Какие бывают топливные дизельные форсунки

06 июля 2018 Категория: Полезная информация.

Топливные форсунки — один из главных элементов системы питания дизельного двигателя. С течением времени, конструкция и принцип работы форсунок неоднократно менялись, у каждого нового поколения появлялись свои особенности. Рассмотрим основные типы форсунок, которые встречаются в топливной системе дизельных ДВС.

Форсунки обеспечивают прямую подачу топлива в камеры сгорания и его равномерное распределение по стенкам. Распыление топлива происходит через специальные сопла (распылитель форсунки). Сопла формируют строго заданный топливный факел, в результате чего топливо и воздух смешиваются эффективнее, а смесь сгорает лучше.

Основное отличие форсунок для бензиновых и дизельных систем заключается в рабочем давлении топливной магистрали. Так, если бензонасос создает давление в 1-2 атмосферы в бензиновых двигателях, то топливный насос высокого давления (ТНВД) нагнетает дизтопливо до отметки в несколько сотен атмосфер.

Выделяют несколько типов дизельных форсунок, в зависимости от принципа их работы и особенностей конструкции:

• механические
• электромагнитные
• пьезоэлектрические
• насос-форсунки

Механические форсунки

Имеют самую простую и надежную конструкцию и длительный стаж применения в автомобилестроении (несколько десятилетий). Принцип работы механической форсунки: клапан ее открывается, как только достигнуто необходимое давление.

Корпус форсунки оканчивается соплом и подпружинной иглой. В опущенном состоянии игла закрывает доступ топлива к соплу. Как только давление поднимается благодаря работе ТНВД, игла приподнимается, топливо поступает на распылитель для последующего впрыска. С падением давления, игла снова опускается, перекрывая доступ топлива к распылителю форсунки.

Такое простое конструктивное решение: корпус, распылитель, игла плюс пружина —  позволяет применять механические форсунки на самых простых моделях дизельных ДВС.

Но вследствие ужесточающихся с каждым годом требований к экономичности и экологичности дизелей, производители были вынуждены искать новые решения, ведь механические форсунки не обеспечивают достаточно контроля над смешиванием топливной смеси.

Электромагнитные форсунки

Речь идет о форсунке, в которой солярка подается в цилиндры посредством опускания и поднимания иглы, но управляется она не пружиной, а с помощью специального элекромагнитного клапана, который регулируется электронным блоком управления двигателя. Следовательно, без соответствующего сигнала топливо не попадет в распылитель.

То есть дозирование топлива, начало его впрыска и длительность подачи определяется ЭБУ двигателя. Необходимые параметры определяются частотой вращения коленвала, режимом работы мотора, температурой ДВС и другими важными параметрами.

При этом в системе Common Rail за один цикл электромеханическая форсунка способна подавать топливо посредством нескольких впрысков (до 7 раз). Такая дозированная и точная подача горючего в цилиндр способствует его лучшему распределению по стенкам камеры сгорания и более полноценной переработке.

Таким образом, за счет управления процессом впрыска под контролем ЭБУ, конструкторам удалось существенно увеличить мощность дизельного двигателя, сделать его более экономичным и экологичным. С появлением электромагнитных форсунок связана и более культурная (не такая шумная, как раньше) работа дизеля, и даже повышение его общего ресурса. 

Пьезоэлектрические форсунки

Самое современное изобретение в категории современных дизельных моторов с системой прямого впрыска топлива в цилиндры. Принцип работы пьезоэлектрических форсунок фактически дублирует электромагнитные форсунки, но вместо электрического магнита клапан, регулирующий впрыск горючего, приводит пьезоэлектрический кристалл.

Дело в том, что отдельные кристаллы способны менять свою форму под действием электрического заряда. При конструировании пьезоэлектрических форсунок был учтен этот принцип. В результате появилось устройство, где кристалл удлинялся под действием электричества, что и приводит в действие запорные механизмы форсунки.

Основное преимущества пьезоэлектрических форсунок — скорость срабатывания клапана. Это позволило совершать многократный впрыск за один цикл подачи горючего в цилиндр (до девяти раз!). В результате качество смеси дизтоплива и воздуха улучшается, мощность и эффективность работы дизельного ДВС увеличиваются.

К основному недостатку относят высокую стоимость пьезоэлектрических форсунок. Они крайне чувствительны к качеству топлива, не поддаются ремонту и восстановлению, а их замена обходится владельцу в круглую сумму.

Насос — форсунки

Насос-форсунка это не отдельный вид форсунки, а целая отдельная система подачи топлива в дизельном ДВС. Особенность такой системы — отсутствие ТНВД. Высокое давление впрыска обеспечивают сами дизельные насос-форсунки.

Принцип их работы заключается в следующем: насос низкого давления подает горючее на форсунку, а затем собственная плунжерная пара форсунки от прямого воздействия кулачков распредвала нагнетает необходимое для впрыска давление. В итоге качество распыления топлива в камере улучшается.

Электрический клапан в устройстве насос-форсунки обеспечивает возможность дозированного впрыска, топливо можно подавать в цилиндр за два впрыска.

К другим преимуществам насос-форсунок можно отнести исключение из системы питания дизеля такого узла, как ТНВД, что облегчает конструкцию и уменьшает габариты самого двигателя. Мотор с насос-форсунками работает мягче и экономичнее, а содержание выхлопа максимально экологично.

Главным недостаткам системы насос-форсунок считается прямая зависимость давления впрыска от частоты вращения коленвала. Кроме того, насос-форсунки очень требовательны к качеству топлива и моторного масла. Ремонтировать и заменять их обходится очень дорого, поэтому на сегодняшний день многие автопроизводители отказываются от насос-форсунок в пользу классической схемы «ТНВД + форсунки».

• Особенности и виды форсунок Bosch, Delphie, Denso мы рассматривали здесь.

Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ

Форсунка топливная дизель.

Виды форсунок. Принцип действия, строение и диагностические мероприятия в Санкт-Петербурге.

Форсунки дизельные.

Принцип действия, строение и диагностические мероприятия.

Форсуночный элемент, такой как форсунка топливная дизель, является деталью с прецизионными составляющими частями и предназначена она для выполнения впрыска топливной смеси в камеру сгорания цилиндров силовой установки при заданном давлении и в нужный момент времени. Такие дизельные форсунки получили распространение среди многих автомобилей и грузовой техники.

Виды дизельных форсунок.

• механическая.

Форсунка топливная дизель — это классическая версия элементов подачи топлива. Состоят они из корпусной части, штуцеров, соединяющихся с напорным и обратным трубопроводом, пружинного механизма с клапаном, плунжерной пары и распылительной части.
Технологический процесс.
Дизельная топливная жидкость подается насосом высокого давления к детали впрыска. Усилие пружинного устройства отвечает определенному показателю сжатия горючего вещества. При достижении этого показателя плунжерная игла перемещается и выполняется распыление топлива в рабочую камеру цилиндра мотора.

• электрогидравлические инжекторы с управляющим магнитным клапаном;

Конструкция состоит с подвода высокой степени сжатия топливной жидкости и обратного канала, корпуса, пружинных частей, толкателя, клапанного элемента с магнитным управлением, подвода электрического питания, игольчатого устройства и распылителя.
Алгоритм функционирования.
Выполняется нагнетание дизельного вещества к форсунке дизельного двигателя. В этот момент игла прижата к посадочному месту давлением горючего. Электронный блок подает напряжение к магнитному клапану. Далее происходит его открытие и слив вещества в камеру подготовки впрыска. Показатель сжатия при этом снижается, и плунжерная игла поднимается и в этот момент проводится подача смеси в цилиндр моторного комплекса;

• пьезоэлектрические механизмы питания;

Конструктивной особенностью является наличие в составе пьезового элемента, управляющего впрыском. При подаче электрического питания эта деталь имеет свойство изменять свою длину, в результате при увеличении стержня происходит воздействие на толкатель с клапаном. Далее топливный материал проходит к распылителю, и за счет разницы показателей сжатия происходит подъем игольчатой части. В итоге выполняется подача вещества в цилиндры моторной установки;

• насос – форсунка дизельная;

Находят применение на специальной технике. По конструкционному исполнению дизельные насос форсунки бывают разнесенного и не разнесенного типа. Приводной момент они получают непосредственно от распределительного вала двигателя. Разнесенные детали состоят из двух частей, соединенных между собой трубопроводом. Первый механизм осуществляет подачу топлива в рабочую камеру, второе устройство получает привод и производит сжатие дизельного вещества.

Электрогидравлический и пьезоэлектрический виды инжекторных элементов применяются в современной топливной системе CommonRail, являющейся дополнительным агрегатом, размещенным между топливным насосом и форсуночными деталями. Представляет собой топливную рампу, аккумулирует и поддерживает постоянно высокий показатель давления.

Положительные стороны дизельных форсуночных деталей.

• точное дозирование впрыскиваемой топливной жидкости;
• экономный расход горючей смеси;
• легкий пусковой процесс силовой установки вне зависимости от погоды и времени года;
• выгодные мощностные характеристики;
• стабильная динамика разгона;
• пониженный уровень шума и вибрационных явлений;
• емкий эксплуатационный ресурс.

Форсунка дизельного двигателя: возможные дефекты и их обнаружение.

• неисправное функционирование распылительной головки;
• сбои рабочих параметров форсунки дизельного двигателя;
• выход из строя клапанного механизма;
• забивание распылительных отверстий продуктами неполноценного горения топлива.

В такой ситуации топливная смесь сгорает не полностью, данная работа двигателя является неэффективной и нестабильной. Появляются некоторые дергания моторного отсека. Наблюдается спад тяговых показателей. Электронная аппаратура показывает ошибки по причине обедненной воздушно-топливной смеси. Запуск силовой установки происходит с задержками и трудностями.

При возникновении подобных ситуаций нужно обратиться к профессионалам сервисного предприятия. Самостоятельными усилиями невозможно узнать точную проблему некорректного функционирования мотора. Для проведения диагностических операций необходимы условия и материально-техническое оснащение. Чтобы проделывать простые разборочно-сборочные манипуляции необходимо иметь специализированные приспособления, комплекс инструментов и навыки в данной области.Рекомендуется не предпринимать никаких любительских вмешательств, такие действия способны привести к дорогостоящим восстановительным работам.

Профильные мастера сервисных организаций выполняют полный спектр услуг по обслуживанию и ремонтным работам дизельных форсунок.

Перечень операций, выполняющие специалисты автосервиса.

• полное диагностирование элементов питания моторного агрегата с применением современных  образцов технологического оборудования;
• установка и настройка номинальных параметров с применением специальных стендов;
• промывочные и очистительные мероприятия. Широко используется оборудование для ультразвуковой обработки деталей;
• ремонтные манипуляции любой сложности.

Следует тщательно планировать и регулярно проводить сервисные осмотры и проверки дизельных элементов питания для возрастания эксплуатационного ресурса и безотказного функционирования.

5 Типы системы впрыска топлива в дизельном двигателе

Топливная система используется для подачи топлива из бака в двигатель. Эта система специально разработана для максимальной производительности двигателя.

В дизельных двигателях вы, возможно, уже понимаете, что дизельный двигатель является двигателем с самовоспламенением. Это означает, что горение произойдет само по себе. Самовозгорание может возникнуть из-за нескольких факторов.

Самый доминирующий, т.к. топливо распыляется в камере с высоким давлением воздуха.

Давление воздуха в камере выше температуры вспышки дизельного топлива. Вот что заставляет топливо самовозгораться при распылении.

В предыдущей статье мы подробно говорили о системе впрыска дизельного топлива. Но есть еще меньше.

Сколько топливных систем в дизельном двигателе?

Мы обсудим это подробно.

В целом существует только два типа дизельных топливных систем: обычная и Common Rail. Но если мы посмотрим дальше, мы найдем несколько типов.

A. Вид на метод впрыска

Метод впрыска означает, как топливо впрыскивается в камеру сгорания. Существует два типа: прямой впрыск и непрямой впрыск

1. Система прямого впрыска

Система прямого впрыска – это метод впрыска топлива из топливопровода дизельного топлива непосредственно в камеру сгорания (камера сгорания расположена над поршнем).

Главной особенностью этой системы является то, что форсунка ведет непосредственно в камеру сгорания. Так что, как только топливо впрыскивается, топливо попадает прямо в камеру сгорания.

Еще одной особенностью является форма поверхности поршня, на поверхности поршня имеются углубления. Резервуар служит для распределения впрыскиваемого топлива, чтобы сгорание происходило более равномерно.

Преимущества

• Более простая конструкция
• Более высокая выходная мощность
• Более высокая тепловая эффективность
• Снижение выбросов
• Свеча накаливания не требуется

Недостатки

• Требуется высокое давление сжатия
• Нужен специальный инжектор (многоточечный инжектор)

Этот тип широко применяется для тяжелых транспортных средств, таких как 8-колесные (или более) грузовики, большегрузные машины.

2. Система непрямого впрыска

Непрямой впрыск (IDI) — это метод воспламенения путем распыления топлива, который осуществляется в специальном помещении, называемом камерой предварительного сгорания.

Основное отличие заключается в способе впрыска топлива системы прямого впрыска, которое распыляется непосредственно в камере сгорания. Но в IDI топливо распыляется в камеру предварительного сгорания, затем, после его сгорания, мощность расширения выходит в основную камеру сгорания для сжигания оставшегося воздуха в основной камере сгорания.

Но сегодня система IDI не применяется большинством производителей, поскольку процесс более длительный, этот тип имеет много недостатков по сравнению с системой DI.

Таким образом, в последнее время автомобили IDI редко применяются к коммерческим автомобилям, будь то легкие или тяжелые автомобили.

B. Вид со стороны механизма впрыска

Механизм впрыска заключается в том, как подавать топливо из бака в форсунку. Существует три типа: роторная топливная система, индивидуальная топливная система и система Common Rail.

Разница заключается в используемом насосе высокого давления.

1. Роторная топливная система

img by Dieselnet.com

В роторных топливных системах используется распределительный или пластинчато-роторный насос.

Этот тип имеет один вал с одним плунжером. Хотя форсунок четыре, количество плунжеров остается одинарным.

Как это работает? этот плунжер расположен на валу насоса, который вращается. И каждый угол поворота имеет топливную бочку, которая, когда плунжер проходит через топливную бочку, впрыскивает топливо в одну форсунку.

Итак, если есть четыре форсунки, четыре топливных бака окружают вал насоса.

Преимущества
Не занимает много места, что делает его пригодным для автомобилей с ограниченным пространством.
Маленькие движущиеся части, чтобы вырабатываемая энергия была более эффективной.

Недостатки
Давление топлива слабое, что делает его менее подходящим для дизельных двигателей большой мощности.

2. Индивидуальная топливная система

Отдельные типы топливных систем имеют насос с индивидуальным рядным типом. Это означает, что количество плунжеров регулируется количеством форсунок.

Это связано с тем, что каждый плунжер будет обслуживать одну форсунку, так что если имеется четыре форсунки, четыре плунжера будут расположены в линию.

Как это работает? есть распределительный вал, где каждый кулачок будет нажимать на один поршень в нужное время. Когда поршень прижимается к кулачку, топливо распыляется.

Можно сказать, что количество кулачков равно количеству форсунок, а угол кулачка также регулируется в соответствии с опережением зажигания.

Основными преимуществами являются давление впрыска, которое может достигать 18 000 фунтов на квадратный дюйм. При таком давлении этот насос подходит для использования в обычных дизельных двигателях большой мощности.

3. Система Common Rail

Common Rail — это электронная схема управления дизельным топливом. Это означает, что в системе Common Rail вы найдете серию датчиков ECU-исполнительного механизма.

Это похоже на систему EFI на бензиновом двигателе, но все же есть отличия.

Первое отличие в топливном насосе. Система Common Rail, имеет два насоса. Первый насос предназначен для перекачки топлива из топливного бака в топливопровод, а второй — насос высокого давления для значительного повышения давления топлива.

Для насоса высокого давления он также отличается от двух вышеперечисленных типов. Насос, используемый в системе Common Rail, является непрерывным, что означает, что насос будет продолжать подавать топливо со стабильным давлением.

Между тем, для управления впрыском топлива каждая форсунка будет управлять им по команде от ECU. В этом типе инжектор действует как водопроводный кран, который можно открывать и закрывать на определенное время.

Для получения дополнительной информации о топливной форсунке вы можете прочитать это Понимание работы топливной форсунки

Типы систем впрыска дизельного топлива

Ричард Роу

дизельное специальное изображение от longtall_chris с сайта Fotolia. com

Дизели были одними из первых двигателей, получивших систему впрыска топлива. Хотя многие люди считают дизельные двигатели не более чем аграрными двигателями, тот факт, что они часто используются в промышленных условиях в течение нескольких часов подряд, означает, что стоимость и общественное мнение отходят на второй план по сравнению с эффективностью, долговечностью и экономичностью.

Впрыск корпуса дроссельной заслонки

Впрыск корпуса дроссельной заслонки (TBI) очень похож на карбюратор; на самом деле настолько похожи, что многие блоки впрыска дроссельной заслонки были фактически адаптированы из газовых карбюраторов. TBI отличается от карбюратора тем, что в нем используется одна или несколько направленных вниз форсунок для подачи топлива в двигатель под давлением, а не для всасывания его вакуумом двигателя. TBI довольно редко встречается в современных дизельных двигателях, в первую очередь потому, что он плохо работает с турбонаддувом и потому, что на момент его разработки уже были варианты получше.

Многоточечный впрыск

В некоторых промышленных дизельных двигателях используется многоточечный впрыск топлива (MPI), аналогичный используемому в большинстве автомобилей. В системах MPI используется одиночный или двойной топливный насос для питания топливных форсунок, установленных во впускном отверстии двигателя. Форсунки впрыскивают топливо во впускные клапаны двигателя через впускное отверстие. Эта конструкция довольно редко встречается в дизелях, в первую очередь потому, что она была разработана после механического прямого впрыска, используемого в большинстве дизелей, и не дает реальных преимуществ для двигателей с воспламенением от сжатия.

Прямой впрыск

Прямой впрыск используется в дизельных двигателях с 1950-х годов. В этих системах используется мощный объемный топливный насос для подачи дизельного топлива через форсунки, установленные непосредственно в цилиндре. Эти форсунки располагаются примерно там, где должна быть свеча зажигания на газовом двигателе, и хорошо работают с дизельными двигателями, потому что они могут подавать огромное количество топлива в камеру сгорания как раз в тот момент, когда поршень достигает своего максимального сжатия. Это делает процесс горения намного быстрее, тише и мощнее, чем в противном случае. Одним интересным компонентом, который отличает прямой впрыск от других типов, является топливный насос. Насос прямого впрыска почти идентичен по форме и функциям крошечному четырехтактному двигателю, но пропускает жидкое дизельное топливо вместо воздуха и топлива. Эти насосы «объемного действия» развивают очень высокое и стабильное давление топлива, необходимое для впрыска топлива против силы сжатия поднимающегося поршня. Без поршневого насоса воздух над поднимающимся поршнем преодолевал бы давление топлива и выталкивал воздух назад в топливную магистраль.

Система впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail (CRI) представляет собой комбинацию прямого и многоточечного впрыска. Как и многоточечный впрыск, CRI использует общую топливную рампу (резервуар) для питания нескольких топливных форсунок, но эти форсунки установлены внутри цилиндроподобного прямого впрыска. Эта конструкция дает инженерам возможность контролировать количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска топлива с помощью компьютера, что невозможно для традиционного механического прямого впрыска, который полагается только на синхронизацию насоса форсунки для регулирования подачи топлива.