Принцип работы форсунки
Принцип работы форсунки
Форсунка – это электромагнитный клапан, который управляется специальной программой в блоке управления двигателем. Благодаря форсунке топливо в цилиндры подается дозированно. Когда говорят об инжекторе, имеют в виду систему управляемых форсунок.
Существуют различные виды форсунок для:
— центрального впрыска топлива;
— распределенного впрыска топлива;
— непосредственного впрыска топлива.
Топливная форсунка — элемент инжекторной системы современного автомобиля.
Именно этот элемент отвечает за исполнение команды подачи топлива в цилиндр.
Как работает форсунка
Топливная форсунка не что иное как кран. Да, это кран, на который подается напряжение 9-15 вольт, катушка электромагнита притягивает иглу и топливо, факелом, выходит из нее.
Форсунка — это так же и соленоид.
Типовая схема работы топливной форсунки
Принцип работы форсунок
К каждой форсунке топливо от топливной рампы подается под определенным давлением. На электромагнит форсунки поступают электрические импульсы от блока управления двигателем. Они приводят в действие специальный игольчатый клапан, который открывает и закрывает канал в форсунке. Чем дольше поступаемый электрический импульс, тем дольше открыт игольчатый клапан, и тем больше подается топлива. Время открытия игольчатого клапана регулирует блок управления двигателем. Помимо этого, разновидности форсунок позволяют создавать разные формы и направленность факела распыляемого топлива, что существенно влияет на процесс смесеобразования.
Расположение форсунок в двигателе автомобиля
В таблице ниже указано расположение форсунок в двигателе в зависимости от типа впрыска топлива.
| Тип впрыска топлива | Расположение форсунок |
| Центральный впрыск | Одна или две форсунки располагаются во впускном трубопроводе перед дроссельной заслонкой. Таким образом, форсунка заменяет устаревшую технологию – карбюратор. |
| Распределенный впрыск | Для каждого цилиндра установлена своя форсунка, которая осуществляет впрыск топлива во впускной трубопровод цилиндра. Форсунка располагается у основания впускного трубопровода |
| Непосредственный впрыск | Форсунки располагаются в верхней части стенок цилиндра и впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания. |
Общий вид форсунки системы «Коммон рейл» фирмы «Бош» показан на рисунке.
Рис. Разрез электрогидравлической форсунки фирмы Бош: 1 – отводящий дроссель; 2 – игла; 3 – распылитель; 4 – пружина запирания иглы; 5 – поршень управляющего клапана; 6 – втулка поршня; 7 – подводящий дроссель; 8 – шариковый управляющий клапан; 9 – шток; 10 – якорь; 11 – электромагнит; 12 – пружина клапана
Форсунка состоит из:
- электромагнита 11
- якоря электромагнита 10
- маленького шарикового управляющего клапана 8
- запорной иглы 2
- распылителя 3
- поршня управляющего клапана 5
- подпружиненного штока 9
Шарик клапана прижимается к седлу с усилием пружины и электромагнита. Сила пружины рассчитана на давление до 100 кг/см2, что значительно ниже давления в линии высокого давления (250…1800 кг/см2), поэтому только при приложении усилия электромагнита шариковый клапан не отойдет от седла, отделяя аккумулятор от линии слива. Игла распылителя форсунки в нерабочем состоянии прижимается к седлу пружиной распылителя – это предотвращает попадание воздуха в форсунку при пуске двигателя.
Рис. Принцип действия электрогидравлической форсунки: а – форсунка в закрытом состоянии; b – форсунка в открытом состоянии; c – фаза закрытия форсунки
При создании давления в аккумуляторе, оно действует как на конусную поверхность иглы, так и на поршень управляющего клапана 5. Поскольку площадь рабочей поверхности поршня на 50% больше площади конусной поверхности иглы, игла распылителя продолжает прижиматься к седлу.
При подаче напряжения от блока управления на электромагнит 11, шток 9 якоря штока поднимается и открывается шариковый управляющий клапан 8. Давление в камере управления 7 падает в результате открытия дроссельного отверстия и топливо пропускается из зоны над поршнем управляющего клапана в зону слива. Давление на поршень управляющего клапана падает, так как подводящее дроссельное отверстие управляющего клапана имеет меньшее сечение чем отводящее. Запорная игла 2 при этом под действием высокого давления в кармане распылителя 3 открывается. Количество подаваемого топлива зависит от времени подачи напряжения в электромагнит 11, а значит от времени открытия шарикового управляющего клапана 8. При прекращении подачи напряжения на электромагнит 11, якорь под действием пружины опускается вниз, при этом шариковый управляющий клапан закрывается, давление в камере управления восстанавливается через специальный жиклер. Под действием давления топлива на поршень управляющего клапана 5, имеющего диаметр больше диаметра иглы, последняя закрывается.
На входе топлива в форсунку установлен аварийный ограничитель подачи топлива. Он предотвращает опорожнение аккумулятора через форсунку с зависшей иглой или клапаном управления, а также повреждение соответствующего цилиндра дизеля. В нем используется принцип возникновения разницы давлений по обе стороны от клапана 1 при прохождении топлива через его жиклеры 2. Сечение жиклеров, затяжка пружины 3 и диаметр клапана подобраны по максимальной продолжительности и расходу, т.е. подаче топлива.
Рис. Аварийный ограничитель подачи топлива через форсунку
В системах «коммон рейл» первых поколений общее количество горючей смеси, впрыскиваемой в цилиндр, разделялось на предварительное и основное. Однако более гармоничной является такая схема сгорания, когда во время одного рабочего такта горючая смесь будет разделена на возможно большее количество частей. До сих пор добиться этого было невозможно по причине инерционности традиционных форсунок с электромагнитным управлением.
Одним из путей совершенствования системы «коммон рейл» является увеличение быстродействия открытия форсунки. Минимальное время открытия форсунки для электромагнита с подвижным сердечником составляет 0,5 мс, что не позволяет оперативно изменять подачу топлива. Для более быстрого срабатывания форсунки в настоящее время применяется пьезокерамическая форсунка, которая работает вчетверо быстрее.
Известно, что при подаче электрического напряжения на пьезокерамическую пластинку она на несколько микрон изменяет свою толщину.
Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом форсунки, представляет собой параллелепипед длиной 30…40 мм, состоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок (кристаллов), расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс, чего достаточно чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н. При этом для управления пьезоэлементом используют напряжение бортовой сети автомобиля.
Для усиления пьезоэффекта в керамику добавляют палладиум и цирконий. Пьезоэлемент потребляет энергию только при подаче напряжения и регенерирует ее при выключении напряжения, таким образом, являясь регенератором энергии.
Использование пьезоэлемента, кроме быстроты срабатывания, обеспечивает большую силу открытия клапана сброса давления над иглой форсунки и высокую точность хода для быстрого сброса давления подачи топлива.
Электрогидравлическая форсунка с пьезоэлементом показана на. Основными составляющими форсунки являются модуль исполнительного элемента, состоящего из пьезоэлектрического элемента и его составляющих, модуль плунжера, состоящего из поршней, амортизатора давления и пружины, клапан переключения, игла. Для окончательной очистки топлива применяется специальный стержневой фильтр.
Рис. Разрез пьезоэлектрогидравлической форсунки: 1 – патрубок рециркуляции; 2 – электрический разъем; 3 – стержневой фильтр; 4 – корпус форсунки; 5 – пьезоэлектричесий элемент; 6 – сопряженный поршень; 7 – поршень клапана; 8 – клапан переключения; 9 – игла форсунки; 10 – амортизатор давления
Увеличение длины модуля исполнительного элемента преобразуется модулем соединителя в гидравлическое давление и перемещение, воздействующие на клапан переключения. Модуль плунжера действует как гидравлический цилиндр. На него постоянно воздействует давление подачи топлива 10 кгс/ см2 через редукционный клапан в обратной магистрали.
Топливо выполняет роль амортизатора давления между плунжером соединителя выпускного дросселя 8 и плунжером клапана 5 в модуле плунжера. Из пустого закрытого инжектора (присутствует воздух) воздух удаляется при стартерном пуске двигателя (с частотой вращения вала стартера). Помимо этого, инжектор наполняется топливом, подаваемым погруженным в топливном баке насосом, проходящим через управляемый обратный клапан против направления потока топлива.
Клапан переключения состоит из пластины клапана, плунжера клапана 5, пружины клапана и пластины дросселя 3. Топливо под давлением протекает через впускной дроссель 4 в пластине дросселя к игле форсунки и в камеру над иглой форсунки. Благодаря этому происходит выравнивание давления над и под иглой форсунки. Игла форсунки удерживается в закрытом положении силой пружины форсунки. При нажиме плунжера клапана 5 открывается канал выпускного дросселя и топливо под давлением вытекает через выпускной дроссель 8 большего размера, расположенный над иглой форсунки. Топливо под давлением поднимает иглу форсунки, в результате чего происходит впрыск. Благодаря быстрым командам на переключение пьезо-электрического элемента за один рабочий такт друг за другом производятся несколько впрысков.
Рис. Принцип работы пьезофорсунки: 1 – игла форсунки; 2 – пружина форсунки; 3 – пластина дросселя; 4 — впускной дроссель; 5 – плунжер клапана; 6 – линия высокого давления; 7 – соединительный элемент; 8 – выпускной дроссель; а – форсунка закрыта; б — форсунка открыта
Источник
Форсунка электрическая. Принцип работы. Неисправности
Форсунка (инжектор) — конструктивный элемент системы впрыска, назначение которого заключается в дозированной подаче топлива, подводимого к ней под высоким давлением, его распылении в камере сгорания (впускном коллекторе) и образовании топливно-воздушной смеси.
Принцип работы форсунки
Рис. Пример конструкции форсунок систем распределённого (а) и центрального (моно) впрыска (б): 1 — топливный фильтр, 2 — уплотни тельные кольца, 3 — запирающий элемент, 4 — седло, 5 — пружина, 6 — обмотка, 7 — корпус, 8 — электрический разъём
Устройство электрической форсунки может быть разным(примеры конструкций приведены на рисунке), но принцип работы одинаков для всех типов форсунок.
Форсунка представляет собой определённой формы ёмкость с топливом. С одной стороны топливо под давлением поступает из топливной магистрали через фильтровочную сетку, а с другой стороны в распылённом состоянии попадает в рабочую область ДВИГАТЕЛЯ, если подано напряжения на солсноццальный клапан форсунки.
- MOНO впрыск — форсунка одна (обычно рядный двигатель до 4-х цилиндров)
- ДУБЛЬ MOНO впрыск — две форсунки, работающие на две половины, обычно 6-ти цилиндрового, V-образного двигателя
- РАСПРЕДЕЛЁННЫЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена во впускном коллекторе
- ПРЯМОЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена внутри цилиндра
- ПУСКОВАЯ — одна на двигатель, рабочая часть расположена во впускном коллекторе
Форсунки бывают НИЗКООМНЫЕ (от 1 до 7 Ом) и ВЫСОКООМНЫЕ (от 14 до 17 Ом). Низкоомные форсунки управляются пониженным напряжением или в цепях управления имеются добавочные сопротивления (5-8 Ом). Фрагмент схемы с добавочными сопротивлениями (152) приведен на рисунке.
Рис. Фрагмент схемы системы управления и фото блока сопротивлений.
Рис. Форма факела распылённого топлива различна.
Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке, с системой впрыска от порта (PFI) и системы последовательного впрыска (SFI), которые используют привод выключаемого транзистора насыщения, изображена рядом и отмечена буквой А. Соленоиды форсунок включаются блоком управления двигателем. Напряжение резко падает, когда клапан открыт, а затем, при выключении напряжения, резко возрастает (из-за индуктивности соленоида). Ширина импульса изменяется в зависимости от нагрузки двигателя.
Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке системы моновпрыска (TBI). Такие системы для включения и выключения форсунок используют формирователи пиковых токов и токов синхронизации. Клапаны соленоидов форсунок включаются при наличии высокого тока питания, подаваемого от блока управления двигателем.
После срабатывания, ток уменьшается и поддерживает клапан в открытом состоянии. Наблюдается резкое падение напряжения при первом открытии клапана, а затем резкое увеличение напряжения, когда формирователь тока создаст меньший ток синхронизации, чем высокий ток включения. Когда соленоид отключается(после периода синхронизации) создаётся амплитуда напряжения, обусловлештя индуктивностью катушки соленоида (схема В).
Некоторые формирователи пиковых токов и токов синхронизации производят быстрые переключения напряжения во время периода синхронизации из-за низкого сопротивления обмотки соленоида форсунки (схема С).
Рис. Форсунка распределённого впрыска топлива.
Примером может служить осциллограмма форсунки автомобиля ФОРД «Сиерра» 1,6i, EEC 4 приведённая ниже.
Ниже приведены схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива.
При одновременном и групповом методе все форсунки, соединённые параллельно впрыскивают топливо одновременно, причём за один оборот коленвала впрыскивается половина полной порции топлива.
Такой метод соединения форсунок использовался на а\м выпуска 80 х — начала 90 х годов.
Современные системы управления двигателями используют последовательный или фазированный впрыск топлива. Такой метод управления позволяет увязывать момент впрыска с моментом открытия впускного клапана в конкретном цилиндре, изменять количество подаваемого топлива в цилиндр.
Рис. Схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива
На схемах использованы следующие обозначения: 1,2,3,4 — форсунки, 5 — ЭБУ двигателем.
Форсунки систем прямого впрыска топлива отличаются от форсунок, применяемых на системах впрыска топлива во впускной коллектор. Распылитель форсунки расположен непосредственно в камере сгорания и испытывает большие температурные нагрузки и нагрузки высокого давления. Форсунка прямого впрыска длиннее, т.к. необходимо пройти толщину головки блока. Давление топлива значительно выше, чем в обычных системах впрыска и факел распыла имеет свои особенности для каждого двигателя. Эти особенности систем прямого впрыска можно отнести к бензиновым и дизельным двигателям. На рисунке показана форсунка и её осциллограмма двигателя HDI СИТРОЕН. Сопротивление обмотки соленоида форсунки 0,3 — 1 Ом.
Рис. Форсунка системы прямого впрыска HDI и осциллограмма, снятая на режиме XX.
Расположение
ПУСКОВАЯ форсунка обычно расположена во впускном коллекторе таким образом, чтобы её широкий факел распылённого топлива (до 90 градусов) попадал в район впускных клапанов всех цилиндров.
Форсунка МОНО впрыска расположена на месте обычного карбюратора и топливо впрыскивается в общий объём впускного коллектора.
Форсунки РАСПРЕДЕЛЕННОГО впрыска расположены на впускном коллекторе в районе впускных клапанов каждого цилиндра. Если впускных клапана два, то факел распылённого топлива состоит из двух частей, каждая из которых направлена под один из клапанов.
Форсунки ПРЯМОГО впрыска расположены в головке блока. Распылитель расположен в цилиндре и имеет узкую щель, формирующую факел, направленный под углом к днищу поршня.
Одно из принципиальных отличий систем прямого впрыска топлива в том, что в зависимости от режима работы двигателя давление топлива регулируется в пределах 80-130 атм. Система управления контролирует как момент впрыска, происходящий во время такта всасывания, так и порцию топлива, изменяя давление в трубопроводе и длительность открытия форсунки.
Неисправности форсунки
Сопротивление обмотки форсунки должно соответствовать справочным данным. Обычно форсунки на входе имеют мелкую сетку, которая может забиться мелкими частичками примесей или ржавчины из бака и топливных магистралей.
Если впускная сетка не задержала примеси, то проходя через запирающий элемент и седло форсунки, эти части получают дополнительный износ из-за абразивных свойств посторонних частиц. Постепенно форма факела меняется или вообще пропадает и форсунка льёт топливо обычной струйкой, что не способствует правильной работе двигателя.
На распылителе форсунки постепенно скапливаются смоляные отложения. Иногда отложения образовываются в результате использования на двигателе газовой установки.
Методика проверки
Проверку топливной части форсунки необходимо начинать с подключения к автономной установке, которая может создать на входе в форсунку рабочее давление. При этом из форсунки не должно капать или литься топливо. При кратковременном подключении форсунки к питанию 12 в (высокоомные форсунки 14-17 Ом, низкоомные — от 2 до 7 Ом через добавочное сопротивление 10-15 Ом) должны раздаваться звонкие щелчки запирающего клапана, втягиваемого магнитным полем соленоида. Если форсунка «не щелкает», то, вероятно, всё внутри забито ржавчиной. Такая форсунка отправляется «в последний путь». Если первичные проверки дают положительный результат, проверяем форму факела и степень распыла топлива, а также производительность форсунки в единицу времени — это обычно 80 — 90 мл. за 30 сек (50 — 60 мл. для малообьёмных двигателей).
Ремонт форсунки
Как временную меру, можно рекомендовать промывку форсунки в промывочной установке. Продувку сжатым воздухом в открытом состоянии с обеих сторон, но обычно всё заканчивается заменой форсунок на новые.
Источник