Дизельные форсунки: особенности конструкции

Электронные компоненты инжекторной системы

Принцип работы инжекторного двигателя основан на использовании электронных компонентов, в частности электронного узла, который состоит из блока памяти и контроллера. В системе установлено много различных датчиков. Их показания используются ЭБУ для управления системой.

Электронному блоку управления для осуществления его функций нужна информация от следующих датчиков:

• датчика положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), расположенного в дроссельном узле. Он сообщает, в каком положении находится педаль акселератора;
• лямбда-зонда, расположенного в выпускной системе автомобиля и определяющего объем несгоревшего воздуха, который остался в выхлопных газах;
• датчика положения коленчатого вала (ДПКВ), установленного возле шкива коленчатого вала;
• датчика массового расхода воздуха (ДМРВ), установленного в корпусе воздушного фильтра. Он вычисляет количество воздуха, который протекает через дроссельный узел и всасывается его цилиндрами;
• датчика температуры силовой установки, находящегося около термостата и изменяющего состав смеси в соответствии с температурой двигателя;
• датчика скорости, расположенного на коробке передач;
• датчика детонации, установленного на блоке цилиндров;
• датчика фаз, находящегося в головке блока и служащего для определения углового положения распределительного вала. Также имеется датчик холостого хода инжекторного двигателя.

Основная функция электрического бензонасоса — заполнение системы бензином. Контроллер собирает показания со всех датчиков и сравнивает их с данными, находящимися в блоке памяти. Если информация различается, то контроллер проводит коррекцию работы системы питания инжекторного двигателя, чтобы достичь максимального совпадения данных из блока памяти и с датчиков.

Пользуясь информацией от датчиков, контроллер определяет, когда нужно открыть форсунки, чтобы подать нужное количество бензина и тем самым обеспечить необходимые пропорции топливовоздушной смеси.

Если один из датчиков становится неисправным, то контроллер начинает работать в аварийном режиме, то есть пользуется усредненными показателями вышедшего из строя датчика. При этом может изменяться количество оборотов инжекторного двигателя, снижается его мощность, повышается расход топлива, наблюдаются сбои в работе. Однако если сломался ДПКВ, то двигатель вовсе не сможет работать.

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 подается в камеру сгорания. 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 корпус и 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.

Топливная форсунка — что это?

Впрыск топлива в камеру — сложный процесс, который состоит из нескольких этапов. В силовых установках рассчитываются не только правильные пропорции дизтоплива, газа или бензина, но и методика распыления, момент сгорания и распределение пламени.

Постоянное ужесточение требований к экологической безопасности транспортных средств заставляет инженеров модифицировать конструкцию впускной системы. И для комплексного решения различных задач используются топливные форсунки.

Они нужны для преобразования жидких составов в мелкодисперсную пыль, которая эффективнее воспламеняется и обеспечивает более высокий КПД.

Назначение устройства

Топливная форсунка — конструкция, объединяющий насос высокого давления (ТНВД) и двигатель.

Устройство выполняет такие задачи:

1. Отвечает за дозировку топлива при подготовке сгораемой смеси.
2. Регулирует давление подачи топлива.
3. Формирует из жидкого топлива мелкодисперсную смесь (пыль из распыленного топлива и воздуха).

Расположение

1. Центральная (перед заслонкой дросселя в трубопроводе впуска).
2. Распределенная (на каждом цилиндре по отдельности в начале трубопровода).
3. Непосредственная (в верху стенок цилиндра).

Расположение форсунок определяется модификацией.

Принцип работы

Бензин или дизельный состав отправляется в форсунку под соответствующим давлением. Моторный блок дает импульс на магнит инжектора, провоцируя запуск игольчатого клапана. Он отвечает за состояние канала (закрыто/открыто). Объем топлива, которое поступает в систему, зависит от продолжительности поступающего импульса.

Устройство и принцип работы

Конструктивно, форсунка включает в себя следующие элементы:

Плунжер – создаёт давление топлива. Его движение происходит при вращении кулачков рапредвала, а обратное движение – при помощи пружины плунжера.

Клапан управления – регулирует впрыск топлива в двигатель. Клапаны бывают электромагнитные и пьезоэлектрические. Основной элемент клапана управления – это игла клапана.

Запорный поршень – реализует поддержку давления топлива на иглу распылителя при необходимости.

Обратный клапан – также поддерживает давление топлива на иглу распылителя.

Игла распылителя – непосредственно обеспечивает впрыск топливной смеси в камеру возгорания.

Пружина форсунки – с её помощью игла распылителя «садится» на седло. Силу пружины поддерживает давление топлива.

Форсунки управляются с помощью системы управления двигателем на основе сигналов от датчиков инжекторной системы.

Топливная форсунка способствует правильному приготовлению воздушно-топливной смеси, для чего в процессе впрыска существует три фазы:

Предварительный впрыск – необходим, чтобы смесь при основном впрыске сгорала плавно. Сгорание небольшого количества топлива повышает давление и температуру в камере, что помогает ускорить воспламенение топлива при основном впрыске.

Основной впрыск – эта фаза обеспечивает качественное приготовление смеси при разных режимах работы двигателя. Высокое давление, достигающееся на этой фазе, помогает получить однородную горючую смесь. А полное сгорание уменьшает выброс вредных веществ и увеличивает мощность двигателя.

Дополнительный впрыск – нужен для очистки сажевого фильтра. На этой фазе давление резко падает, а игла возвращается на начальную позицию. Это предотвращает поступление топлива в камеру с плохим распылом и под низким давлением.

Рассмотрим этапы процесса работы топливной форсунки.

Кулачок распредвала передвигает плунжер форсунки вниз.

Топливо течёт в каналы форсунки.

Рекомендуем: Блокировка КПП от угона

Происходит закрытие клапана и отсечка топлива, начинает нагнетаться давление.

Когда давление достигает 13 МПа, то игла поднимается и при этом осуществляется предварительный впрыск горючей смеси. Может быть 1-2 предварительных впрыска, что зависит от режима работы.

Клапан открывается и предварительный впрыск заканчивается, а топливо переходит в питающую магистраль, и его давление снижается.

Клапан закрывается и давление снова начинает возрастать.

Когда давление достигнет 30 Мпа, игла распылителя поднимется, преодолевая силу пружины, и производит основной впрыск топлива. Чем больше давление, тем больше топлива сожмётся и больше поступит в камеру. Максимальное давление – 220 МПа. Оно обеспечивает самую высокую мощность двигателя.

Клапан открывается, и основной впрыск завершается, при этом снижается давление, и закрывается игла распыления.

При дальнейшем передвижении плунжера вниз, происходит дополнительный впрыск топлива. Обычно осуществляется два дополнительных впрыска.

Основные характеристики форсунок:

Динамический диапазон работы – характеризует минимальное время впрыска топлива.Время открытия / закрытия форсунки – характеризует время, которое необходимо для открытия / закрытия форсунки.

Угол распыла – характеризует, под каким углом осуществляется распыление топливной смеси.

Дальнобойность факела топлива – характеризует процесс распыления.Мелкость распыления и распределения топлива в факеле – характеризует качество приготовления горючей смеси и работы самой форсунки.

Способы очистки форсунок

Очистка форсунок — ответственное дело, которым должны заниматься подготовленные специалисты. В средствах массовой информации, на автомобильных форумах часто можно встретить мнение, что не стоит тратиться на дорогостоящую процедуру промывки форсунок. Достаточно залить в бензобак очиститель топливной системы.

Делать этого не стоит. В бензобаке, каким бы чистым не был заливаемый бензин, всегда скапливаются отложения, конденсируется влага. Очиститель топливной системы не работает выборочно. Он начнет с бензобака. Все отложения прямым путем, поскольку фильтр с ними не справится, направятся в форсунки. В итоге, в лучшем случае, все равно придется промывать форсунки, а в худшем их заменить.

Существуют способы очистки на двух типов:

• демонтаж форсунок и промывка на специальном стенде очищающими жидкостями, либо в ультразвуковой ванне;
• промывка непосредственно на двигателе посредством подключения резервуара с промывочной жидкостью вместо штатного бензобака.

Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки. Промывка без демонтажа менее трудоемка, в дополнение удаляется нагар на клапанах. Но работа двигателя на промывочной жидкости приводит ухудшению консистенции масла и выводит из строя свечи зажигания. Разумно проводить такую процедуру вместе с техническим обслуживанием, когда в любом случае свечи и масло будут заменены.

Демонтаж форсунок требует более высокой квалификации исполнителя, занимает больше времени. Но преимущества данного метода перевешивают недостатки:

• производительность форсунок измеряется непосредственно на стенде;
• визуально выявляется негерметичная игла распылителя, когда закрытая форсунка подтекает;
• видно качество распыления, стабильность конуса;
• легко оценить состояние уплотнительных колец: подсасывание воздуха через них неприятный и трудно диагностируемый дефект.

Если преследовать профилактические цели, можно делать промывку без демонтажа системы. В случаях, когда двигатель работает неровно, расходует много бензина, других неприятностях, форсунки лучше снять и промыть на стенде.

Проверка форсунок дизельного двигателя своими руками

Для определения неисправной необходимо на заведенном двигателе довести обороты коленвала до такой частоты, когда сбои в работе дизеля заметны наиболее отчетливо. Далее каждую из форсунок последовательно отключают путем ослабления накидной гайки в месте крепления магистралей высокого давления к соответствующим штуцерам насоса. Если отключается «рабочая» деталь, тогда работа двигателя меняется. В момент отключения топливной форсунки, которая заведомо неисправна, никаких явных изменений в работе двигателя не произойдет.

Забитый инжектор можно выявить путем прощупывания топливопровода на предмет толчков, которые возникают в результате пульсации нагнетаемого ТНВД горючего при полной невозможности или только частичной его прокачке через сопло

Следует обратить внимание на штуцер вызывающей подозрение секции. Температура элемента будет выше сравнительно с остальными

Помните, в процессе проверки и регулировки дизельных форсунок необходимо соблюдать повышенную осторожность! Струя топлива подается под большим давлением. При попадании такой струи на открытые участки кожи возможны глубокие и серьезные раны

Одежда также не является эффективной защитой от струи топлива под высоким давлением!

Экономичность дизеля и эффективность его работы сильно зависит от типа установленных распылителей, которые периодически меняют в процессе чистки, регулировки или ремонта топливной системы дизельного двигателя. Перед монтажом дизельной форсунки на мотор нужно убедиться в подходящей маркировке распылителя. Распылители на всех инжекторах должны быть одинаковыми, пропускная способность не должна отличаться.

Проверка форсунок на давление в момент впрыска, а также анализ эффективности распыла осуществляется при помощи специального прибора под названием максиметр. Максиметр является контрольным образцом в виде специальной форсунки. Такой элемент имеет тарировочную пружину и шкалу, которая нанесена на корпус и колпак. При помощи указанной шкалы становится возможным установить давление начала впрыска солярки.

Вторым способом является наличие контрольной образцовой рабочей форсунки, с которой сравниваются остальные. Данные проверки производят на заведенном дизельном двигателе. Чтобы проверить качество распыла и давление впрыска потребуется демонтаж форсунки и топливопровода с дизельного ДВС. Далее на свободный штуцер топливного насоса высокого давления монтируется специальный тройник, к которому подключают тестируемую деталь параллельно с заведомо исправной контрольной.

Контрольный инжектор предварительно регулируют на оптимальный показатель давления начала топливного впрыска, проверяют на качество распыла. Также необходимо осуществить ослабление затяжки накидных гаек на оставшихся штуцерах ТНВД. Это позволит прервать топливоподачу к другим дизельным форсункам. Последним шагом становится активация декомпрессионного механизма, выставляется максимальная подача горючего. После этого можно начинать вращение коленвала двигателя.

Обе форсунки (контрольная и тестируемая) должны демонстрировать одновременное начало впрыска топлива. Если тестируемый инжектор отклоняется от нормы сравнительно с контрольным образцом, тогда потребуется регулировка дизельной форсунки. Необходимо отрегулировать давление пружины тестируемой детали.

Для регулировки потребуется отвинтить колпак форсунки и ослабить контргайку. Далее при помощи регулировочного винта нужно установить такую степень затяжки пружины, чтобы оба инжектора в итоге осуществляли впрыск одновременно. Для определения эффективности и качества распыла тестируемой детали необходимо сравнить результат с показателями контрольного образца.

Проверка дизельных форсунок на давление впрыска и качество распыла при помощи контрольного образца займет больше времени по сравнению с использованием заранее подготовленного максиметра. Кроме проверки на двигателе с использованием ТНВД эффективность работы инжектора можно протестировать при помощи специального проверочного (регулировочного) стенда.

https://youtube.com/watch?v=Ed2ytqF8ePs

Дизельные форсунки

Автолюбители могут столкнуться с несколькими проблемами, вызванными неполадками с форсунками.

Высокий расход топлива и повышенная дымность.

Причём, это происходит при вполне нормальной тяге. Как правило, причина в изношенном отверстии в распылителе. И если клапан оказывается в порядке, то необходима диагностика каждой форсунки отдельно.

Мотор плохо заводится

В этом случае на автомобиль обрушиваются все проблемы сразу: от дымит, пыхтит, троит и не хочет заводиться. А причина одна –поломка распылителя насоса-форсунки, самой уязвимой детали. Как правило случается это зимой, когда в топливную систему попадает посторонняя жидкость. В этом случае ремонт форсунок Scania серии P просто необходим.

Мотор «не тянет»

Есть движок автомобиля «не тянет», а перерасход топлива ощутим, то форсункам необходим капитальный ремонт или замена. Если же двигатель грешит высокой задымлённостью, то проблема, скорее всего, в воздушной системе автомобиля.

Стоит сказать, что все проблемы, связанные с неисправностями форсунок, позволяют машине оставаться на ходу, даже если осталось только две исправных. И всё же лучше делать диагностику своевременно и не доводить автомобиль до того момента, чем они выйдут из строя окончательно. Как правильно, мастера меняют сразу весь комплект форсунок, но порой достаточно замены всего лишь одной детали.

Неисправности и сервисное обслуживание

В процессе эксплуатации транспортного средства топливная система автомобиля испытывает нагрузки, приводящие к ее нестабильному функционированию или выходу из строя. Наиболее распространенными считаются следующие неисправности.

Недостаточное поступление (или отсутствие поступления) горючего в цилиндры двигателя

Некачественное топливо, длительный срок службы, воздействие окружающей среды приводят к загрязнению и засорению топливопроводов, бака, фильтров (воздушного и топливного) и технологических отверстий устройства приготовления горючей смеси, а также поломке топливного насоса. Система потребует ремонта, который будет заключаться в своевременной замене фильтрующих элементов, периодической (раз в два-три года) прочистке топливного бака, карбюратора или форсунок инжектора и замене или ремонте насоса.

Потеря мощности ДВС

Неисправность топливной системы в данном случае определяется нарушением регулировки качества и количества горючей смеси, поступающей в цилиндры. Ликвидация неисправности связана с необходимостью проведения диагностики устройства приготовления горючей смеси.

Утечка горючего

Утечка горючего – явление весьма опасное и категорически не допустимое. Данная неисправность включена в «Перечень неисправностей…», с которыми запрещается движение автомобиля. Причины проблем кроются в потере герметичности узлами и агрегатами топливной системы. Ликвидация неисправности заключается либо в замене поврежденных элементов системы, либо в подтягивании креплений топливопроводов.

Таким образом, система питания является важным элементом ДВС современного автомобиля и отвечает за своевременную и бесперебойную подачу топлива к силовому агрегату.

Источник

В целом, топливная система состоит из следующих элементов:

• топливный бак (хранит запас топлива — бензин или дизельное топливо)
• топливный насос (забирает топливо из бака и подает его к двигателю)
• датчик уровня топлива (сигнализирует о необходимости заправки)
• топливный фильтр или система фильтров (очистить топливо от механических примесей)
• воздушный фильтр (очищает воздух от пыли и других мелких частиц)
• топливопровод (система трубок и шлангов, по которым топливо подается в двигатель)
• система впрыска (устройство, через которое топливо поступает в камеру сгорания)

Топливный бак, или бензобак, представляет собой металлический или пластиковый контейнер, который обычно находится под багажником, хотя некоторые автомобили нашли довольно прохладные места. Если вы не можете найти бензобак, лучше всего узнать его местонахождение в инструкции или у механика.

Внутри бензобака находится небольшой поплавок, который плавает на поверхности топлива и отправляет сигналы на указатель уровня топлива на приборной панели, чтобы вы могли сказать, когда вам нужно заправиться. Несмотря на то, что некоторые автомобили работают на дизельном топливе, сейчас в большинстве случаев используется бензин, поэтому мы подразумеваем его под словом «топливо», хотя это не совсем правильно.

Топливный насос подает бензин (или дизельное топливо) по топливопроводу, который проходит под днищем автомобиля от бака к карбюратору или форсункам для бензиновых двигателей. В дизельных двигателях топливо подается в насос высокого давления (ТНВД), а затем в форсунки. В старых автомобилях с карбюраторами используется механический насос, приводимый в действие двигателем. В двигателях с впрыском топлива используется электронасос, который можно разместить внутри бака или где-то поблизости.

Топливный фильтр делает именно то, что следует из названия: он фильтрует топливо, то есть очищает его. По пути через газопровод к форсункам или карбюратору топливо проходит через топливный фильтр. Небольшая сетка внутри фильтра задерживает любую грязь и ржавчину, которые могут присутствовать в бензине. В некоторых машинах между баком и насосом устанавливаются дополнительные фильтры

Важно менять фильтры в соответствии с заводским графиком обслуживания

Очиститель воздуха очищает воздух перед смешиванием с бензином. В карбюраторных двигателях воздухоочиститель обычно большой и круглый с выступающей сбоку трубкой для облегчения всасывания свежего воздуха. На инжекторные двигатели можно устанавливать воздушный фильтр круглой, а возможно и прямоугольной формы.

Чтобы найти прямоугольный воздухоочиститель, проследите за большим раструбом на воздухозаборнике, который находится как можно дальше от двигателя.

Внутри воздушного фильтра находится воздушный фильтр, который задерживает частицы грязи и пыли из всасываемого воздуха. Если вы часто ездите по пыльным или песчаным местам, вам следует периодически проверять воздушный фильтр и заменять его при загрязнении (чаще, чем требует инструкция по эксплуатации).

Типы инжекторных систем двигателя

Первое время инжекторы, которые устанавливали на бензиновых двигателях, были механическими, хотя уже появлялись электронные компоненты, благодаря чему двигатель работал лучше. Современные инжекторные системы снабжены большим количеством электроники, а их работа находится под контролем ЭБУ.

Создано три типа топливных систем инжекторных двигателей, которые отличаются друг от друга способами подачи горючего.

Центральная инжекторная система (моновпрыск)

Принцип ее работы таков: топливо впрыскивается в одной точке — на входе во впускной коллектор, где оно перемешивается с воздухом и затем подается в цилиндры. Эта система имеет много общего с карбюратором, но отличается от него тем, что бензин поступает под давлением. Благодаря такому режиму подачи топливо лучше распыляется и смешивается с воздухом. Однако из-за некоторых факторов наполняемость цилиндров бывает неравномерной, поэтому система устарела.

Центральная система имела простую конструкцию и быстро отвечала на смену рабочих настроек силовой установки. Проблема состояла в том, что система не могла работать полноценно: из-за того что цилиндры наполнялись неравномерно, топливо сгорало не полностью.

Распределенная инжекторная система (мультивпрыск)

Эта система обладает отличными характеристиками и работает на большинстве современных автомобилей. Топливо впрыскивается во впускной коллектор, но этот тип инжектора обеспечивает раздельную его подачу в каждый цилиндр. Элементы подачи топлива располагаются рядом с головкой блока, бензин поступает в рабочую зону клапанов, поэтому подается раздельно.

С помощью такого устройства обеспечивается соблюдение пропорций топливовоздушной смеси, и в результате горючее сгорает эффективнее. Автомобили, снабженные подобным инжекторным двигателем, более экономичны и экологичны, но выходная мощность при этом выше.

Отрицательными качествами распределенной системы являются сложность устройства и высокие требования к качеству бензина.

Система непосредственного впрыска

Это самая совершенная система впрыска, она является разновидностью предыдущего типа. Различие состоит в том, что впрыск топлива осуществляется прямо в цилиндры, и уже там оно смешивается с воздухом. Принцип работы приблизительно такой же, как в дизельных двигателях. Бензин существенно экономится, а выход мощности двигателя увеличивается. Однако конструкция очень сложна и чувствительна к качеству топлива.

Форсунки инжекторного двигателя делятся на три типа в зависимости от способа впрыска горючего:

Электромагнитная

Чаще всего используется в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, в том числе с прямым впрыском. Ее устройство довольно простое: электромагнитный клапан с иглой и сопло. ЭБУ контролирует работу форсунки и в нужный момент обеспечивает подачу напряжения на обмотку клапана.

Электрогидравлическая

Устанавливается преимущественно на дизельных двигателях. В ее состав входит электромагнитный клапан, снабженный дросселями — впускным и сливным, а также камерой управления. Работа таких форсунок основывается на силе давления топливной смеси. ЭБУ контролирует работу электрогидравлической форсунки и подает сигналы на электромагнитный клапан.

Пьезоэлектрическая

Считается самой совершенной системой, но ее использование ограничено дизельными двигателями с системой впрыска Common Rail. Главное достоинство этого типа форсунок — быстрая реакция, поэтому топливо за один цикл можно подавать много раз.

Работают они также под контролем ЭБУ, посылающего необходимые сигналы, под действием которых увеличивается длина пьезоэлемента и срабатывает поршень толкателя. Порция топлива определяется временем такого воздействия и давлением, которое создается горючей смесью в топливной рампе.

Механические форсунки

Механическая форсунка — это «классическое» решение, которое применяется многие десятилетия и сейчас не теряет своей актуальности. Механическая форсунка — это, в сущности, клапан, открываемый при достижении определенного давления. Основу такой форсунки составляет корпус, внутри которого находится игла, которая под действием пружины закрывает сопло. Топливо от ТНВД под давлением поступает в кольцевую камеру между корпусом и иглой и приподнимает иглу — в этот момент открывается сопло, и топливо распыляется в камеру сгорания. При снижении давления игла снова закрывает сопло.

Механическая форсунка очень проста и надежна, однако она не может обеспечить характеристик, которые предъявляются к современным дизельным двигателям. Поэтому ее постепенно вытесняют другие типы форсунок.