Дизельные механические форсунки: Форсунка дизельная — устройство и разновидности

Форсунка дизельная — устройство и разновидности

Дизельная форсунка, которую нередко называют инжектором, является ключевой деталью дизельного двигателя. Ее основной задачей выступает подача топлива в камеру сгорания, а также его точная дозировка и распыление. Учитывая сложные условия эксплуатации, которые сопровождают эксплуатацию дизельного двигателя и выражаются в высокой температуре и серьезном давлении, от качества изготовления и эффективности выполнения форсункой своих функций зависит КПД всего агрегата.

Наличие в конструкции топливной форсунки выступает отличительной чертой не только дизельных, но и бензиновых инжекторных двигателей. Необходимость в этой детали возникает из принципа работы обоих типов силовых установок, который предусматривает использование системы прямого впрыска горючего в камеры сжигания. При этом воспламенение топлива происходит под воздействием высокого давления, достигаемого за счет ТНВД. Уровень этого показателя в дизельных агрегатах намного выше, чем в инжекторных бензиновых установках.

Как следствие, эффективная работа двигателя на дизельном топливе возможна только при наличии специальной детали, способной обеспечить своевременную подачу нужного количества горючего, его распыление внутри камеры и герметичность си

темы. Основные функции дизельной форсунки уже были перечислены выше. Они состоят в следующем:

· дозировка горючего, представляющая собой определение такого его количества, которое необходимо для достижения нужной мощности;

· распыление топлива внутри камеры сгорания, что обеспечивает более полное и эффективное сжигание;

· сохранение герметичности системы подачи топлива.

История изобретения и совершенствования

Первые модели дизельного двигателя, разработанные и изготовленные в конце позапрошлого века при непосредственном участии Рудольфа Дизеля, предусматривали наличие так называемой компрессорной форсунки и применение в качестве топлива керосина. Появление ТНВД позволило использовать намного более компактные и удобные бескомпрессорные форсунки.

Особенно удачной оказалась модель инжектора, созданная в 20-х годах прошлого века Робертом Бошем. Этот вариант дизельной форсунки с незначительными доработками и усовершенствованиями применяется до настоящего времени. Конечно же, эксплуатационные и технические параметры современных деталей, несмотря на общую схожесть конструкции, существенно превосходят разработки Боша, что объясняется значительным улучшением качества и точности изготовления, а также использованием в процессе производства новейших сталей и сплавов.

Ключевым усовершенствованием форсунки стало активное применение разнообразной электроники. Использование датчиков контроля и управления работой дизельного двигателя в целом и его отдельных узлов позволяет заметно повысить КПД и эффективность эксплуатации транспортного средства.

Устройство

В настоящее время продолжает активно использовать большое количество различных по конструкции и принципу действия типов дизельных форсунок. Несмотря на определенные особенности каждого из них, можно выделить несколько общих элементов или деталей, в том или ином виде присутствующих практически всегда. К ним относятся:

· корпус, в котором размещаются остальные детали и элементы дизельной форсунки;

· распылитель в виде иглы. Предназначение детали очевидно и заключается в распределении топлива в пространстве над поршнем;

· стержень или плунжер, который движется внутри корпуса форсунки, за счет чего нагнетается необходимый уровень давления;

· пружина запирания иглы. Используется для фиксации иглы в нужном положении;

· штуцер подвода топлива. Предназначен для подачи горючего в форсунку;

· управляющий клапан. Применяется для эффективного решения двух главных задач – дозировки топлива и определения регулярности его впрыскивания в камеру сжигания;

· фильтр очистки топлива. Один из элементов общей системы очистки используемого в дизельном двигателе горючего;

· штуцер обратного отвода излишков топлива. Назначение этого элемента форсунки также предельно очевидно – он применяется для того, чтобы отвести из форсунки топливо, не попавшее в камеру сжигания.

Устройство современных дизельных форсунок предусматривает обязательное наличие электронного блока управления. Входящие в него приборы и датчики в автоматическом режиме регулируют процессы, протекающие в рассматриваемом механизме, обеспечивая эффективную работу как инжектора, так и двигателя в целом.

Рабочие стадии

Эксплуатация дизельной форсунки предусматривает циклическое и последовательное повторение 4 рабочих стадий. В указанное число входят:

1. Закрытое положение форсунки. Начальный этап процесса. Предусматривает создание высокого давления одновременно со стороны плунжера и пружины, благодаря чему форсунка остается закрытой.

2. Начало впрыска. Автоматика подает сигнал, вследствие которого плунжер форсунки начинает двигаться вверх. В результате давление на иглу уменьшается, она также начинает подниматься, обеспечивая начало поступления топлива в камеру сгорания.

3. Полностью открытое положение форсунки. На этом этапе плунжер управления поднимается максимально, достигая верхнего упора. Это означает аналогичное перемещение иглы и режим полного открытия форсунки.

4. Конец впрыска. Завершающая стадия рабочего процесса. Она состоит в опускании управляющего плунжера и иглы форсунки, следствием чего становится перекрытие доступа горючего в камеру сжигания.

Приведенная выше схема с некоторыми корректировками достаточно точно описывает эксплуатацию дизельных форсунок любого типа. Важно понимать, что количество подобных рабочих циклов в период времени зависит от типа и мощности агрегата, вида самой форсунки и большого количества других факторов.

Разновидности и принцип работы

В сегодняшних условиях применяются самые разные виды дизельных форсунок. Их большое разнообразие объясняется как крайне широкой сферой применения, так и различиями в задачах, для решения которых они предназначаются.

Механическая форсунка

Традиционный вариант устройства, постепенно уступающий по популярности современным инженерным решениям. Именно его принцип действия был приведен выше при описании рабочего цикла дизельной форсунки. Он базируется на срабатывании клапана при достижении определенного уровня давления.

Механическая форсунка применяется в автомобилестроении в течение нескольких десятков лет. Однако, введение новых экологических стандартов и всеобщее стремление к повышению уровня экономичности дизельных двигателей привело к неуклонному вытеснению этого классического устройства более эффективным разработкам последних лет.

Главное направление совершенствования форсунки в частности и дизельного двигателя в целом – это передача контроля и управления большинством рабочих процессов электронным приборам и датчикам. Кроме того, отдельного упоминания заслуживает форсунка с двумя пружинами, разделяющая подъем иглы на две стадии. В результате обеспечивается гибкость в подаче горючего, более полное сгорание топлива и уменьшение шума при работе агрегата.

Электромеханическая форсунка

Главное отличие от механического варианта состоит в использовании для перемещения иглы форсунки вместо пружины электромагнитного клапана. Он управляется автоматикой, благодаря чему достигается точное определение количества необходимого топлива и оптимальная периодичность его впрыска.

Электромеханическая форсунка напоминает часто используемую в инжекторных бензиновых двигателях электромагнитную версию устройства. Она не используется в дизель-моторах, так как не способна выдерживать высокое давление.

Насос-форсунка

Еще одна вариация традиционного дизельного двигателя. Устройство агрегата не предполагает наличие обычного ТНВД. Вместо него для нагнетания необходимого уровня давления используются специальные насос-форсунки. Фактически, вместо одного топливного насоса высокого давления устанавливаются несколько более простых, каждый из которых обслуживает только одну форсунку.

Такое устройство двигателя позволяет подавать топливо в камеру сгорания под очень высоким давлением. Как следствие – обеспечивается уверенное самовоспламенение и более полное сжигание горючего. Отсутствие ТНВД позволяет сделать двигатель более компактным, что также выступает немаловажным достоинством.

Однако, использование системы насос-форсунка имеет и определенные недостатки. Главные из них – высокая требовательность к качеству применяемого дизельного топлива, а также более значительные расходы на изготовление двигателя в целом. Именно поэтому стремительно растет популярность еще одной разновидности дизельных форсунок и системы, предусматривающей их применение.

Пьезоэлектрическая форсунка

Устройство пьезофорсунки напоминает электромеханические или электромагнитные аналоги. Главное отличие заключается в использовании вместо электромагнитного клапана специального пьезоэлемента, часто называемого пьезоэлектрическим кристаллом. Его наличие обеспечивает крайне высокое быстродействие устройства. Благодаря этому клапан срабатывает в 4 раза чаще, чем в обычных электромагнитных форсунках.

Нет ничего удивительного, что пьезоэлектрические форсунки стали важным элементом системы впрыска Common Rail, которая используется сегодня практически повсеместно. Ее использование позволяет увеличить эффективность работы дизельного двигателя и повысить КПД при одновременном уменьшении расхода топлива и количества вредных выбросов.

Причины и способы устранения неисправностей

Главной проблемой при эксплуатации форсунок выступает низкое качество дизельного топлива. Оно может быть вызвано с продажей некачественного горючего на автозаправочных станциях, использованием различных красителей и присадок для дизтоплива, слишком большим количеством тяжелых фракций углеводородов или элементарным загрязнением топлива мелкими частицами различных веществ.

В любом из перечисленных случаев возникают крайне неприятные последствия в виде повышенного уровня износа и быстрой эрозии поверхности деталей и узлов дизельной форсунки. Следствием этого становятся очевидные проблемы в работе двигателя в целом, которые обычно выражаются в следующем:

· ослабление или перепады мощности в процессе эксплуатации автомобиля;

· трудности при запуске двигателя;

· порывистое движение при увеличении оборотов;

· заметный рост расхода дизельного топлива;

· увеличение количества выбросов или их качества (черный или сизый дым из выхлопной трубы) и т. д.

Современное диагностическое оборудование позволяет заблаговременно выявить возможные проблемы с форсунками двигателя. Поэтому для длительной и бесперебойной работы агрегата целесообразно регулярно проходить техническое обслуживание, причем в солидной специализированной организации.

Для устранения выявленных проблем применяются различные современные и весьма эффективные методы, требующие наличия соответствующего оборудования и навыков и обслуживающих его специалистов:

· чистка ультразвуком;

· промывка при помощи специальных присадок, добавляемых в дизельное топливо;

· промывка специальными техническими жидкостями на стенде;

· ручная промывка форсунок дизельного двигателя.

Своевременно проведенная диагностика и ремонт форсунок обеспечат длительную и беспроблемную эксплуатацию. В свою очередь, это гарантирует владельцу транспортного средства эффективную и экономную работу всего дизельного двигателя, установленного на автомобиле.

Какие бывают топливные дизельные форсунки

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.

Зачем вообще нужны форсунки

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

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

 Распылители

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.

Игорь Широкун
Фото Bosch

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Ремонт механических форсунок непосредственного впрыска | Сервис Форсунок

Вначале дизельные двигатели были не особо привлекательны для автолюбителей. Это были шумные и не сильно резвые агрегаты. Они использовались в основном на тяжелой технике и коммерческих автомобилях. Несмотря на их экономность не каждый хотел ездить на «тракторе» и поэтому покупали автомобили с бензиновыми двигателями. Но потом дизель все-таки доказал свою актуальность и практичность. На сегодняшний день более 60% европейского рынка легковых пассажирских автомобилей составляют дизеля.
Первым вариантом дизельных форсунок были форкамерные форсунки. Позже двигатели стали комплектоваться механическими форсунками непосредственного впрыска. Они оказались более удачным изобретением. Особенно это касается двухпружинных форсунок. Но в целом и форкамерные и механические форсунки непосредственного впрыска зарекомендовали себя как надежные рабочие лошадки.

Все гениальное – просто

Этот фактор особо актуален на территории стран СНГ. Если в Европе и остальном цивилизованном мире общество стремилось к экологичности двигателей внутреннего сгорания, то у нас основными преимуществами дизелей стали экономность и неприхотливость в обслуживании. И вот здесь двигатели с механическими форсунками приобрели всеобщую любовь и уважение.

Качество работы такой топливной системы в основном зависит от состояния топливной аппаратуры и форсунок. И если аппаратура порой заставляет понервничать владельца дизеля, то механические форсунки довольно неприхотливый механизм. Как говорится «Все гениальное – просто». При соблюдении правил эксплуатации топливной системы, к форсункам вы будете заглядывать нечасто.

Последующие типы форсунок являются куда более требовательными к качеству топлива. Соответственно они дороже в обслуживании. Но они имеют и ряд достоинств, с которыми не поспоришь: меньше расход, тихая работа и приемистость двигателя. Поэтому вопрос о том, что лучше выбрать «простой» дизель или с системой common rail – это спорный вопрос.


Основные дефекты в работе дизелей с механическими форсунками

Итак, основным плюсом «простых» дизелей является их простота и живучесть. Но какими бы живучими они ни были, наше «качественное» топливо всех сильнее и любую топливную систему победит. И как результат – форсунки приходят в негодность.

Если обобщить, то поломки механических форсунок приводят к таким дефектам в работе двигателя: автомобиль начинает дымить черным дымом, теряет тягу, растет расход. Реже наблюдаем неравномерную работу, светлый дым.

Для того чтобы понять причины и последствия поломок «простых» дизельных форсунок сначала разберемся из чего они состоят, и на чем построен принцип их работы.

Классическая механическая форсунка имеет следующую конструкцию:

Принцип работы

На схеме видно, что топливо в механической форсунке поступает непосредственно к игле распылителя. До момента впрыска оно удерживается практически без потерь (утечек) за счет плотного прилегания иглы в области запорного конуса. Солярка подается топливной аппаратурой под заданным давлением. И когда давление топлива превышает сопротивление пружины, игла поднимается. При подъеме иглы открываются сопла распылителя и производится впрыск. После впрыскивания топлива давление на иглу ослабевает, и пружина возвращает ее на штатное место. Игла, доходя до нижней точки, закрывает сопла, и прекращает впрыскивание топлива в камеру сгорания.

Как видим, процесс довольно простой. Основным недостатком являются резкие перепады давления подачи топлива в камеру сгорания. А это приводит к громкой работе дизельного двигателя. Работают такие форсунки на небольших давлениях: примерно от 175 до 340 бар.


Поломки механических форсунок

На разных автомобилях одни и те же повреждения деталей форсунок могут вызывать свои уникальные дефекты. Здесь мы постараемся обобщенно высветить поломки механических форсунок непосредственного впрыска и то, как они влияют на работу автомобиля.

Распылитель

Самой распространенной проблемой в работе механической форсунки является износ распылителя. Причиной этому может быть некачественное топливо, наличие в нем металлической стружки, длительный срок эксплуатации. При неправильном протекании горения в надпоршневой камере распылитель также получает износ.

При повреждении распылителя наблюдается черный дым, увеличивается расход топлива, в некоторых случаях теряется тяга.

Если игла распылителя в силу повреждений запорного конуса не полностью перекрывает сопла, то это сопровождается черным дымом в нагрузке. При сильном клине распылителя (в приоткрытом положении) наблюдаем светлый дым на холостом ходу. Встречается такой дефект довольно редко.

Клин распылителя в полном открытом положении сопровождается троением, обильным светлым дымом. При этом автомобиль работает с детонацией.

Что касается увеличения расхода топлива, то необходимо понимать, что даже при сильном износе распылителя расход растет примерно до 3-4 литров. Если же вы наблюдаете перерасход намного больше, то причиной этого будут не только форсунки, но и другие факторы.

Проставка

Другое название промежуточная шина. Основная ее функция – это ограничение хода иглы. В процессе работы форсунки, игла упирается «юбкой» в проставку и разбивает ее. В результате такого дефекта увеличивается ход иглы, и как следствие, форсунка дает больше топлива. Даже установив новый распылитель, мы все равно получаем увеличенный расход.

Грибок

Он является передаточным звеном между пружиной и иглой распылителя. При износе грибка, игла распылителя может подклинивать в нем. При этом обычно наблюдаем работу форсунки, как при открытом клине распылителя: машина дымит светлым дымом, троит.

Пружина

Выходит из строя из-за длительного срока эксплуатации или от работы на больших нагрузках. Чем больше рабочее давление форсунки, тем больше изнашивается пружина. Износ происходит как со стороны грибка, так и со стороны регулировочной шайбы. В самом худшем варианте — пружина распадается на несколько частей.

Корпус

Возраст механических форсунок на сегодняшний день довольно большой. В связи с этим для них характерны частые повреждения корпуса и гайки. При сильном износе корпуса (плоскость прилегания к проставке) форсунка начинает подтекать.

Гайка

Распространенным дефектом гайки является прогар со стороны термошайбы. При этом в большинстве автомобилей слышен свистящий звук, сопровождающийся запахом гари. В основном это хорошо заметно на холодном моторе. Опять же, учитывая их возраст, часто встречаются изношенные и треснувшие гайки.


Форсунки с датчиком подъема иглы

На некоторых дизельных автомобилях, устанавливают топливные аппаратуры с электронным управлением.  Такие топливные системы комплектуются форсунками с датчиком подъема иглы, которые дают информацию блоку управления автомобилем о положении иглы в форсунке.

Это в свою очередь позволяет более точно управлять работой топливной аппаратуры. И соответственно более точно и качественно производить впрыск топлива в камеру сгорания.

При выходе из строя электромагнитной катушки в такой форсунке, машина сильно теряет тягу, становится «тупой» и неприемистой.


Двухпружинные форсунки

Отдельно следует остановиться на двухпружинных форсунках. Они представляют более удачный вариант механической форсунки непосредственного впрыска.Работа механической форсунки довольно жесткая: учитывая особенности ее конструкции, впрыск топлива происходит рывками, что приводит к шумной работе двигателя. А преимущество двухпружинных форсунок заключается в том, что подача топлива в них происходит в два этапа. Для этого и нужны эти две пружины.

Принцип их работы такой, что при подаче топлива под иглу, происходит продавливание слабой первой пружины. И производится небольшой предварительный впрыск топлива (около 20% от общей дозы). После чего давление в магистрали остается еще высоким, и иголка распылителя продолжает двигаться дальше, продавливая более мощную вторую пружину. И только после ее продавливания осуществляется подача основной порции топлива. Вот такое разделение дозы топлива на две фазы позволяет добиться более тихой, более мягкой работы двигателя. Это позволило разработчикам уменьшить токсичность отработанных газов и расход топлива.


Ремонт механических форсунок

Мы успешно занимаемся ремонтом механических форсунок на протяжении последних 12 лет. Разработаны собственные методы реставрации распылителей, уникальный метод ремонта двухпружинных форсунок. Более подробно о ценах и условиях ремонта можно прочитать здесь.

Дизельные электромагнитные форсунки. — Автоэлектрика

Требование к экологической безопасности повышаются постоянно. В результате производители дизельных двигателей разрабатывают новые системы топливоподачи. Для повышения качества топливовоздушной смеси и полнейшего сгорания топлива прежде всего повышают давление топлива. Более того дизельные электромагнитные форсунки обеспечивают точную подачу топлива в цилиндры двигателя. Самый простой и эффективный способ регулировки подачи топлива в цилиндры, это применение дизельных электромагнитных форсунок. На данный момент так же существуют форсунки с пьезо управлением. Все эти форсунки схожи по конструкции с механическими форсунками.

В этой статье остановимся подробнее на форсунках с электромагнитным приводом. То есть на форсунках имеющих электромагнитную катушку. Эти форсунки являются гибридом механической дизельной форсунки и электромагнитной форсунки бензинового двигателя.  Как устроена и работает форсунка бензинового двигателя можно прочитать в статье «Инжекторная форсунка». Так как давление топлива на дизельном двигателе более 1500 атмосфер, то применение электромагнитных форсунок бензинового двигателя не возможно.

Устройство дизельной электромагнитной форсунки.

Дизельные электромагнитные форсунки состоитят из корпуса, в котором располагаются клапана, возвратные пружины, каналы. На конце форсунки располагается распылитель. Название и расположение элементов форсунки видно на картинке ниже. Подключение магистрали высокого давления к форсунке осуществляется по средствам штуцера. Более того к форсунке подключается магистраль для обратного слива лишнего топлива. Основным элементом управления форсункой является электромагнитная катушка, которая подключается к электропроводке автомобиля по средствам разъёма.

Распылитель форсунки перекрывается иглой, которая плотно притирается к стенкам распылителя. Электромагнитный управляющий поршень, аналогично якорю бензиновой форсунки перемещается за счёт электромагнитного поля катушки. Управляющий поршень воздействует на клапан камеры управления. В результате поднятие иглы форсунки осуществляется не непосредственно электромагнитной катушкой, а топливом, за счёт разницы давлений.

Принцип работы дизельной электромагнитной форсунки.

В отличие от бензиновой форсунки, дизельная форсунка работает под большим давлением, почти 1800 атмосфер. В результате подача топлива происходит не за счёт электромагнитной катушки, а за счёт давления подаваемого топлива. Следовательно управление форсункой осуществляется клапаном камеры управления. При работе топливного насоса высокого давления происходит подача топлива по каналу высокого  давления, через дроссельное отверстие к нижней части иглы. Точно так же через дроссельное отверстие топливо поступает в управляющую камеру. В результате давление под иглой форсунки и в камере управления становится одинаково. Благодаря дроссельным отверстиям давление в камере управления повышается медленнее, чем под иглой. Под действием пружины игла при этом остаётся прижатой к седлу, следовательно топливо не поступает к распылителю.

При подаче импульса на дизельную электромагнитную форсунку происходит перемещение электромагнитного управляющего поршня вверх. Это освобождает шарик клапана камеры управления. Из-за разницы давления топлива в камере управления происходит открытие клапана. В результате топливо из камеры перетекает в магистраль возврата топлива. Следовательно давление в камере управления падает, что приводит к разнице давлений топлива под иглой форсунки и над поршнем управления. Под действием давления игла поднимается, следовательно топливо поступает через распылитель в цилиндр. Дроссельные отверстия обеспечивают разность скорости падения давления под иглой и камерой управления.

При снятии питания с катушки под воздействием возвратной пружины происходит возврат электромагнитного поршня в исходное положение. В результате происходит закрытие клапана камеры управления. В результате происходит повышение давления в камере управления. Под действием повышенного давления происходит перемещение управляющего поршня вверх, который воздействует на иглу форсунки, то есть закрывает её.

Особенности электромагнитных дизельных форсунок.

Электромагнитные форсунки имеют важное преимущество перед механическими форсунками. Прежде всего они позволяют  более точно дозировать подаваемое топливо. Также имеется  возможность многократного впрыска топлива. Кроме того впрыск топлива производится в самый подходящий момент. Наконец, электромагнитные дизельные форсунки более тонко распыляют топливо, потому что работают при повышенном давлении почти 1800 атм. В результате этого топливо лучшего смешения его с воздухом.

В отличие от форсунок бензинового двигателя при производстве форсунок их характеристики не одинаковы, то есть они отличаются от эталона. Это приводит к различной подаче топлива ы цилиндры. Для компенсации этого недостатка каждая форсунка проходит испытания, при которых проверяют характеристики при нескольких параметрах. После этого на корпус форсунки наносится  код для корректировки подачи топлива. При смене форсунок при помощи диагностического оборудования этот код вводится в память блока управления. В зависимости от производителя код может быть различного вида.

admin
06/04/2020

«Если Вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста выделите это место мышкой и нажмите CTRL+ENTER»
«Если статья была Вам полезна, поделитесь ссылкой на неё в соцсетях»

Принцип работы дизельных форсунок и частые неисправности

Начнем с того, что большинство форсунок для дизеля (за исключением насос-форсунок и систем Cоmmon Rail) устроены и работают по схожему принципу. Это значит, что их ремонт также предполагает похожие действия. Для лучшего понимания начнем с принципов работы.

Подача топлива на форсунки в дизелях реализована посредством его нагнетания под высоким давлением. Такое давление на каждую форсунку создает:

  • топливный насос высокого давления ТНВД;
  • насос-форсунки сами сжимают и впрыскивают топливо;
  • в системах Cоmmon Rail давление топлива поддерживается постоянно в специальном «аккумуляторе» высокого давления;

Теперь давайте рассмотрим работу наиболее распространенной системы питания с обычным ТНВД. Если просто, такой насос имеет механический привод и вращается от двигателя. Вращение шкива ТНВД позволяет плунжерным парам в устройстве насоса сильно сжимать дизельное топливо и выдавать давление около 300 кг/см². Затем происходит распределение дизтоплива на форсунки, что соответствует тактам работы двигателя.

Топливо поступает от насоса по магистралям высокого давления к форсунке, установленной на каждом цилиндре, после чего проходит через отдельный канал и оказывается внутри дизельной форсунки (в полости распылителя). Внутри распылителя конструктивным элементом является специальная конусная игла. Такая игла форсунки снизу притирается к седлу с очень большой точностью. Сверху иглу прижимает пружина. Указанная пружина давит на иглу через отдельную шайбу.

Шайба может иметь разную толщину, что определяет степень давления пружины на иглу. По этой причине шайбу называют регулировочной, так как от давления пружины будет зависеть и давление топлива, от которого сработает игла форсунки.

Срабатывание иглы происходит в результате того, что внутри форсунки накапливается нагнетаемое ТНВД топливо. Если иначе, когда горючее доходит до конуса иглы, дальнейший проход солярки становится невозможным, так как канал перекрыт иглой, плотно прижимаемой к седлу усилием пружины.

Однако ТНВД продолжает работать и нагнетать топливо, происходит рост давления, которое в определенный момент становится сильнее давления пружины. В результате игла приподнимается, горючее проходит в пространство между седлом и конусом иглы, попадает под высоким давлением в отверстия распылителя и далее происходит впрыск распыленного топливного заряда.

Время впрыска зависит от того, когда давление топлива внутри форсунки понизится до такой степени, чтобы пружина снова прижала иглу к седлу. Получается, канал для выхода топлива перекрывается, давление снова начнет расти и процесс повторяется.

Синхронная работа всего механизма предполагает точный впрыск топлива в цилиндре, в котором поршень приближается к ВМТ. Следующий впрыск в этом цилиндре в заданный момент будет возможен только при условии того, что игла закроется своевременно, то есть сразу после того, как давление топлива упадет.

Неисправности, которые могут привести к проблемам закрытия иглы после впрыска, не позволяют растущему давлению топлива снова открыть иглу строго в момент приближения поршня в ВМТ. В результате момент впрыска нарушается, дизельный двигатель начинает троить, функционировать с перебоями и т.д.

Например, если впрыск произойдет раньше, процесс сгорания топлива в цилиндре нарушается, дизель громко и жестко работает. Более того, значительно усиливается износ не только ДВС, но и проблемной форсунки.

Дело в том, что через неплотно закрытое седло происходит прорыв газов, механизм разрушается, подвергается сильному загрязнению от скопления нагара. На начальном этапе нагар удаляют путем промывки форсунок дизельного двигателя, то есть без ремонта.

При этом важно понимать, что нагарообразование является не причиной, а только результатом неполадок внутри самой форсунки. Другими словами, необходимо решать проблему точного срабатывания иглы, усилия пружины и эффективного перекрытия седла.

Форсунки дизельного двигателя

Дизельные форсунки: особенности конструкции

Дизельная форсунка представляет собой один из главных элементов системы питания дизельного двигателя. Форсунка (инжектор) обеспечивает прямую подачу солярки в камеру сгорания дизеля, а также дозирование подаваемого топлива с высокой частотой (более 2 тыс. импульсов в минуту). Инжектор осуществляет эффективный распыл горючего в пространстве над поршнем. Топливо в результате такого распыла получает форму факела. Форсунки отличных друг от друга систем топливоподачи имеют конструктивные особенности, различаются по способу управления. Инжекторы делят на две группы:

  • механические;
  • электромеханические;

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.

Инжектор с двумя пружинами

На эффективность топливоподачи и последующего сгорания топлива в цилиндрах дизеля можно влиять, изменяя различные характеристики форсунки, такие как структура и количество каналов распылителя, усилие пружины и т.п. Одним из конструкторских решений стало внедрение в устройство форсунок специального датчика подъема иглы. Данный подъем учитывается специальными электронными блоками управления, которые взаимодействуют с ТНВД.

Еще одним витком развития стали дизельные форсунки с двумя пружинами. Устройство таких форсунок сложнее, но результатом становится большая гибкость в процессе подачи топлива. Сгорание рабочей смеси становится более мягким, дизель тише работает.

Особенностью работы указанных инжекторов является двухступенчатый подъем иглы. Получается, нагнетаемое ТНВД топливо сначала превышает по силе давления силу сопротивления одной пружины, а затем другой. В режиме холостого хода и при небольших нагрузках на мотор впрыск осуществляется только посредством первой ступени, подавая в двигатель незначительное количество солярки. Когда мотор выходит на режим нагрузки, давление нагнетаемого ТНВД топлива растет, горючее подается уже двумя дозированными порциями. Первый впрыск небольшого объема (1/5 от общего количества), а далее основной (около 80% солярки). Разница давлений впрыска для открытия первой и второй ступени не особенно большая, что обеспечивает плавность топливоподачи.

Такой подход позволил повысить равномерность, эффективность и полноценность сгорания смеси. Дизельный двигатель стал расходовать меньше горючего, снизилось количество токсичных примесей в выхлопных газах. Дизельные форсунки с двумя пружинами активно использовались на агрегатах с непосредственным впрыском топлива до момента появления систем питания под названием Commоn Rail.

Электромеханическая дизельная форсунка

Дальнейшее развитие систем топливоподачи дизельного ДВС привело к появлению форсунок, в которых солярка подается в цилиндры посредством электромеханических форсунок. В таких инжекторах игла форсунки открывает и закрывает доступ к распылителю не под воздействием давления топлива и противодействия силе пружины, а при помощи специального управляемого электромагнитного клапана. Клапан контролируется ЭБУ двигателя, без соответствующего сигнала которого горючее не попадет в распылитель.

Блок управления отвечает за  момент начала топливного впрыска и длительность подачи топлива. Получается, ЭБУ дозирует солярку для дизеля путем подачи на клапан форсунки определенного количества импульсов. Параметры импульсов напрямую зависят от того, с какой частотой вращается коленчатый вал двигателя, в каком режиме работает дизельный мотор, какая температура ДВС и т.д.

В системе питания Common Rail электромеханическая форсунка может за один цикл реализовать подачу топлива посредством нескольких раздельных импульсов (впрысков). Топливный впрыск за цикл осуществляется до 7 раз. Давление впрыска также значительно повысилось сравнительно с предыдущими системами.

Благодаря дозированной высокоточной подаче давление газов на поршень в результате сгорания смеси растет плавно, сама топливно-воздушная смесь равномернее распределяется по цилиндрам дизеля, лучше распыляется и полноценно сгорает.

Дальнейшее видео наглядно иллюстрирует принцип работы электромеханической форсунки на примере бензинового двигателя. Главное отличие заключается в том, что давление топлива в дизельной форсунке значительно выше.

Указанный подход позволил окончательно переложить задачу по управлению впрыском с форсунок и ТНВД на электронный блок. Электронный впрыск работает намного точнее, дизель с подобными решениями стал еще более мощным, экономичным и экологичным. Разработчикам удалось значительно снизить вибрации и шумы в процессе работы дизельного агрегата, повысить общий ресурс ДВС.

Насос-форсунка

Одной из разновидностей систем питания дизеля являются конструкции, в которых полностью отсутствует ТНВД. За создание высокого давления впрыска отвечают так называемые дизельные насос-форсунки. Принцип работы системы состоит в том, что насос низкого давления сначала подает солярку напрямую к инжектору, в котором уже имеется собственная плунжерная пара для создания высокого давления впрыска. Плунжерная пара форсунки работает от прямого воздействия на нее кулачков распредвала. Данная система позволяет добиться лучшего качества распыла дизтоплива благодаря способности создать очень высокое давление впрыска.

Исключение из системы подачи топлива ТНВД позволяет сделать размещение дизельного ДВС под капотом более компактным, избавиться от привода топливного насоса и отбора мощности на его постоянное вращение. Также стало возможным удалить из системы питания решения, которые распределяют топливо от ТНВД по цилиндрам. Инжекторы в системе с насос-форсунками имеют электрический клапан, что позволяет подавать топливо за два импульса.

Принцип похож на работу механической форсунки с двумя пружинами.  Решение позволяет реализовать сначала подвпрыск, а уже затем произвести подачу в цилиндр основной порции горючего. Насос-форсунки реализуют подачу топлива в максимально точно заданный момент начала впрыска, лучше дозируют солярку. Дизельный мотор с такой системой экономичен, работает мягко и тихо, содержание вредных веществ в отработавших газах сведено к минимуму.

Главным минусом решения можно считать то, что давление впрыска насос-форсунки напрямую зависит от частоты вращения коленвала двигателя. В списке недостатков также отмечены: сложность исполнения, высокая требовательность к моторному маслу, чистоте и качеству топлива. В процессе эксплуатации выделяют трудности в процессе ремонта и обслуживания, а также общую дороговизну сравнительно с системами, которые оборудованы привычным ТНВД.

krutimotor.ru

Как отремонтировать дизельные форсунки: виды и принципы

Двигатели внутреннего сгорания, построенные по схеме впрыска топлива в камеру сгорания с помощью форсунок, наиболее массово представлены на вторичном рынке автомобильной техники, а тенденция развития современного автопрома, вообще, придерживается концепции по комплектации систем топливоподачи всех новых автомобильных двигателей исключительно форсунками.

Технически сложное устройство называемое форсункой является одними из важнейших функциональных элементов систем подачи топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя, делая это под большим давлением. А также форсунки отвечают за своевременное образование топливной смеси и за строгое дозирование порции топлива.

При этом они постоянно работают в интенсивном режиме с большими перегрузками и из-за этого со временем теряют часть своих технических характеристик, что как следствие приводит к сбоям в работе двигателя. Поэтому ремонт форсунок дизельных двигателей является одним из наиболее востребованных видов обслуживания автомобилей.

Причины ремонта форсунок дизельных двигателей

Основная проблема заключается в том, что любой мотор автомобиля осуществляет свою каждодневную работу в условиях далеких от идеальных. Поэтому можно определить ряд основных факторов, приводящих к отказу в работе форсунок систем топливоподачи дизельных двигателей, а именно:

  • возможное низкое качество дизтоплива на автозаправках, то есть отступление от заявленных отраслевых стандартов, которое будет способствовать неправильному образованию воздушно-топливной смеси в камере сгорания двигателя, что приедет к очень ранней или поздней фазе её воспламенения и как следствие это приведет к прогоранию деталей форсунки;
  • наличие присадок или красителей в дизельном топливе, которое будет способствовать загрязнению внутренних каналов форсунок при постоянной работе в режиме больших давлений и высоких температур;
  • присутствие в автомобильном топливе тяжелых фракций углеводородов, которые будут постоянно откладываться и постепенно накапливаться на корпусе форсунок при каждом запуске и останове двигателя, так как тяжёлые углеводороды неспособны полностью сгорать, или испаряться. При этом они образуют плохо смываемые смолистые отложения или частицы твердой сажи, таким образом, образовавшийся нарост в канале всего в 5 микрометров снижает пропускную возможность форсунку как минимум на 15%;
  • присутствие мелких фракций различных посторонних веществ, таких как металлические частицы, оторвавшиеся при работе от трущихся деталей топливных насосов, а также ржавчины, отделившейся от стенок топливных баков. Это во время прохождения под высоким давлением с большой скоростью через клапаны и сопла будут приводить к износу деталей и эрозии поверхности узлов топливных форсунок.

Признаки неисправности форсунок дизельного двигателя

В независимости от негативных факторов или различных причин, приводящих к неисправностям, в работе топливных форсунок необходимо четко знать и понимать к каким последствиям это может привести. Так, отказ в работе инжектора будет проявляться следующими внешними признаками при работе автомобиля:

  • хорошо ощутимое ослабление мощности, при нагретом двигателе;
  • различные трудности во время запуска мотора;
  • неравномерная работа двигателя на холостом ходу;
  • рывки при ускорении;
  • заметное увеличение расхода топлива,
  • наличие постоянной вибрации в районе двигателя,
  • возникновение своеобразных цокающих звуков;
  • появление дыма (черного или сизого) из выхлопной трубы,
  • медленное достижение высоких оборотов двигателя;
  • превышение допустимого уровня моторного масла в поддоне двигателя;
  • загорается значок «check engine» на панели приборов.

При появлении подобных симптомов необходимо незамедлительно сделать техническую диагностику в специализированной автомастерской для того, чтобы разобраться и выявить точные причины, которые привели к отказу в работе двигателя.

Неисправности форсунок дизельного двигателя

К основным неисправностям, возникающим при работе форсунок дизельного двигателя можно отнести:

  • деформация со временем уплотнительных колец;
  • наличие остатков продуктов сгорания на деталях распылителя;
  • существенный износ распылителя;
  • оплавление кончика распылителя;
  • наличие механических царапин на поверхности сопла;
  • значительное сужение диаметра сопла инжектора;
  • различные механические повреждения деталей форсунки;
  • односторонний механический износ иголки распылителя;
  • износ поверхности поршня по периферии клапана;
  • уменьшение хода поршня клапана или стержня распылителя;
  • наличие ржавчины в фильтре тонкой очистки;
  • наличие гранул ржавчины на игле и стержне распылителя;
  • эрозия уплотнителя высокого давления;
  • синее пятно на штифте распылителя из-за перегрева;
  • перегорание электрической катушки магнита.

Наличие одной или нескольких неисправностей в работе инжектора вовсе не обязательно потребует его дорогостоящей полной замены, так как даже устранение самой серьезной поломки будет стоить не более трети от цены новой форсунки.

Технология ремонта форсунок дизельных двигателей

Стоит знать, что если автомобилист самостоятельно не ремонтировал форсунки, то лучше обратиться в специализированный автосервис, а вот переоценка собственных сил, как правило, приводит в лучшем случае к потере времени и покупке новой форсунки. В худшем случае — это может стать следствием более серьезного повреждения двигателя.

В зависимости от рода и степени неисправности дизельного двигателя технология ремонта современных топливных систем осуществляется в следующей последовательности:

  1. Вначале работу двигателя проверяют на общем стенде диагностики автомобиля, что позволяет локализовать существующую неисправность и отбросить все ложные симптомы срабатывания на отказ, к примеру, из-за сбоев в работе бортовой электроники.
  2. При подтверждении того, что неисправность в работе возникла в контуре топливоподачи дизельного двигателя, автомобиль подключают к специализированному диагностическому стенду для топливных систем, где и происходит определение основных причин и выявление дефектов в работе инжектора.
  3. Если причины отказа в работе форсунки возникли из-за их несильного засорения, то тогда просто производят химическую промывку топливной системы двигателя без демонтажа и прямо на автомобиле при помощи специальных фирменных растворов. Хотя эта методика не даёт 100% результата при более сложном засорении, но она рекомендуется при проведении планового технического обслуживания автомобиля через каждые 30 000 км пробега в целях профилактики. При этом химическая промывка является самым недорогим способом обслуживания топливных систем дизельных двигателей.
  4. Наличие серьезных неисправностей требуют более основательного ремонта форсунок, чтобы устранить все причины, связанные с плохим впрыском дизельных двигателей. Для этого их полностью демонтируют с агрегата и при необходимости очищают от мазута и налетов грязи.
  5. Далее, форсунки полностью разбирают и при этом тщательно осматривают все детали, выявляя возможные механические повреждения и различные дефекты, которые могли стать причиной отказа.
  6. Для очистки от несмываемых налетов или различного вида нагаров детали инжектора помещают в специальную ванну, где производят полную очистку с помощью ультразвука. Время пребывания деталей и узлов в ультразвуковой ванне напрямую зависит от степени загрязнения и должно быть достаточно, чтобы полностью убрать налет смолистых отложений с узлов и корпуса форсунки.
  7. Перед сборкой производят замену всех деталей и узлов инжектора, у которых при осмотре были выявлены механические повреждения или другие дефекты.
  8. После проведения всех ремонтных работ, соблюдая технологическую последовательность, топливные форсунки аккуратно собирают, при этом обязательно комплектуют новыми резинотехническими уплотнителями.
  9. Перед установкой на двигатель, форсунки проверяют на работоспособность с помощью испытательных стендов, при необходимости производят регулировку и записывают выходные параметры для пьезоэлектрических типов форсунок.
  10. Отремонтированные форсунки устанавливают непосредственно на двигатель, при этом рекомендуется обязательно произвести замену на новые, уплотнительных медных шайб и болтов крепления. В заключение производят при необходимости наладку блоков управления двигателя.

Как правило, ремонт комплекта топливных форсунок дизельных двигателей на специализированом авторемонтном центре занимает не более двух дней, а общая стоимость ремонтных работ составит в районе 30% от цены нового комплекта инжектора.

Оборудование для ремонта форсунок дизельных двигателей

Существующее сегодня на рынке оборудование для ремонта форсунок дизельных двигателей можно разделить по технологической сложности и функциональным возможностям на несколько категорий, а именно:

  • профессиональные станции для проверки и диагностики всех видов неисправностей топливных систем, как правило, его могут позволить себе крупные сервисные центры;
  • специализированные стенды для испытания форсунок, которые вполне доступны по цене даже для небольших автосервисов;
  • индивидуальные тестеры для диагностики форсунок как минимум должны присутствовать в каждой автомастерской, специализирующейся на ремонте дизельных двигателей;
  • электронные приборы и измерительные инструменты для выполнения регулировок форсунок;
  • инструменты для разборки и сервиса форсунок
  • ультразвуковые ванны для очистки форсунок.

Только наличие в автосервисе оборудования для диагностики и специализированного инструмента будет, является необходимым условием для проведения качественных работ по ремонту форсунок дизельных двигателей.

Источник

Игорь созерцатель

  • Активность: 63k
  • Пол: Мужчина

Игорь созерцатель

koleso.temaretik.com

Устройство автомобилей



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.



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.

***

Трубопроводы высокого давления дизеля



Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты

k-a-t. ru

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.

Зачем вообще нужны форсунки

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

www. dieselkraft.by



Механические форсунки, форсунки HEUI и Common-Rail — базовое обучение

Вы когда-нибудь задумывались, какие форсунки в вашем грузовике, как они выглядят и даже как работают? В процессе развития систем впрыска дизельного топлива этот компонент превратился из чрезвычайно простого в очень сложный и продвинутый. Причина? Производители двигателей всегда стремятся использовать новейшие и лучшие из доступных инжекторных технологий.Ниже мы проиллюстрировали каждый тип форсунок, с которыми вы столкнетесь в области дизельных пикапов, от механических, которые можно найти в вашем 12-клапанном Cummins, до современных пьезоэлектронных блоков в вашей тихой общей топливной магистрали.

Механические форсунки
Найдено на: GM 6.5L IDI с 82 по 1998 год, Navistar 6.9L и 7.3L IDI с 83 по 94 год, 12-клапанный Cummins 5.9L с 1989 по 1998 г. 24-клапанный

12-клапанный Cummins
Простейший инжектор в дизельном двигателе — это полностью механический блок. При очень небольшом количестве движущихся частей это все, что вы увидите внутри блока Bosch с 12-клапанным двигателем Cummins. Абсолютно свободный от компьютера, говорящего ему, что делать, этот инжектор срабатывает (выскакивает) в соответствии с давлением, подаваемым из впрыскивающего насоса. Как только давление внутри корпуса становится достаточно высоким, обратный клапан поднимается со своего седла, позволяя топливу распыляться через сопло, из наконечника и в цилиндр (или в форкамеру на дизельных двигателях GM и Navistar IDI, перечисленных выше. ). Оставшееся топливо возвращается через корпус форсунки обратно в топливный насос.

Фото 2/7

| 12-клапанный топливный инжектор Cummins

24-клапанный двигатель Cummins
Аналогичен 12-клапанному форсунке Cummins форсунка от ’98 ½ до ’02, используемая в 24-клапанной мельнице. В самом инжекторе нет ничего сложного, и, кроме ступенчатого держателя сопла, он почти идентичен 12-клапанному инжектору. Электронная часть топливной системы от ’98 ½ до ’02 находится в топливном насосе VP44, который, в отличие от более раннего P7100, может изменять синхронизацию и подачу топлива в соответствии с ЭБУ. Несмотря на примитивную конструкцию, механические форсунки выигрывают от простоты управления (например, однократного впрыска), большей доступности и большей надежности, чем новые форсунки с общей топливной магистралью, с их механическими внутренними устройствами, которые, как известно, служат не менее 200 000 миль.

Фото 3/7

| 24 клапана топливной форсунки Cummins

Форсунки HEUI
, найденные на: от ’94 ½ до ’03, рабочий ход, 7,3 л, от ’03 до ’07, рабочий ход 6,0 л,

7.3L Power Stroke
Гидравлически активируемые насос-форсунки с электронным управлением (HEUI) дебютировали в разработанной Caterpillar системе впрыска HEUI, установленной на Navistar 7.3L Power Stroke V-8. В системе используется картерное масло под высоким давлением (вместо дизельного топлива) для воспламенения топливной стороны форсунок. Как только масло покидает масляный насос высокого давления, оно попадает к форсункам по масляным направляющим в каждой головке блока цилиндров. Оттуда масло под давлением до 3000 фунтов на квадратный дюйм в 7,3 л и 3600 фунтов на квадратный дюйм в двигателях 6,0 л может поступать в инжектор через тарельчатый клапан (называемый золотниковым клапаном в случае 6,0 л) после того, как соленоид инжектора получает команду открыть его через компьютерный модуль.

Фото 4/7

| 7 3л Топливная форсунка с силовым ходом

6.0L Power Stroke
В цепной реакции событий, масло под давлением затем толкает поршень усилителя, который толкает поршень на топливной стороне вниз, тем самым заставляя иглу форсунки подниматься со своего седла, распыляя топливо в цилиндр. . Подача топлива проходит через впускной патрубок в нижней половине (топливная сторона) форсунки благодаря механическому подъемному насосу в долине (от ’94 ½ до ’97 7.3L) или электронный блок, установленный вдоль балки рамы (от ’99 до ’03 7.3L и от ’03 до ’07 6.0L). Давление подачи топлива выше, чем в двигателях с обычными системами впрыска, и составляет от 45 до 65 фунтов на квадратный дюйм.

Фото 5/7

| 6 0 л Топливная форсунка с рабочим ходом

Форсунки Common-Rail
Найдено на: с 01 по настоящее время 6,6 л Duramax, с 03 по 2007 г. 5,9 л Cummins, с 2007 г. ½ до 6,7 л Cummins с ’08 по ’10 6,4 л, рабочий ход с ’11 до 6,7 л Мощность Stroke

LB7 Duramax
Система впрыска Common Rail была представлена ​​в 1997 году, но GM была первой из «большой тройки», применившей ее на одном из своих двигателей для ’01 LB7 Duramax.В 2003 году этому примеру последовали 5,9-литровые двигатели Cummins, и даже новый 3,0-литровый двигатель VM Motori V-6 в Ram 1500 и Grand Cherokee 2014 года использовал их. Инжектор Common Rail, оборудованный электромагнитным клапаном (активируемый компьютером двигателя), регулирует количество и синхронизацию топлива, а не впрыскивающий насос, и при необходимости он забирает накопленное топливо из магистрали (-ей). Множественные точные впрыски позволяют этому типу форсунок превосходить своих механических предшественников с точки зрения шума, когда предварительные впрыски предшествуют основному событию, чтобы уменьшить грохот дизеля.Для снижения выбросов используются давления впрыска от 26 000 до 30 000 фунтов на квадратный дюйм и события после впрыска для более чистого горения. Их недостатки включают дополнительную сложность, стоимость и более жесткие допуски, что делает их очень нетерпимыми к загрязненному топливу.

Фото 6/7

| Топливная форсунка Lb7 Duramax

6.4L Power Stroke
В 2007 году Ford представил свой 6.4L Power Stroke ’08 с пьезоэлектрическими форсунками Common Rail, который в настоящее время является самым совершенным форсунком, который вы найдете.Сверхбыстрые операции впрыска стали возможны благодаря использованию пьезоэлектричества, в котором кристаллы и электричество используются в качестве исполнительного механизма для открытия и закрытия инжектора. В случае 6.4L за цикл сгорания происходит пять событий впрыска (два пилотных, одно основное и два дополнительных). Двигатели, оснащенные пьезо-форсунками, вероятно, являются самыми тихими дизелями, которые вы слышите. Кроме того, инжектор этого стиля способен развивать мега-мощность при дополнительной настройке. Пьезо-форсунки также используются в Ford 6.7L Power Stroke и GM ’11, представляющие LML Duramax, будут использоваться в 5,0-литровом двигателе V-8 Nissan Titan от Cummins.

Фото 7/7

| 6 4l Топливная форсунка с силовым ходом

Впрыск дизельного топлива — Журнал Diesel Power

Фото 2/12

| поломка Diesel Fuel Injection Tech

Ключевым ингредиентом для достижения максимальной максимальной производительности дизельного двигателя является увеличение количества сжигаемого дизельного топлива.На старых двигателях с механическим впрыском единственный способ сделать это — изменить форсунки и / или топливный насос. Новые системы электронного впрыска имеют несколько способов увеличить количество топлива, поступающего в цилиндры, но в конечном итоге пиковая выработка мощности все же сводится к механическим ограничениям компонентов впрыска, которые создают давление топлива и впрыскивают дизельное топливо в камеры сгорания.

Топливная система большинства дизельных двигателей состоит из трех основных частей: инжектора, топливного насоса высокого давления и, в некоторых случаях, блока управления двигателем (ЭБУ).В большинстве дизельных двигателей топливные форсунки установлены в головках цилиндров двигателя, а наконечник или сопло форсунки впрыскивает непосредственно в камеру сгорания. Во многих случаях инжектор устанавливается так же, как свеча зажигания в газовом двигателе. Но в отличие от газовых двигателей с впрыском топлива, которые впрыскивают топливо под давлением 10-60 фунтов на квадратный дюйм, системы впрыска дизельного топлива работают в диапазоне от 10 000 до 30 000 фунтов на квадратный дюйм.

Фото 3/12

| ТНВД для дизельного топлива

Насос VE представляет собой аксиально-поршневой насос распределительного типа с механическим управлением.Его входной вал приводится в движение двигателем, а давление топлива осуществляется аксиальными поршнями. Топливо подается в форсунки через распределитель, управляемый портом; это механическое устройство контролирует время и количество топлива, поступающего в каждую форсунку.

Фото 4/12

| Дизельный топливный инжекторный насос bosch Cp3 Common Rail

CP3 — это радиально-поршневой насос для систем впрыска Common Rail высокого давления. Производители, похоже, ориентируют все дизели в сторону системы впрыска Common-Rail.После того, как новый 6,4-литровый двигатель Ford Power Stroke перешел на систему Common Rail от Siemens, все отечественные грузовики с дизельным двигателем 3/4 и 1 тонны теперь будут использовать технологию Common-Rail. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! В системе Common-Rail используется (и) аккумуляторная рейка (и) для поддержания высокого давления топлива; эта рейка (и) подает топливо к форсункам. Насос CP3 функционирует аналогично VP44, но главное отличие состоит в том, что в CP3 нет соленоида для подачи топлива к форсункам. В системе Common-Rail используются либо электромагнитный клапан, либо пьезоэлектрические форсунки для управления количеством топлива и синхронизацией.CP3, используемые в двигателях Cummins и Duramax, очень похожи. Единственное отличие состоит в том, что Duramax CP3 использует разные фитинги для питания двух направляющих (по одной для каждого ряда цилиндров), тогда как Cummins CP3 питает только одну направляющую для всех шести цилиндров.

Модифицированные насосы CP3 доступны для увеличения расхода топлива на 30 процентов, и, в зависимости от других модификаций двигателя, это добавит 60-100 л.с. Также есть комплекты для работы с двумя CP3 на Duramax или Cummins. В этот комплект добавляется второй CP3, приводимый в движение ременным шкивом.Благодаря вдвое большей производительности насоса хорошее давление топлива может поддерживаться при использовании агрессивных форсунок и электроники.

Фото 5/12

| технология впрыска дизельного топлива bosch P7100

P7100, или P-насос, представляет собой насос с прямым впрыском, который использует кулачок для приведения в действие плунжеров для повышения давления топлива. По мнению некоторых фанатиков дизельного топлива, это мать всех ТНВД из-за своих исключительных возможностей. Хотя на 24-клапанном Cummins он был заменен электронным насосом VP44, некоторые сильно модифицированные грузовики сделали шаг назад и заменили VP44 насосом P из-за его способности перекачивать большое количество топлива.

На вторичном рынке предлагаются десятки улучшений производительности для насоса P, что делает его дизельным двигателем Holley на 4 барреля. Только Industrial Injection имеет три уровня модифицированных P7100: Dragon Fly имеет небольшие модификации и использует стандартные 12-миллиметровые насосы, способные подавать топливо 550 куб.см, Dragon Flow использует 13-миллиметровые насосы для подачи 800 куб.см топлива, а Super Dragon Flow использует 14-миллиметровые насосы. на 1400 куб. см подачи топлива. Все эти насосы могут быть изменены по времени.

Фото 6/12

| Дизельное топливо Injection Tech cps Dual Feed Fuel Line

Эта деталь от Industrial Injection увеличивает объем топлива, подаваемого в топливную систему Common Rail, за счет добавления дополнительной линии подачи топлива между насосом и Common Rail.Недостаток системы common-rail заключается в том, что после полного открытия дроссельной заслонки рельс требует времени, чтобы восстановиться до максимального давления топлива. Линии двойной подачи спроектированы таким образом, чтобы вдвое сократить время восстановления рельсов. Также используются менее ограничительные фитинги для увеличения расхода топлива. Industrial Injection утверждает, что эта простая модификация может добавить до 50-70 л.с.

Фото 7/12

| Дизельное топливо Injection Tech 59l Cummins Injector

Этот инжектор Bosch использовался в 12-клапанных двигателях Cummins первого и второго поколения.Единственное отличие состоит в том, что размер впускного отверстия в двух моделях Cummins был немного изменен. Эти гидравлические форсунки срабатывают или лопаются, когда они получают от насоса необходимое количество и давление топлива. Самая распространенная и простая модификация любого инжектора — это удалить сопло и либо увеличить размер отверстий, либо добавить больше отверстий, либо сделать то и другое (в некоторых случаях). На вторичном рынке имеется ряд форсунок, отвечающих потребностям клиентов. Обычно форсунки высокой мощности имеют внутреннюю модификацию, поэтому форсунка и штифт питаются от второго впускного отверстия для топлива.Также могут быть внесены изменения в большинство внутренних компонентов инжектора.

Фото 8/12

| Diesel Fuel Injection Tech bosch Vp44 Впрыскивающий насос

VP44 — это радиально-поршневой насос распределительного типа с электромагнитным клапаном и электронным управлением. Bosch VP44 приводится в движение двигателем, а давление топлива осуществляется несколькими радиальными поршнями. Внутренний радиальный поршень нагнетает топливо, а электромагнитный клапан высокого давления открывает и закрывает выпускное отверстие камеры, которое распределяет определенное количество топлива на каждый из шести форсунок.VP44 имеет встроенный блок управления двигателем, который обменивается данными по шине CAN с главным блоком управления двигателем и требует электрического подъемного насоса для подачи дизельного топлива из топливного бака. Насосы VP44 с горячими стержнями могут добавлять до 100 л.с. благодаря другому программному обеспечению. на ЭБУ насоса, а также внутренние механические модификации для регулировки времени и производительности.

Фото 9/12

| Дизельное топливо Injection Tech 24 Valve Cummins Injector

24-клапанный инжектор очень похож на инжектор, используемый в более старых 12-клапанных двигателях.Он выглядит иначе, потому что в нем используется ступенчатый держатель сопла, но внутри он работает аналогичным образом. Форсунки форсунок модифицируются с использованием электроэрозионной машины (EDM) или процесса экструдирования-хонингования, а иногда и того и другого. В процессе электроэрозионной обработки используются электрод и раствор электролита, тогда как в процессе экструдирования-хонингования используется абразивная жидкость для увеличения размера отверстия.

Фото 10/12

| технология впрыска дизельного топлива heui

HEUI был разработан Caterpillar и используется в 7.3L Power Stroke V-8. Этот инжектор значительно отличается от инжекторов Bosch, потому что он использует масляный насос с приводом от двигателя для подачи масла под высоким давлением в инжектор для повышения давления топлива. Поскольку давление масла используется для повышения давления топлива внутри форсунки, топливный насос высокого давления не нужен. Топливо подается в инжектор под относительно низким давлением (50-70 фунтов на квадратный дюйм), и соленоид управляет потоком масла под высоким давлением, поступающим в плунжерный механизм, для увеличения давления впрыска до 21000 фунтов на квадратный дюйм.Чтобы увеличить поток форсунки, на вторичном рынке либо экструдируют, либо EDM форсунки форсунки, в зависимости от требований заказчика. Также внесены изменения во внутренний насосный механизм форсунки; используются плунжеры большего размера, а внутренние детали обрабатываются иначе. Когда используются сильно модифицированные форсунки, Industrial Injection рекомендует использовать сдвоенные масляные насосы высокого давления, чтобы форсунка не испытывала недостатка масла.

В двигателях Duramax и Cummins используется один и тот же насос Bosch CP3, поэтому логично, что форсунки также очень похожи.

Хотя внешний вид форсунок отличается, внутреннее устройство и функции этих форсунок очень похожи. Электромагнитный клапан в верхней части форсунки регулирует подачу топлива в форсунку из общей магистрали. Большинство доступных микросхем и загрузчиков изменяют время, в течение которого этот соленоид остается открытым, чтобы добавить топлива и, таким образом, увеличить мощность. Для увеличения впрыскиваемого топлива изменяются размер и форма отверстий в форсунках.

Впрыск дизельного топлива

Впрыск дизельного топлива

Магди К.Хаир, Ханну Яэскеляйнен

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Целью системы впрыска топлива является подача топлива в цилиндры двигателя с точным контролем момента впрыска, распыления топлива и других параметров. К основным типам систем впрыска относятся насос-форсунка, насос-форсунка и common rail.Современные системы впрыска достигают очень высокого давления впрыска и используют сложные электронные методы управления.

Основные принципы

Назначение системы впрыска топлива

На характеристики дизельных двигателей сильно влияет конструкция их системы впрыска. Фактически, наиболее заметные успехи, достигнутые в дизельных двигателях, явились прямым следствием превосходной конструкции системы впрыска топлива. Хотя основная цель системы — подавать топливо в цилиндры дизельного двигателя, именно то, как это топливо подается, определяет разницу в характеристиках двигателя, выбросах и шумовых характеристиках.

В отличие от своего аналога двигателя с искровым зажиганием, система впрыска дизельного топлива подает топливо под чрезвычайно высоким давлением впрыска. Это означает, что конструкции компонентов системы и материалы должны быть выбраны таким образом, чтобы выдерживать более высокие нагрузки, чтобы работать в течение продолжительного времени, что соответствует целевым показателям долговечности двигателя. Для эффективной работы системы также необходимы более высокая точность производства и жесткие допуски. Помимо дорогих материалов и производственных затрат, дизельные системы впрыска характеризуются более сложными требованиями к управлению.Все эти функции составляют систему, стоимость которой может составлять до 30% от общей стоимости двигателя.

Основное назначение системы впрыска топлива — подавать топливо в цилиндры двигателя. Чтобы двигатель эффективно использовал это топливо:

  1. Топливо необходимо впрыскивать в нужное время, то есть необходимо контролировать время впрыска и
  2. Необходимо подать правильное количество топлива для удовлетворения требований к мощности, то есть необходимо контролировать дозирование впрыска.

Однако для достижения хорошего сгорания по-прежнему недостаточно подавать точно отмеренное количество топлива в нужное время. Дополнительные аспекты имеют решающее значение для обеспечения надлежащей работы системы впрыска топлива, в том числе:

  • Распыление топлива — обеспечение того, чтобы топливо распылялось на очень мелкие топливные частицы, является основной задачей при проектировании систем впрыска дизельного топлива. Маленькие капли гарантируют, что все топливо испарится и участвует в процессе сгорания.Любые оставшиеся капли жидкости плохо горят или выходят из двигателя. Хотя современные системы впрыска топлива способны обеспечивать характеристики распыления топлива, намного превосходящие то, что необходимо для обеспечения полного испарения топлива в течение большей части процесса впрыска, некоторые конструкции систем впрыска могут иметь плохое распыление в течение некоторых коротких, но критических периодов фазы впрыска. Конец процесса закачки — один из таких критических периодов.
  • Массовое смешивание. Хотя распыление топлива и полное испарение топлива имеют решающее значение, обеспечение того, чтобы испарившееся топливо содержало достаточное количество кислорода во время процесса сгорания, не менее важно для обеспечения высокой эффективности сгорания и оптимальной производительности двигателя.Кислород поступает из всасываемого воздуха, захваченного в цилиндр, и достаточное количество должно быть увлечено топливным жиклером, чтобы полностью смешаться с имеющимся топливом во время процесса впрыска и обеспечить полное сгорание.
  • Использование воздуха — Эффективное использование воздуха в камере сгорания тесно связано с объемным смешиванием и может быть достигнуто за счет комбинации проникновения топлива в плотный воздух, который сжимается в цилиндре, и разделения всего впрыскиваемого топлива на несколько форсунок. .Должно быть предусмотрено достаточное количество форсунок, чтобы уносить как можно больше доступного воздуха, избегая при этом перекрытия форсунок и образования зон, богатых топливом, с дефицитом кислорода.

Основное назначение системы впрыска дизельного топлива графически представлено на Рисунке 1.

Рисунок 1 . Основные функции системы впрыска дизельного топлива

Определение терминов

Для описания компонентов и работы систем впрыска дизельного топлива используется множество специализированных понятий и терминов.Некоторые из наиболее распространенных из них включают [922] [2075] :

Сопло относится к части узла сопла / иглы, которая взаимодействует с камерой сгорания двигателя. Такие термины, как P-тип, M-тип или S-тип сопла, относятся к стандартным размерам параметров сопла в соответствии со спецификациями ISO.

Держатель форсунки или Корпус форсунки относится к части, на которой устанавливается форсунка. В обычных системах впрыска эта часть в основном выполняла функцию крепления форсунки и предварительного натяга игольной пружины форсунки.В системах Common Rail он содержит основные функциональные части: сервогидравлический контур и гидравлический привод (электромагнитный или пьезоэлектрический).

Инжектор обычно относится к держателю сопла и узлу сопла.

Начало впрыска (SOI) или Время впрыска — это время, когда начинается впрыск топлива в камеру сгорания. Обычно он выражается в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD) относительно ВМТ хода сжатия.В некоторых случаях важно различать указанную SOI и фактическую SOI. SOI часто указывается легко измеряемым параметром, таким как время, в течение которого электронный триггер отправляется на инжектор, или сигнал от датчика подъема иглы, который указывает, когда игольчатый клапан инжектора начинает открываться. Точка в цикле, где это происходит, — это обозначенная SOI. Из-за механического отклика форсунки может быть задержка между указанным КНИ и фактическим КНИ, когда топливо выходит из сопла форсунки в камеру сгорания.Разница между фактическим значением SOI и указанным значением SOI заключается в запаздывании инжектора.

Начало поставки. В некоторых топливных системах впрыск топлива согласован с созданием высокого давления. В таких системах начало подачи — это время, когда насос высокого давления начинает подавать топливо в форсунку. Разница между началом подачи и SOI зависит от продолжительности времени, необходимого для распространения волны давления между насосом и инжектором, и зависит от длины линии между насосом высокого давления и инжектора, а также от скорости звука. в топливе.Разницу между началом подачи и SOI можно назвать задержкой впрыска.

Конец впрыска (EOI) — это время в цикле, когда впрыск топлива прекращается.

Количество впрыскиваемого топлива — это количество топлива, подаваемое в цилиндр двигателя за рабочий такт. Часто выражается в мм 3 / ход или мг / ход.

Продолжительность впрыска — это период времени, в течение которого топливо поступает в камеру сгорания из форсунки.Это разница между EOI и SOI, связанная с количеством впрыска.

Схема впрыска. Скорость впрыска топлива часто меняется в течение периода впрыска. На рисунке 2 показаны три распространенные формы нормы: пыльник, пандус и квадрат. Скорость открытия и скорость закрытия относятся к градиентам скорости впрыска во время открытия и закрытия сопла иглы, соответственно.

Рисунок 2 . Общие формы скорости закачки

Множественные события впрыска. В то время как обычные системы впрыска топлива используют одно событие впрыска для каждого цикла двигателя, более новые системы могут использовать несколько событий впрыска. На рисунке 3 определены некоторые общие термины, используемые для описания событий множественной инъекции. Следует отметить, что терминология не всегда последовательна. Событие основного впрыска обеспечивает основную часть топлива для цикла двигателя. Один или несколько впрысков перед основным впрыском, предварительные впрыски, обеспечивают небольшое количество топлива перед событием основного впрыска.Предварительный впрыск можно также называть пилотным впрыском. Некоторые называют предварительный впрыск, который происходит относительно долго перед основным впрыском, как пилотный, а тот, который происходит за относительно короткое время перед основным впрыском, как предварительный впрыск. Инъекции после основных инъекций, пост-инъекции, могут происходить сразу после основной инъекции (близкая постинъекция) или относительно долгое время после основной инъекции (поздняя постинъекция). Постинъекции иногда называют постинъекциями.Хотя терминология значительно различается, близкая повторная инъекция будет называться повторной инъекцией, а поздняя повторная инъекция — повторной инъекцией.

Рисунок 3 . Множественные события инъекции

Термин «разделенный впрыск» иногда используется для обозначения стратегий множественного впрыска, когда основная закачка разделяется на две меньшие закачки приблизительно равного размера или на меньшую предварительную закачку, за которой следует основная закачка.

В некоторых системах впрыска топлива могут возникать непреднамеренные последующие впрыски, когда форсунка на мгновение повторно открывается после закрытия.Иногда их называют вторичными инъекциями.

Давление впрыска постоянно не используется в литературе. Это может относиться к среднему давлению в гидравлической системе для систем Common Rail или к максимальному давлению во время впрыска (пиковое давление впрыска) в обычных системах.

Основные компоненты топливной системы

Компоненты системы впрыска топлива

За некоторыми исключениями, топливные системы можно разделить на две основные группы компонентов:

  • Компоненты стороны низкого давления — Эти компоненты служат для безопасной и надежной подачи топлива из бака в систему впрыска топлива.Компоненты стороны низкого давления включают топливный бак, топливный насос и топливный фильтр.
  • Компоненты стороны высокого давления —Компоненты, создающие высокое давление, дозирующие и подающие топливо в камеру сгорания. К ним относятся насос высокого давления, топливная форсунка и форсунка для впрыска топлива. Некоторые системы могут также включать аккумулятор.

Форсунки для впрыска топлива можно разделить на тип отверстий или дроссельных игл, а также на закрытые или открытые.Закрытые форсунки могут приводиться в действие гидравлически с помощью простого подпружиненного механизма или с помощью сервоуправления. Открытые форсунки, а также некоторые новые конструкции форсунок с закрытыми форсунками могут приводиться в действие напрямую.

Дозирование количества впрыскиваемого топлива обычно осуществляется либо в насосе высокого давления, либо в топливной форсунке. Существует ряд различных подходов к измерению топлива, включая: измерение давления с постоянным интервалом времени (PT), измерение времени при постоянном давлении (TP) и измерение времени / хода (TS).

В большинстве систем впрыска топлива используется электроника для управления открытием и закрытием форсунки. Электрические сигналы преобразуются в механические силы с помощью привода определенного типа. Обычно эти исполнительные механизмы могут быть либо электромагнитными соленоидами, либо активными материалами, такими как пьезокерамика.

Основные компоненты системы впрыска топлива рассмотрены в отдельной статье.

###

Система впрыска насос-форсунка

Система впрыска насос-форсунка

Магди К.Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : В системах впрыска дизельного топлива насос-линия-форсунка (P-L-N) насос соединен с форсункой через топливопровод высокого давления. В системе P-L-N могут использоваться линейные, распределительные / роторные и блочные насосы впрыска. В «классическом» варианте система управляется механически с помощью специализированных компонентов, таких как регулятор.В более новых версиях ряд параметров контролируется электронным способом. Система P-L-N заменяется другими типами систем впрыска топлива в новых конструкциях двигателей.

Введение

Система насос-линия-форсунка (P-L-N), также называемая системой насос-труба-форсунка, в течение многих десятилетий была доминирующим типом системы впрыска дизельного топлива практически во всех дизельных двигателях. Хотя система P-L-N была вытеснена системами впрыска топлива с общей топливораспределительной рампой и насос-форсунками в новых конструкциях двигателей для рынков с наиболее строгими стандартами выбросов, эта топливная система остается популярной на рынках с менее строгими стандартами выбросов.Из-за ее исторического значения знание системы P-L-N необходимо для понимания принципов и постоянного развития системы впрыска дизельного топлива.

Система впрыска насос-линия-форсунка так называемая для создания высокого давления топлива в насосном элементе, передачи импульса давления топлива через линию впрыска высокого давления и последующего распыления этого топлива в цилиндр через форсунку форсунки [ 113] . Было разработано множество конфигураций P-L-N с различным техническим и / или экономическим обоснованием.Большинство систем P-L-N можно разделить на три категории в зависимости от типа нагнетательного насоса:

  • Прямые насосы
  • Насосный агрегат
  • Распределительные (роторные) насосы

Рядные насосы, обслуживающие многоцилиндровые двигатели, содержат столько насосных элементов, сколько цилиндров в двигателе. Насос обычно приводится в действие зубчатым колесом от коленчатого вала и расположен в центральном месте относительно двигателя в сборе. Разработчики двигателя и топливной системы стремятся к тому, чтобы расположение насоса было таким, чтобы все линии впрыска были одинаковой длины между насосом впрыска и входом в форсунки.Из-за сильно пульсирующих систем и волн давления, распространяющихся по узким трубам, управление динамикой линии может быть затруднено и может вызвать неустойчивое поведение впрыска в сопле. Пытаясь свести к минимуму сложности, связанные с динамикой линии, дизайнеры стремятся сделать общую длину линии как можно короче. В некоторых случаях кратчайшая из возможных линий может оказаться слишком длинной для эффективной работы встроенного насоса. Это имеет место на крупных морских и стационарных электростанциях, где огромный размер двигателя не позволяет использовать короткие линии впрыска.Примеры применения этого типа включают двигатели DDC / MTU Series 2000 и MTU / DDC Series 4000. В более старых версиях этих двигателей использовались блочные насосные системы для поддержания коротких линий впрыска между насосом и инжектором. Каждый насос-агрегат устанавливается на двигателе в непосредственной близости от обслуживаемого цилиндра и приводится в действие распределительным валом двигателя. Поскольку в системе насосных насосов для каждого цилиндра используется отдельный насос, эта конфигурация фактически находится где-то между P-L-N и системами насос-форсунок; мы обсудим систему блочного насоса в статье «Насос / насос».

Насосные элементы высокого давления, состоящие из плунжера и цилиндра, изготовлены из высокопрочной инструментальной стали, и между скользящими / вращающимися частями соблюдаются очень жесткие допуски. Эта высокоточная обработка требуется во всех механических компонентах системы впрыска, чтобы обеспечить точное дозирование и синхронизацию впрыска в пределах угла поворота коленчатого вала 1 °. Стоимость таких топливных систем довольно высока, и их трудно оправдать, особенно в двигателях небольших легковых автомобилей.Решением этой проблемы является распределительный насос, в котором один центральный насосный элемент используется для создания высокого давления впрыска. Это топливо высокого давления затем вводится в коллекторную головку или распределительный узел, который направляет его в соответствующий инжектор и цилиндр в соответствии с порядком зажигания двигателя. Уменьшение количества насосных элементов для многоцилиндрового дизельного двигателя до одного снижает стоимость дорогих высокоточных деталей насосного элемента и делает его стоимость более подходящей для рынка небольших автомобилей.

В течение нескольких десятилетий в системах впрыска P-L-N использовалось механическое управление. Были разработаны сложные механические устройства, такие как регуляторы и устройства синхронизации, наддува и управления крутящим моментом, для управления скоростью двигателя и рядом других параметров. С конца 1970-х годов система P-L-N модернизировалась в ходе эволюционного процесса, в котором начальные шаги заключались в простом использовании электрических компонентов для воспроизведения функций, которые ранее выполнялись механическими компонентами. Внедрение электроники в промышленность по производству дизельных двигателей шло медленно, в основном из-за отрицательных финансовых последствий, а также из-за сомнений в надежности электроники в тяжелых условиях применения дизельных двигателей.Неуверенность в том, действительно ли электроника потребуется для соответствия нормам по выбросам, помогая при этом поддерживать хорошие характеристики двигателя, еще больше замедлила продвижение к внедрению электроники в тяжелых дизельных топливных системах. Тем не менее, нормы выбросов продолжали становиться все более жесткими, что вынуждали повышать требования к системе впрыска топлива. Более того, первые демонстрации возможностей электроники помогли сосредоточить внимание на этих разработках и направить больше ресурсов на исследования.Несколько подробное описание «электронизации» линейных и распределительных / роторных насосных систем с особым вниманием к некоторым из их основных, а также новых функций дается в последнем разделе этой статьи.

###

Система впрыска топлива Common Rail

Система впрыска топлива Common Rail

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : В системе Common Rail топливо подается к форсункам из аккумулятора высокого давления, называемого рампой. Рельс питается от топливного насоса высокого давления. Давление в рампе, а также начало и конец сигнала, активирующего форсунку для каждого цилиндра, контролируются электроникой. Преимущества системы Common Rail включают гибкость в управлении как моментом впрыска, так и скоростью впрыска.

Введение

Достоинства архитектуры системы впрыска Common Rail были признаны с момента разработки дизельного двигателя.Ранние исследователи, в том числе Рудольф Дизель, работали с топливными системами, которые содержали некоторые важные особенности современных систем впрыска дизельного топлива с общей топливной магистралью. Например, в 1913 году патент на систему впрыска Common Rail с механически управляемыми форсунками был выдан компании Vickers Ltd. из Великобритании [2092] . Примерно в то же время в Соединенных Штатах был выдан еще один патент Томасу Гаффу на топливную систему для двигателя с искровым зажиганием с прямым впрыском в цилиндр, использующего электромагнитные клапаны с электрическим приводом.Дозирование топлива производилось путем контроля времени, в течение которого клапаны были открыты [2085] . Идея использования клапана впрыска с электрическим приводом на дизельном двигателе с топливной системой Common Rail была разработана Бруксом Уокером и Гарри Кеннеди в конце 1920-х годов и применена к дизельному двигателю Atlas-Imperial Diesel Engine Company в Калифорнии в начале 1930-х годов. [2184] [2183] [2178] [2182] .

Работа над современными системами впрыска топлива Common Rail была начата в 1960-х годах компанией Societe des Procedes Modernes D’Injection (SOPROMI) [2086] .Однако пройдет еще 2–3 десятилетия, прежде чем регулирующее давление подстегнет дальнейшее развитие и технология станет коммерчески жизнеспособной. Технология SOPROMI была оценена компанией CAV Ltd. в начале 1970-х годов, и было обнаружено, что она дает мало преимуществ по сравнению с существующими системами P-L-N, которые использовались в то время. По-прежнему требовалась значительная работа для повышения точности и производительности соленоидных приводов.

Дальнейшая разработка дизельных систем Common Rail началась в 1980-х годах.К 1985 году Industrieverband Fahrzeugbau (IFA) из бывшей Восточной Германии разработал систему впрыска Common Rail для своего грузовика W50, но прототип так и не поступил в серийное производство, и проект был заброшен через пару лет [2096] . Примерно в то же время General Motors также разрабатывала систему Common Rail для применения в своих легких двигателях IDI [2174] . Однако с отменой их программы по производству легких дизельных двигателей в середине 1980-х годов дальнейшее развитие было остановлено.

Спустя несколько лет, в конце 1980-х — начале 1990-х, производители двигателей начали ряд проектов по развитию, которые позже были приняты производителями оборудования для впрыска топлива:

  • Компания Nippondenso доработала систему Common Rail для грузовых автомобилей [2093] [2094] , которую они приобрели у Renault и которая была запущена в производство в 1995 году на грузовиках Hino Rising Ranger.
  • В 1993 году Bosch — возможно, из-за некоторого давления со стороны Daimler-Benz — приобрел технологию UNIJET, первоначально разработанную усилиями Fiat и Elasis (дочерняя компания Fiat), для дальнейшей разработки и производства [2099] .Система Common Rail для легковых автомобилей Bosch была запущена в производство в 1997 году для автомобилей Alfa Romeo 156 [194] 1998 модельного года и Mercedes-Benz C-класса.
  • Вскоре после этого Лукас объявил о контрактах на Common Rail с Ford, Renault и Kia, производство которых начнется в 2000 году.
  • В 2003 году Fiat представил систему Common Rail следующего поколения, способную производить 3-5 впрысков / цикл двигателя для двигателя Multijet Euro 4.

Дополнительную информацию об истории систем Common Rail можно найти в литературе [2178] [2940] .

Целью этих программ развития, начатых в конце 1980-х — начале 1990-х годов, была разработка топливной системы для будущего легкового автомобиля с дизельным двигателем. В начале этих усилий было очевидно, что в будущих дизельных автомобилях будет использоваться система сгорания с прямым впрыском из-за явного преимущества в экономии топлива и удельной мощности по сравнению с преобладающей в то время системой сгорания с непрямым впрыском. Цели разработок включали комфорт вождения, сравнимый с таковым у автомобилей с бензиновым двигателем, соответствие будущим ограничениям выбросов и улучшенную экономию топлива.Рассматривались три группы архитектур топливных систем: (1) распределительный насос с электронным управлением, (2) насос-форсунка с электронным управлением (EUI или насос-форсунка) и (3) система впрыска Common Rail (CR). В то время как усилия по каждому из этих подходов приводят к коммерческим топливным системам для серийных автомобилей, система Common Rail обеспечила ряд преимуществ и в конечном итоге станет доминирующей в качестве основной топливной системы, используемой в легковых автомобилях. Эти преимущества включали:

  • Давление топлива не зависит от частоты вращения двигателя и условий нагрузки.Это позволяет гибко контролировать как количество впрыскиваемого топлива, так и время впрыска, а также обеспечивает лучшее проникновение и перемешивание распылителя даже при низких оборотах двигателя и нагрузках. Эта особенность отличает систему Common Rail от других систем впрыска, в которых давление впрыска увеличивается с увеличением частоты вращения двигателя, как показано на Рисунке 1 [289] . Эта характеристика также позволяет двигателям создавать более высокий крутящий момент на низких оборотах, особенно если используется турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT).Следует отметить, что, хотя системы Common Rail могут работать с максимальным давлением в рампе, поддерживаемым постоянным в широком диапазоне оборотов двигателя и нагрузок, это делается редко. Как обсуждается в другом месте, давление топлива в системах Common Rail можно регулировать в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя, чтобы оптимизировать выбросы и производительность, обеспечивая при этом долговечность двигателя.

    Рисунок 1 . Взаимосвязь между давлением впрыска и частотой вращения двигателя в различных системах впрыска

  • Более низкие требования к пиковому крутящему моменту топливного насоса.По мере развития двигателей с высокоскоростным прямым впрыском (HSDI) большая часть энергии для смешивания воздуха с топливом поступала от импульса распыления топлива, в отличие от вихревых механизмов, используемых в более старых системах сгорания IDI. Только системы впрыска топлива под высоким давлением были способны обеспечить энергию смешивания и хорошую подготовку к распылению, необходимую для низких выбросов ТЧ и УВ. Для выработки энергии, необходимой для впрыска топлива примерно за 1 миллисекунду, обычный распределительный насос должен обеспечивать почти 1 кВт гидравлической мощности за четыре (в 4-цилиндровом двигателе) импульсов длительностью 1 мс на оборот насоса, что создает значительную нагрузку на приводной вал [922] .Одна из причин тенденции к использованию систем Common Rail заключалась в минимизации требований к максимальному крутящему моменту насоса. Несмотря на то, что требования к мощности и среднему крутящему моменту для насоса Common Rail были одинаковыми, подача топлива под высоким давлением осуществляется в аккумулятор, и, таким образом, пиковая скорость потока (и максимальный крутящий момент, необходимый для приведения в действие насоса) не обязательно должны совпадать с событием впрыска корпус с распределительным насосом. Нагнетательный поток насоса может быть распределен на более длительную часть цикла двигателя, чтобы поддерживать более равномерный крутящий момент насоса.
  • Улучшено качество шума. Двигатели DI характеризуются более высоким пиковым давлением сгорания и, следовательно, более высоким уровнем шума, чем двигатели IDI. Было обнаружено, что улучшенный шум и низкие выбросы NOx лучше всего достигаются за счет введения пилотного (ых) впрыска (ов). Это было проще всего реализовать в системе Common Rail, которая была способна обеспечивать стабильную подачу небольшого количества пилотного топлива во всем диапазоне нагрузки / скорости двигателя.

###

Различий между инжекторами HEUI и не-HEUI

Конструкция инжектора

отражена в трех основных концепциях проектирования.Система, основанная на механике, представляла собой систему, основанную на давлении в инжекторе и механическом выпуске. Двухфазная система просто позволяла активировать впрыскивающий насос для создания давления внутри форсунки, чтобы затем поднять обратный клапан и открыть поток топлива под давлением для распыления.

Система электронного блочного впрыска высокого давления (HEUI) стала одной из первых разработок, помогающих произвести революцию в области экологически чистого и бесшумного дизельного двигателя. В отличие от предыдущей конструкции с однократным впрыском топлива, системы HEUI используют гидравлическую активацию с электронным управлением с масляным насосом высокого давления, заставляющим плунжер внутри инжектора открывать иглу для распыления топлива в камеру сгорания.

С добавлением электронного управления система HEUI повысила точность циклов инжектора. Полный цикл хода управляется компьютером топливной системы с гораздо более точным синхронизацией для впрыска и дозирования топлива с более высоким давлением впрыска по сравнению с предыдущей двухступенчатой ​​схемой впрыска.

А с системой форсунок Common Rail несколько форсунок могут срабатывать на разных стадиях, и все они питаются от общей линии подачи топлива под давлением.

Шейн Мэтт из L and M Fuel Injection Service Inc.(Лафайет, Луизиана) говорит: «Включение компьютеров позволяет форсунке распылять более одного раза за цикл сгорания. В старом дизельном топливе все топливо механически впрыскивалось в верхнюю часть поршня, прямо перед верхней мертвой точкой (ВМТ) коленчатого вала, чтобы совпасть с оптимальным тепловыделением от сжатия ».

«В настоящее время, — говорит Мэтт, — непосредственно перед этим пиковым нагревом нарастания сжатия, непосредственно перед ВМТ, форсунки распыляют на такт пилотного впрыска небольшое количество топлива.Как только коленчатый вал проходит верхнюю мертвую точку, остальная часть топлива впрыскивается, так что крутящий момент толкает поршень вниз после ВМТ, при этом ничего, кроме мощности, направленной вниз. В отличие от попадания всего топлива перед ВМТ и необходимости прохождения через верхнюю часть при полной струе, зажигание подается непосредственно перед ним, « помогая » в прохождении через ВМТ с оптимальным остаточным усилием, чтобы прожечь нижнюю часть коленчатого вала. . »

Мэтт утверждает, что система обеспечивает гораздо больший крутящий момент и более тихий двигатель, потому что у вас не будет одного большого взрыва до ВМТ.«Это более плавный и эффективный процесс сжигания топлива. Полное сгорание больше не тратится на ход поршня вверх. Большая часть сгорания происходит при ходе вниз, и, следовательно, возникает дополнительный крутящий момент ».

И так же, как механическая система наддува была заменена на HEUI, гидравлический блок-форсунка, типичный для более старых двигателей 7.3L / 6.0L Power Stroke и DT466E International, теперь постепенно заменяется системой впрыска Common Rail.

В новых системах каждая форсунка используется в качестве распылительной форсунки с постоянной подачей топлива под высоким давлением, постоянно подаваемого в форсунку через общую топливную рампу. Со всеми форсунками, прикрепленными к одной рампе, насос высокого давления подает до 35 000 фунтов. давления на линию. Затем компьютер определяет количество распыляемого топлива и время для этого. Каждый инжектор может распылять различные объемы топлива, до 5 ходов за цикл сгорания. В дополнение к впрыску перед ВМТ система Common Rail может еще 4 раза пульсировать во время движения поршня вниз, обеспечивая повышенный крутящий момент по системе HEUI.

«Из этих крошечных отверстий распыляется 35 000 фунтов топлива, при этом топливо превращается почти в дым, а не в туман», — говорит Мэтт. «При правильном впуске воздуха система Common Rail обеспечивает гораздо более эффективное сжигание с почти 100% воспламенением».

Добавляя кристаллы к электрическому току, пьезоэлектроника теперь добавляется к системе Common Rail, управляющей двумя пилотными распылителями, основным распылителем и двумя опорными распылителями. Пьезоэлектрические форсунки с общей топливной магистралью также тише своих предшественников, но при этом увеличивают мощность и крутящий момент.

В соответствии со спецификациями конструкции, более сложные компоненты и более высокие допуски увеличиваются в развитии форсунок, так же как и нетерпимость к загрязненному топливу. Шейн говорит, что большинство опасностей для форсунок, которые он видит в своей ремонтной службе, возникает из-за грязного топлива, воды в топливе и топлива с недостатком смазки.

«Система дизельного топлива полностью смазывается самим топливом», — говорит Шейн. «Правительство хочет, чтобы почти вся сера была извлечена из дизельного топлива, и процесс, который они используют для удаления серы из топлива, также удаляет смазочные материалы.Процесс гидратации на нефтеперерабатывающем заводе создает «сушильное» топливо, больше напоминающее керосин или авиакеросин. Дизельные двигатели не предназначены для топлива с низкой смазывающей способностью.

«Правильное обслуживание, такое как замена топливного фильтра и присадок, помогает избежать преждевременного износа топливной системы», — советует Мэтт. «Пренебрежение топливным фильтром может нанести ущерб топливной системе, а добавки помогают повысить смазывающую способность, что действительно продлевает срок службы топливных систем. Например, на протяжении многих лет наши клиенты, которые добросовестно используют присадки Hot Shot’s Secret, их топливные системы находятся в безупречном состоянии после более длительного, чем обычно, срока службы.Обычно мы видим их здесь с утечками, а не с изношенными твердыми деталями. С другой стороны, у нас есть такие, которые используют топливо прямо из насоса без добавок, и часто они оказываются здесь раньше, чем следовало бы ».

«У нас есть клиенты, которые также заявляют о дополнительной экономии, просто используя добавки. «При повышении цетанового числа и« горючести »топлива у вас появляется больше БТЕ, с которыми можно работать, — утверждает Шейн. «В состав добавок также входят чистящие средства, которые помогают поддерживать чистоту и работоспособность наконечников форсунок.Мы заметили заметное увеличение срока службы двигателя на 25% при правильном использовании присадок ».

Свидетельство:

«Я использую продукты Hot Shot’s Secret во всем своем дизельном оборудовании. Верно. Сейчас это один из ключевых моментов, потому что вы не можете сдавать образец топлива каждый раз, когда заправляетесь. Никогда не угадаешь, что покупаешь, и никогда не знаешь, упал ли транспортный грузовик с грузом, который был подвергнут серьезной гидроочистке и имел очень низкую смазывающую способность. Зачем рисковать; положите несколько копеек присадок в свой бак, и вы получите не только защиту, но и душевное спокойствие.

Secret Stiction Eliminator от Hot Shot устранил бесчисленное количество проблем для наших клиентов. Во многих случаях они приходят на замену форсунки, но я должен быть честным со своими клиентами и сообщить хорошее соотношение цены и качества. Я продаю им Stiction Eliminator вместо инжектора, и он очень часто решает проблему на долгое время.

Stiction Eliminator вылечил так много проблем для наших клиентов Ford 6.0 л, и они продолжают возвращаться.

В моем автомобиле у меня был подъемник.Я вставил его туда, и через день или два после вождения постукивание исчезло. Он просто очистил подъемник до тех пор, пока он снова не заработал нормально, и двигатель стал намного тише.

Это действительно работает. У меня 5 машин плюс 5 единиц тяжелой техники. Я очень добросовестно использую Stiction Eliminator, FR3 Friction Reducer, Fuel Additives для всего, что у меня есть ».

Шейн Мэтт из L and M Fuel Injection Service Inc. в Лафайете, штат Луизиана

5 ОБЩИЕ СИМПТОМЫ НЕИСПРАВНОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВНЫХ ИНЖЕКТОРОВ

Система впрыска топлива является важным компонентом любого дизельного двигателя.Эта система нагнетает и впрыскивает топливо в воздух, который был сжат в камере сгорания. Функции системы впрыска топлива включают подачу топлива в форсунки, регулировку количества топлива, регулировку момента впрыска и распыление топлива.

Нужное количество топлива должно подаваться в нужный момент в подходящих условиях для процесса сгорания.

Топливные форсунки помогают повысить топливную экономичность, снизить выбросы и снизить потребность в работах по техническому обслуживанию топливной системы.Средний срок службы инжектора дизельного топлива составляет около 100 000 миль. Типичная топливная форсунка состоит из двух основных частей: форсунки и корпуса форсунки. Если какой-либо из этих компонентов забьется или повредится, это поставит под угрозу всю производительность автомобиля.

Вот 5 наиболее распространенных симптомов неисправности форсунок дизельного топлива.

  • Проблема с запуском автомобиля или неравномерная работа на холостом ходу. Двигатель заводится, но не запускается, если вы не проворачиваете его в течение длительного времени. Двигатель работает на холостом ходу с разной частотой вращения.
  • Осечка. Если в автомобиле возникают перебои в зажигании, полная диагностика включает поиск недостающего элемента процесса сгорания. В дизельном двигателе это либо отсутствие впрыска топлива, либо недостаток тепла в камере сгорания. Топливный заряд в одном из цилиндров не воспламеняется или в систему зажигания закачивается низкий уровень топлива.
  • Запах топлива. Запах дизельного топлива в салоне означает, что дизель где-то протекает. Это может быть из-за неисправной форсунки, из-за которой топливо вытекает из форсунки, когда она не активна.
  • Грязные выбросы. Засоренные фильтры и отложения в форсунках приводят к неравномерному или неполному сгоранию топлива, в результате чего зона автомобиля вокруг выхлопной трубы становится грязной и из выхлопной трубы выходит белый дым.
  • Повышенный расход топлива и плохие мили на галлон. Неисправные форсунки сжигают больше топлива и напрямую влияют на производительность и эффективность вашего автомобиля.

Чистые топливные форсунки необходимы для максимальной производительности вашего дизельного двигателя. Любой из вышеперечисленных симптомов может указывать на проблемы с топливными форсунками, которые нельзя игнорировать.К ним относятся загрязненные, забитые или негерметичные форсунки. Если вы на своем автомобиле проехали более 100 000 миль без замены топливных форсунок, пришло время проверить их у профессионала.