Что такое форсунка механическая 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.
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.
Расположение и принцип работы форсунок
Топливная форсунка состоит из нескольких основных частей:
- герметичный корпус;
- фильтр;
- запорный клапан;
- распылитель.
В зависимости от типа привод клапана может быть механическим, электрогидравлическим, электромагнитным, с помощью пьезоэлемента. Топливный насос нагнетает горючее под давлением. Топливо первоначально проходит через фильтр, препятствующий попаданию механических загрязнений на распылитель. Затем либо по команде электронного блока управления, либо под действием гидромеханического воздействия, запорный клапан открывается. Топливо поступает на распылитель, в торце которого имеется несколько калиброванных отверстий. Проходя через них, струя топлива превращается в мелкодисперсную взвесь. Чем меньше размер капель, тем качественнее распыление.
Форсунки устанавливаются на двигатель таким образом, что входное отверстие находится снаружи блока и подсоединено к топливопроводу. В системе, которая впрыскивает топливо во впускной тракт, распылитель располагается внутри впускного коллектора. В системах непосредственного впрыска — в камере сгорания, выше верхней мертвой точки хода поршня. В местах соединения корпуса форсунок со стенками блока (коллектора) установлены термостойкие уплотнители, препятствующие проникновению неучтенного воздуха в цилиндр.
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.
Статья в тему: 7 вещей в авто, которые должен проверить водитель, прежде чем тронуться с места
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.
Функции и виды форсунок
Топливная форсунка, или инжектор, представляет собой своеобразный клапан, работа которого контролируется блоком управления (ЭБУ) двигателя. Это позволяет подавать топливо, находящееся под высоким давлением, строго ограниченными порциями и в заданный момент времени. В зависимости от типа системы впрыска форсунка может устанавливаться в различных местах. Так, при моновпрыске она располагается перед дросселем во впускном трубопроводе. В системе с распределенным впрыском форсунки устанавливаются в ГБЦ перед клапанами. При этом для каждого цилиндра предусматривается свой отдельный инжектор. В двигателях с непосредственным впрыском форсунки находятся в верхней части цилиндра, подавая топливо сразу в камеру сгорания.
По способу управления (типу привода) инжекторы разделяют на следующие типы:
- механические;
- электромагнитные;
- электрогидравлические;
- пьезоэлектрические.
Устройство механической форсунки
Механические форсунки применяются на дизелях. Принцип их работы основан в воздействии усилия давления топлива на запорную пружину. Когда давление в системе выше сопротивления пружины, игла поднимается и происходит впрыск. После того как давление падает, игла возвращается в исходное положение. Стоит отметить, что давление таких форсунок дизельных двигателей очень низкое, а потому они редко применяются в современном автомобилестроении.
Электромагнитные и гидромеханические инжекторы могут иметь:
- клапан форсунки со сферическим профилем;
- штифтовой клапан;
- дисковый клапан.
Как устроена электромагнитная форсунка двигателя
Такой тип инжекторов используется преимущественно в бензиновых системах, включая двигатели с непосредственным впрыском. По функциональному назначению электромагнитные форсунки разделяются на пусковые (например, в системе “K-Jetronic”) и рабочие. Последние могут быть центральными (выполняют точечный впрыск) и индивидуальными (распределяют топливо по цилиндрам).
Устройство электромагнитной форсунки
Конструктивно электромагнитная форсунка самая простая. Ее основными элементами являются:
- герметичный корпус;
- разъем для подключения к электрической цепи;
- запирающая пружина;
- обмотка возбуждения клапана;
- якорь электромагнита;
- игла;
- уплотнители;
- сопло;
- фильтр-сеточка форсунки;
- распылитель.
В заданный момент времени ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения, что обеспечивает формирование электромагнитного поля, воздействующего на якорь с иглой. В этот момент усилие сжатия пружины становится меньше магнитной силы, якорь втягивается, игла поднимается и освобождает сопло инжектора. Управляющий клапан форсунки двигателя открывается, и происходит впрыск топлива под высоким давлением. Когда блок управления прекращает подачу энергии на обмотку, пружина возвращает иглу в исходное положение.
Вопреки расхожему заблуждению, сама электромагнитная форсунка бензинового двигателя не создает давление. Давление в системе создается топливным насосом.
Электромагнитные инжекторы подбираются в зависимости от мощности двигателя. Прежде всего, необходимо знать, какое сопротивление у форсунок. В заводском исполнении они бывают низкоомные (2-6 Ом) и высокоомные 12-16 Ом. При низком сопротивлении может быть установлен дополнительный резистор в 6-8 Ом, который снизит потребление тока.
Принцип действия электрогидравлической форсунки
Электрогидравлический инжектор (насос-форсунка) – это форсунки топливные дизельные. Они подходят для типовых ТНВД и систем Common Rail. Состоят такие форсунки из следующих элементов:
- сопло;
- пружина;
- камера управления;
- дроссель слива;
- якорь электромагнита;
- магистраль слива топлива;
- разъем для подключения к электрической цепи;
- обмотка возбуждения;
- штуцер подачи топлива;
- дроссель на впуске;
- поршень;
- игла распылителя.
В момент начала цикла управляющий электромагнитный клапан форсунки полностью закрыт. Топливо в системе давит на поршень, находящийся в камере управления, а игла инжектора плотно прижата к седлу. ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения электромагнитного клапана. Дроссель слива открывается, и топливо поступает в сливную магистраль.
Дроссель впуска, в свою очередь, не позволяет мгновенно выровнять давление на впуске и в камере управления. Таким образом, на некоторый промежуток времени усилие, воздействующее на поршень, уменьшается, а давление на иглу остается высоким. Эта разность давлений и обеспечивает подъем иглы и впрыск топлива.
Особенности работы пьезоэлектрической форсунки
Это исключительно дизельная форсунка, которая считается наиболее прогрессивной, поскольку обеспечивает более быстрое срабатывание, максимально точную дозировку и позволяет выполнять многократный впрыск на протяжении одного цикла. Она применяется в дизельных двигателях Common Rail. Пьезоэлектрические форсунки двигателя состоят из таких деталей:
- игла;
- уплотнители;
- блок дросселей;
- пружина запора иглы;
- переключающий клапан форсунки;
- пружина клапана;
- поршень клапана;
- пьезоэлемент;
- сливная магистраль;
- поршень толкателя;
- фильтр;
- разъем для подключения к цепи питания;
- нагнетательная магистраль.
Принцип работы такого инжектора основан на изменении длины пьезоэлемента при подаче на него напряжения. В начальном положении игла под воздействием давления топлива посажена на седло. Когда ЭБУ двигателя посылает сигнал на пьезоэлемент, последний, изменяя длину, воздействует на поршень толкателя. Переключающий клапан форсунки открывается, и топливо подается на слив. Аналогично электрогидравлическим системам, создается разность низкого давления над иглой и высокого под ней, и она поднимается, выполняя впрыск дизтоплива. Количество последнего при этом регулируется длительностью подачи напряжения на пьезоэлемент пьезофорсунки и давлением в топливной рампе двигателя.
Устройство форсунок дизельных двигателей: Тысячу раз в минуту
Инжекторные бензиновые двигатели, в которых топливо впрыскивается во впускной тракт или цилиндры с помощью форсунок, составляют серьезную конкуренцию дизельным по показателю экономичности и экологичности. Это послужило толчком к совершенствованию систем питания дизелей, в частности – форсунок.
 | | Инжекторные бензиновые двигатели, в которых топливо впрыскивается во впускной тракт или цилиндры с помощью форсунок, составляют серьезную конкуренцию дизельным по показателю экономичности и экологичности. Это послужило толчком к совершенствованию систем питания дизелей, в частности – форсунок. |
Форсунки – элементы системы питания дизельных двигателей, которые обеспечивают поступление топлива непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. Форсунка распыляет топливо в форме факела в надпоршневом объеме, а также участвует в процессе дозирования его продачи. И все это происходит с частотой от 400 до 2500 раз в минуту.
По своей конструкции все дизельные форсунки в зависимости от способа управления делятся на механические и электромеханические.
Проверенная механика
Работа классического дизеля основана на тех же принципах, что и сто лет назад, в эпоху создателя этого типа моторов Рудольфа Дизеля. Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль механической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно «по команде» высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.
Обычная механическая форсунка состоит из корпуса, распылителя с иглой и одной пружины (однопружинная). Игла свободно перемещается в пределах направляющего канала распылителя, обеспечивая в закрытом состоянии надежную герметизацию сопла. В нижней части она упирается в коническое уплотнение распылителя, к которому прижимается расположенной сверху пружиной.
Для преобразования энергии давления топлива, созданного ТНВД, в усилие подъема иглы на ее поверхности предусмотрена ступенька. Топливо подается в специальный объем корпуса непосредственно под ступенькой иглы. Когда давление превышает усилие пружины иглы, она поднимается вверх. При этом обеспечивается открытие каналов распылителя и происходит впрыск топлива. После того, как вся поданная насосом порция горючего проходит через распылитель в камеру сгорания, давление начинает падать, и игла под воздействием усилия пружины опускается. Подача топлива при этом прекращается. Давление впрыска топлива составляет 400 – 600 кг/см2.
Варьируя параметры форсунок (геометрию каналов распылителя и их количество, жесткость пружины и др.) и тем настраивая их на оптимальный режим работы, конструкторы научились управлять процессом сгорания топлива.
В некоторых двигателях (например, версиях TDI моделей Mercedes, VW, BMW, Audi и пр.) одна из форсунок может быть оснащена датчиком подъема иглы. Положение иглы важно «знать» блоку управления моторами с электронно управляемыми топливными насосами.
В особую группу форсунок следует выделить двухпружинные. Они имеют более сложную конструкцию, но зато точнее, чем классические однопружинные, управляют процессом топливоподачи. Благодаря этому снижаются жесткость процесса сгорания и шум. Положительный эффект обеспечивается двухступенчатым подъемом иглы, во время которого поочередно преодолевается сопротивление каждой из двух пружин. На холостом ходу и при малых нагрузках работает только первая ступень, «подкармливая» двигатель небольшим количеством топлива. На мощностных режимах поступают две порции топлива: сначала малая (до 20% общего объема), затем большая. Это смягчает, продлевает и делает более полным процесс сгорания. Кроме того, уменьшились расход топлива и токсичность отработавших газов. Давления открытия ступеней отличаются незначительно, например, у дизелей с разделенной камерой сгорания* составляют 130 и 180 кг/см2. Давление впрыска основной порции – порядка 800 – 1000 кг/см2.
Сегодня доля двухпружинных конструкций составляет около четверти от общего количества. Такие форсунки применяли в дизелях с непосредственным впрыском**, пока их не потеснила система питания Commоn Rail.
Эпоха электроники
В современных дизелях топливо подается с помощью электромеханических форсунок, у которых за открытие и закрытие иглы отвечает управляемый электроклапан. Пока ему не будет дана команда от ЭБУ, топливо не поступит к распылителю. Бортовой компьютер определяет момент начала впрыска и его продолжительность, тщательно дозируя горючее длиной импульсов в зависимости от частоты вращения коленвала, нагрузки, положения педалей, температуры двигателя и других факторов. Такая особенность позволяет электронике управлять подачей топлива с высокой точностью, в благоприятном режиме с точки зрения экономичности и экологичности.
Электромеханические форсунки в дизелях с системой питания типа Common Rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Этим удалось добиться более плавного нарастания давления газов на поршень и более качественного сгорания топлива, что в итоге снизило шум и количество вредных компонентов в выхлопе. Давление впрыска в данных системах питания удалось повысить до 1600 кг/см2. При этом еще больше улучшилась точность дозирования и равномерность распределения топлива по цилиндрам.
Един в двух лицах
Во второй половине 90-х годов некоторые дизели стали оснащать еще одной разновидностью системы питания – без ТНВД. Его функции переложили на насос-форсунки. Подкачивающий насос подает к ним топливо под небольшим давлением. Каждая форсунка снабжена своей плунжерной парой, которую приводят в действие кулачки распределительного вала. Преимуществ у таких систем питания несколько. Во-первых – большее давление топливоподачи (от 1200 до 2050 кг/см2), что обеспечивает более качественое распыление. Во-вторых, отсутствие громоздкого ТНВД с отдельным приводом и инерционных систем распределения горючего. Все это способствовало повышению точности начала впрыска и дозировки.
Насос-форсунки оборудованы электроклапаном и могут работать в двухимпульсном режиме. Как и в предыдущих случаях, это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Негативная особенность насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии даже по сравнению с Common Rail.
* Разделенная камера сгорания – камера, состоящая из двух полостей – надпоршневой и вспомогательной в головке блока или в самом блоке. Применяется для увеличения энергии воздушных потоков
** Непосредственный впрыск в дизелях – подача топлива в камеру сгорания, состоящую из одного надпоршневого объема
Одна из наиболее ответственных деталей форсунки – распылитель. Они отличаются количеством распылительных отверстий и способом регулирования топливоподачи. Предкамерные и вихрекамерные дизели (т.е. с разделенной камерой сгорания), как правило, оснащают распылителями с одним отверстием и иглой. На конце их иглы может быть штифт. Такие форсунки называют штифтовыми (1). Благодаря тому, что штифт иглы большую часть цикла находится в отверстии, появляется возможность подавать основную часть топлива в короткое время в конце цикла, после полного подъема иглы. Таким образом обеспечивается благоприятный режим сгорания и более мягкая работа дизеля.
На дизели с непосредственным впрыском (с неразделенными камерами сгорания) устанавливают форсунки с несколькими распылительными отверстиями (от двух до шести). Есть два типа многоструйных распылителей: с перекрываемыми отверстиями (2) и закрытым объемом (3). В первых для прекращения подачи топлива игла перекрывает непосредственно каждый канал распылителя, т. е. контактирует с каждым отверстием. В форсунках с закрытым объемом игла не перекрывает само отверстие – она «глушит» небольшой объем в самом низу распылителя. Из-за остатка топлива в этом объеме, которое впоследствии испаряется, возникают проблемы со снижением токсичности отработавших газов.
 |
