Система впрыска насос-форсунками дизельных двигателей

Из этой статьи можно узнать об истории появления и развития дизельных форсунок, их устройстве и особенностях функционирования, их плюсах и недостатках.

Насос-форсунка дизельных двигателей

Форсунку очень часто называют инжектором, предназначение которого состоит в подаче и дозировке горючего в камеры сгорания. Для систем подачи топлива автомобилей новых моделей использование форсунок является основой в их конструкции.

В наше время дизельные двигатели становятся все мощнее, экономичнее и их выбросы все более чистые. Чтобы держать эти показатели в норме, нужно чтобы в цилиндрах автомобиля образовывалась хорошая горючая смесь. Именно поэтому системы впрыска топлива должны иметь высокую эффективность.

Топливо должно быть точно дозировано, распылено до мельчайшей фракции и подано в рабочие цилиндры в определенное время. Насос-форсунка дизельных двигателей в состоянии удовлетворить такие большие требования. Даже Р. Дизелю в свое время хотелось в одном механизме соединить и насос для топлива, и форсунку.

Благодаря такому воссоединению можно было бы отказаться от использования топливопровода высокого давления. После этого давление впрыска значительно бы повысилось.

История развития

Применение технологии прямого впрыска впервые началось с авиационной индустрии в 3-ем десятилетии прошлого века. Где-то через 20 лет эти системы начали применяться в моторах спортивных машин. В 1954-м немецкий концерн Mercedes-Benz запустил серийный выпуск автомобилей, с механизированной системой прямого впрыска горючего. Создана она была другим немецким производителем электроники Bosch.

Приблизительно в то же время изобретатели из Америки опробовали систему прямой подачи топлива на некоторых автомобилях Pontiac, а также Chevrolet. Разработкой занималась Rochester в 1957 году. Попытка принесла не совсем удовлетворительные результаты. Система оказалась нестабильной и очень непростой. Через десяток лет получилось создать систему, управляемую электроникой.

На форсунки горючее подавалось с помощью электронасоса. Этот насос создавал стабильное давление спустя одинаковые временные интервалы. Год 1973-й был отмечен созданием системы прямой подачи горючего, в конструкцию которой входили электронасос и регулятор-распределитель. Тогда же получилось создать систему впрыска, контролируемой «умной» электроникой.

В начале второй половины XIX века угроза экологической катастрофы нарастала. В эти времена двигатели были большими и мощными. Об экономии задумывались мало. Для достижения большей резвости мотора очень часто аппаратура настраивалась на очень обогащенные смеси.

Это приводило к увеличению расхода топлива и выбросу в атмосферу очень вредных отработанных газов. Со временем, все чаще и все больше ученых и разработчиков начали обращать внимание на вопросы экологии и экономии. Одним из решений данных задач стало изобретение инжектора и целой системы подачи горючего в камеры сгорания.

Уже спустя десятилетие инжектор начал активно устанавливаться в системах подачи горючего. В эти годы начинался этап топливного дефицита. В 80-е продолжалось активное внедрение и эксплуатация инжекторов в связи с заострением экологической ситуации. К вопросу сохранности матушки природы подключались волонтеры и государственные программы.

Устройство форсунки и принцип действия

Принцип работы форсунки в дизелях состоит в топливоподаче и распылении его посредством высокого давления. Составляющие дизельной форсунки: управляющий клапан, запорный поршень, обратный клапан, плунжер, игла-распылитель. Топливное давление в форсунках дизельного двигателя создается благодаря плунжеру. Клапаны форсунок бывают:

Главным компонентом клапана является игла. Пьезоэлектрический отличается от электромагнитного улучшенным быстродействием.

В строении инжектора пружина способствует четкому размещению иглы в седле. Запорный поршень, а также возвратный клапан способствуют регулировке давления горючего. В распылителе ответственность за впрыск горючего в рабочие камеры лежит на игле. Контроль функционирования форсунок происходит благодаря управляющей системе автомобиля.

Насос-форсунка — это управляемый насос, производящий впрыск распыление топлива. Система подачи топлива вместе с насос-форсунками создают высокое давление и производят впрыск необходимого количества горючего в нужный момент. При каждом цилиндре работает по одной такой форсунке, поэтому отпадает потребность в топливопроводах большого давления.

Насос-форсунки размещаются в головке блока двигателя. Кулачки распределительного вала приводят в действие плунжер форсунки с помощью коромысел. Форма кулачка выполнена таким образом, что достигается резкое опускание плунжера и его медленный подъем. Впрыск топлива возможен из-за подачи управляющего тока электронного блока управления.

Устройство форсунок дизельных двигателей в основном похожее для разных типов и видов форсунок. Незначительные отличия в конструкции лишь определяют их подвид, класс или специфическое использование.

На картинке ниже представлена схема устройства форсунки.

Горючая смесь

Хорошая смесь — залог полного и эффективного выгорания топлива. Если же будут отклонения в количестве топлива, давления и времени подачи, то в выхлопных газах увеличится содержание вредных элементов, шумность двигателя и перерасход топлива. Перед впрыском топлива производится предварительная подача небольшого количества горючего под невысоким давлением.

При этом предупреждающем сгорании в цилиндре поднимается температура и давление. Высокий уровень давления способствует мелкому распылению топлива и появлению хорошей горючей смеси. В работе форсунки дизельного двигателя может также быть дополнительный впрыск топлива для регенерации сажевого фильтра.

Для форсунок дизельных двигателей одним из весомых показателей в процессе работы двигателя есть время сдерживания самовоспламенения смеси.

Это время от впрыска до момента воспламенения. Если в этот временной отрезок идет подача большой дозы топлива, происходит резкое повышение давления и увеличивается шумность горения.

Наличие задержки между впрысками влияет на плавность повышения давления в цилиндрах. При окончании впрыска необходимо резкое падение давления и возвращение иглы распылителя обратно. Таким образом, в камеру не попадает топливо, плохо распыленное и с невысоким давлением. При этом наблюдается неполное сгорание смеси, и токсичность выхлопных газов повышается.

Виды форсунок

Электрогидравлическая дизельная форсунка имеет камеру управления, два дросселя (впускной и сливной) и электромагнитный клапан. Основой работы такой форсунки есть стабильное давление топлива при подаче и при завершении подачи горючего. В начале цикла работы электрический ток не подается на клапан, и он закрыт. Игла впрыска плотно прижата к седлу, поэтому впрыска не происходит.

При подаче электричества клапан срабатывает, подавая топливо. Дроссель для слива открывается, и топливо из камеры управления направляется в сливной трубопровод через сам дроссель. Дроссель впуска производит контроль над уравнением давления в камере и сливной магистрали. Давление форсунок понижается, и игла поднимается, производя впрыск топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка

Сегодня такой тип форсунок считается наиболее эффективным механизмом впрыска топлива. В ее конструкцию входят: толкатель, клапан, пьезоэлемент и игла. В основе работы устройства лежит гидравлическое давление. Вначале высокое давление прижимает иглу плотно к седлу. При подаче электричества, пьезоэлемент растягивается, воздействуя на поршень.

Происходит открытие клапана, который направляет горючее на слив. Давление, которое действует на иглу, снижается и разница давлений на двух противоположных концах иглы поднимает ее, открывая отверстие и впрыскивая горючее.

Достоинства дизельных форсунок:

• Подача точной дозы горючего способствует экономии топлива;
• Количество вредных выхлопов в воздух значительно ниже за счет лучшего сгорания;
• Повышается мощность двигателя;
• Нечувствительность к плохой погоде при запуске мотора.

Недостатки дизельных форсунок:

• Достаточно сложная и хрупкая конструкция самих форсунок;
• Использование только качественного топлива;
• Недешевый ремонт.

Как проверить форсунки дизельного двигателя

В сегодняшнее время проверка форсунок дизельного двигателя — это не только желательный процесс, но и необходимый, учитывая, что качество отечественного топлива на заправках может быть невысокого качества. Симптомы, которые указывают на то, что форсунки забиты следующие:

• Увеличение расхода горючего;
• Мощность автомобиля снизилась;
• Трудности при запуске мотора.

Проверку форсунок можно проделать самому, но лучше довериться профессионалам, у которых есть соответствующее оборудование.

Устройство и принцип работы топливной системы с насос-форсунками

Насос-форсунки предназначены преимущественно для использования в системах впрыска дизельных двигателях. Они представляют собой одновременно и насос, и распылитель топлива. Их применение позволяет добиться снижения расхода, повышения мощности автомобиля, уменьшения количества вредных выбросов в отработавших газах и снижения уровня шума двигателя. О том, как работают насос-форсунки, вы узнаете из статьи.

Устройство насос-форсунок

Насос форсунки дизельных двигателей устанавливаются индивидуально для каждого цилиндра. Они крепятся в головке блока цилиндров, при этом очень важно выполнить правильный монтаж.

Насос-форсунка в разрезе

Привод насос-форсунки осуществляется от распредвала двигателя. Состоит насос форсунка из следующих элементов:

• Винт с шаровой головкой.
• Плунжер, оснащенный пружиной – создаёт рабочее давление внутри форсунки. Он приводится в движение кулачковым механизмом распредвала и возвращается в исходную позицию под воздействием пружины.
• Приводной кулачок.
• Коромысло.
• Уплотнители – обеспечивают герметичность форсунки.
• Камера высокого давления.
• Игла – выполняет впрыск топлива.
• Клапан – может быть электромагнитным и пьезоэлектрическим. С его помощью осуществляется управление процессом впрыска. Пьезоэлектрический клапан является более современным.
• Магистраль впуска – подает топливо в форсунку.
• Сливная магистраль.
• Обратный клапан и запорный поршень – поддерживают давление топлива на заданном уровне.

Пьезоэлектрический клапан срабатывает намного быстрее электромагнитного, при этом его работа контролируется лишь изменением подаваемого на него напряжения. Конструктивно он состоит из пьезопривода, расположенного в корпусе, оснащенном штекерным разъемом, а также рычажного мультипликатора и иглы распылителя.

Принцип работы насос-форсунки

Формирование и распределение топливовоздушной смеси в системе насос-форсунки происходит в три этапа:

1. Предварительный впрыск – осуществляется для обеспечения плавного сгорания топливовоздушной смеси на основном этапе работы двигателя.
2. Основной впрыск – выполняет образование топливовоздушной смеси в оптимальном для текущего режима соотношении.
3. Дополнительный впрыск – предназначен для очистки системы от остатков сажи в фильтре (регенерации).

Насос форсунка и ее положение в головке блока цилиндров

Сам процесс работы насос-форсунок заключается в следующем:

Кулачковый механизм, расположенный на распредвале, воздействует на плунжер, перемещая его в нижнюю позицию. Это обеспечивает перетекание горючего по каналам топливной форсунки. Когда клапан закрывается, топливо перестает поступать в камеру и давление начинает повышаться до уровня 13 МПа. При достижении критического показателя игла форсунки преодолевает давление пружины и начинает перемещаться в верхнее положение, что и обеспечивает впрыск топлива.

В отличие от других систем двигатели с насос-форсунками не имеют общего ТНВД (топливного насоса высокого давления). Каждый инжектор сам по себе представляет небольшой ТНВД.

Далее, работа форсунки зависит от вида впрыска. При предварительном впрыске топливо поступает в магистраль впуска, и давление падает. В некоторых случаях этот режим может повториться. Во время основного впрыска топлива плунжер продолжает движение вниз, и клапан закрывается. Давление топлива повышается до 30 МПа и лишь по достижению этого уровня игла начинает подниматься, выполняя впрыск и образуя топливовоздушную смесь.

Регулировка количества топлива происходит в зависимости от уровня давления, максимум которого составляет 220 МПа. Завершение основного впрыска происходит открытием клапана, в результате чего уровень сжатия падает, и игла распылителя опускается в исходное положение. Дальнейшее движение плунжера вниз провоцирует дополнительный впрыск топлива (как правило, их два). При этом работа форсунки аналогична основному этапу.

Достоинства и недостатки систем с насос-форсунками

Положительными сторонами применения насос-форсунок являются следующие качества:

• Возможность впрыска топлива под высоким давлением. Это обеспечивает эффективный распыл горючего, а следовательно, и его полное сгорание. Таким образом, дизельные двигатели, оснащенные насос-форсунками, получаются довольно мощными и отличаются экономным расходом топлива.
• Системы впрыска с насос-форсунками работают с меньшим уровнем шума.
• Высокая устойчивость к остановке двигателя в случае наличия поломок форсунок.
• Более эффективный распыл обеспечивает низкий уровень сажи в выхлопах, а потому такие системы можно назвать более экологичными.
• Отсутствие чувствительности к температуре окружающей среды и погодным условиям эксплуатации двигателя.

В числе недостатков можно отметить:

• Сложное устройство форсунки и следовательно ее высокую стоимость. Также они практически не подлежат ремонту и в случае неисправности требуют полной замены.
• Так же, как и для системы Common Rail, для корректной работы насос-форсунок требуется применение качественного топлива с минимальным количеством примесей и присадок.

Частой неисправностью форсунок является их загрязнение. Определить последнее можно по следующим симптомам:

• Резкое повышение расхода топлива.
• Существенное падение мощности двигателя автомобиля.
• Ощутимые сложности при запуске мотора.

Несмотря на то что системы с насос-форсунками постепенно вытесняются двигателями Common Rail, они имеют несомненные преимущества, которые и обеспечивают их сферу применения в современном автомобилестроении.