели, использующие в системе питания повышение давления топлива перед впрыском, называют «бескомпрессорными дизелями».
В настоящее время классические компрессорные дизели не имеют практического применения. В современных двигателях впрыск осуществляется бескомпрессорными способами.

Однако, наука и техника не стоят на месте, и, благодаря широкой компьютеризации всех систем автомобиля, в настоящее время механические форсунки постепенно вытесняются более совершенными устройствами, управляемыми электроникой.

***

Принцип действия многодырчатой форсунки

В многодырчатой форсунке основной частью является распылитель. Он состоит из корпуса 1 (рис. 1, а) и иглы 2. Распылитель притянут к корпусу 7 форсунки накидной гайкой 3. Сверху на иглу давит пружина 12 (рис. 1, б). Топливо в полость Б форсунки подается по каналу В.
Когда нет подачи топлива насосом (рис. 1. I), давление в полости Б составляет 2…4 МПа. Топливо давит на нагрузочный поясок Г иглы, но эта сила меньше силы пружины, которая прижимает иглу к распылителю. Игла запорным конусом Д перекрывает выходные отверстия – сопло А.

При подаче топлива насосом сила давления топлива на поясок Г становится больше силы пружины, игла поднимается, и через сопло А с большой скоростью топливо впрыскивается в камеру сгорания. После окончания подачи топлива давление падает, пружина возвращает иглу на место, запирая выходные отверстия распылителя, и впрыск прекращается.

Подъем иглы ограничен упором ее верхних заплечиков в корпус 5 форсунки и составляет 0,2…0,25 мм.

Качество дробления топлива зависит от скорости его движения через сопла, которая, в свою очередь, зависит от давления впрыска. При нормальном режиме скорость струи топлива составляет 200…400 м/с. Для этого необходимо создать перепад давлений в форсунке и камере сгорания 5…10 МПа. Поскольку давление в цилиндре в момент впрыска достигает 3…5 МПа, давление топлива в форсунке должно быть более 10…20 МПа.
Чтобы обеспечить работу форсунки при таком давлении, корпус распылителя и игла выполнены очень точно и притерты друг к другу. Они являются третьей прецизионной парой в магистрали высокого давления. Игла и корпус распылителя не подлежат разукомплектованию и подлежат замене только в комплекте.



Устройство многодырчатой форсунки

На двигателях с неразделенными камерами сгорания устанавливают, как правило, многодырчатые форсунки. Так, на двигателях КамАЗ-740 устанавливается форсунки серии 33, на двигателях ЗИЛ-645 и ЯМЗ-240 – форсунки Б-2СБ, на двигателях ЯМЗ-238 – форсунки модели 80 (см. рисунок 2 внизу страницы).

К корпусу 7 форсунки накидной гайкой 3 притянут распылитель с иглой 2. Распылитель имеет четыре сопловых отверстия диаметром 0,3 мм. На иглу через штангу 13 давит пружина 12. Топливо от насоса подается в полость форсунки через штуцер 9, в котором установлен фильтр 10. Верхнее отверстие в корпусе служит для отвода в бак топлива, просочившегося через зазоры между иглой и распылителем. Штифты 4 и 6 определяют точное положение распылителя относительно корпуса и топливных каналов. Прокладками 11 регулируют натяжение пружины, которое определяет давление начала впрыска.

Форсунки устанавливают в специальные гнезда головки цилиндра и закрепляют скобами.
Между корпусом форсунки и головкой блока размещается уплотнительная медная шайба (кольцо), которая надевается на корпус распылителя и вместе с форсункой аккуратно вставляется в гнездо головки. Такая шайба служит не только уплотнителем между форсункой и головкой, но и обеспечивает хороший теплоотвод от распылителя к головке цилиндров.
Уплотнительное кольцо 8 предохраняет полость клапанной крышки от попадания в нее пыли и влаги.

***

Устройство однодырчатой штифтовой форсунки

Однодырчатые форсунки иногда называют штифтовыми, поскольку конец ее иглы выполняется в виде штифта. Такие форсунки устанавливают, как правило, в дизелях с разделенными камерами сгорания.
Конструкция распылителя таких форсунок обеспечивает объемно-пленочное смесеобразование, поскольку распыливание топлива более направленное, чем в многодырочных форсунках, и значительная часть топлива достигает стенок камер сгорания, образуя быстро испаряющуюся пленку.

Дизели с вихревыми (раздельными) камерами сгорания менее чувствительны к составу топлива и устойчивее работают в широком диапазоне частот вращения. Применяемые с ними форсунки рассчитаны на меньшее давление, следовательно, не требуют столь высокой точности изготовления, как форсунки для неразделенными камерами сгорания, а потому дешевле.

На рис. 1,в показан распылитель штифтовой однодырчатой форсунки. Такая форсунка устанавливается в вихревых камерах сгорания и имеет одно сопло.
Конец иглы 2 выполнен в виде штифта 13 конусной формы, выступающего за пределы корпуса распылителя. Штифт служит для формирования факела топлива в виде конуса.
Принцип работы однодырчатых форсунок не отличается от принципа работы многодырчатых форсунок.

Устройство некоторых типов форсунок, применяемых на автотракторных дизельных двигателях отечественного производства приведено на рисунке 2.

***

Трубопроводы высокого давления дизеля



k-a-t.ru

Форсунка — это… Что такое Форсунка?

Типичная топливная электромеханическая форсунка в виде электромагнитного клапана с тянущим приводом

Форсунка, инжектор — механический распылитель жидкости или газа.

Используется для распыления топлива (мазута, дизельного топлива, бензина), например в инжекторных системах подачи топлива, осуществляют распыление за счёт высокого давления топлива (несколько атмосфер для бензина и сотни — тысячи атмосфер для дизельного).

В форсунках для мойки автомобилей используется давление 100—200 бар.

Была изобретена Владимиром Григорьевичем Шуховым.

Конструкция

Наиболее важным элементом форсунки является сопло.

Как правило, форсунка состоит из одного, реже двух каналов. По первому на выход подается распыляемая жидкость, по второму жидкость, пар, газ, который служит для распыления первой жидкости. Чистая, качественная форсунка даёт конусообразный распыл, а факел получается ровный и непрерывистый.

Основные характеристики

• динамический диапазон работы и минимальная цикловая подача топлива
• время открытия и закрытия (лаг) форсунки
• угол конуса распыливания и дальнобойность факела топлива
• мелкость распыливания и распределения топлива в факел

Виды форсунок

• электромагнитные
• пьезоэлектрические
• гидравлические

Форсунка дизельного двигателя

Устройство форсунки автомобиля КрАЗ — 255:

• Корпус.
• Гайка распылителя.
• Распылитель.
• Игла.
• Уплотнительные шайбы.
• Штифт.
• Шток.
• Тарелка.
• Пружина.
• Регулировочный винт.
• Гайка.
• Контргайка.
• Колпачок.
• Штуцер.
• Втулка.
• Фильтр.
• Уплотнитель штуцера.

Принцип действия форсунки автомобиля КрАЗ — 255:

Топливо поступает под давлением в кольцевую камеру, образованную между корпусом распылителя и иглой. За счёт давления топлива игла поднимается и сжимает пружину, при этом открываются сопла распылителя, и через них топливо впрыскивается в цилиндр. При снижении давления игла опускается за счёт пружины и собственной массы, закрывает сопла, прекращая впрыск топлива (его давление зависит от сжатия пружины регулировочным винтом).

Ссылки

См. также

Число Воббе

dic.academic.ru

Форсунка — Википедия. Что такое Форсунка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии Типичная топливная электромеханическая форсунка в виде электромагнитного клапана с тянущим приводом

Форсунка, инжектор — механический распылитель жидкости или газа, управляемый электромагнитным клапаном или механически.

Используется для распыления топлива (мазута, дизельного топлива, бензина), например в инжекторных системах подачи топлива, осуществляют распыление за счёт высокого давления топлива (несколько атмосфер для подачи бензина или газа при распределённом впрыске в коллектор и сотни — тысячи атмосфер для непосредственного впрыска бензина или дизтоплива)^[1].

В форсунках для мойки автомобилей используется давление 100—200 бар^[2].

Конструкция^[3]

Наиболее важным элементом форсунки является сопло.

Как правило, форсунка состоит из одного, реже двух каналов. По первому на выход подаётся распыляемая жидкость, по второму жидкость, пар, газ, который служит для распыления первой жидкости. Чистая, качественная форсунка даёт конусообразный распыл, а факел получается ровный и непрерывный.

Основные характеристики^[4][5][6]

• давление начала впрыска (регулируется, для механических форсунок)
• динамический диапазон работы и минимальная цикловая подача топлива
• время открытия и закрытия (лаг) форсунки
• угол конуса распыливания и дальнобойность факела топлива
• величина распыляемых частиц и распределения топлива в факеле

Виды форсунок^[7]

• механические;
• электромагнитные
• пьезоэлектрические
• гидравлические

• борьба с пылью
• увлажнение
• покрытие материалов
• очистка и охлаждение газов
• противопожарная защита
• очистка и мойка
• проведение тестов на герметичность

Форсунка дизельного двигателя^[11]

Устройство форсунки автомобиля «КрАЗ-255»:

• Корпус.
• Гайка распылителя.
• Распылитель.
• Игла.
• Уплотнительные шайбы.
• Штифт.
• Шток.
• Тарелка.
• Пружина.
• Регулировочный винт.
• Гайка.
• Контргайка.
• Колпачок.
• Штуцер.
• Втулка.
• Фильтр.
• Уплотнитель штуцера.

Принцип действия форсунки автомобиля «КрАЗ-255»:

Топливо поступает под давлением в кольцевую камеру, образованную между корпусом распылителя и иглой. За счёт давления топлива игла поднимается и сжимает пружину, при этом открываются сопла распылителя, и через них топливо впрыскивается в цилиндр. При снижении давления игла опускается за счёт пружины и собственной массы, закрывает сопла, прекращая впрыск топлива (его давление зависит от сжатия пружины регулировочным винтом).

Примечания

Ссылки

См. также

Число Воббе

wiki.sc

No related posts.