Форсунка (в обиходе механиков и автолюбителей эта деталь часто называется инжектором) – это ключевой элемент современного дизельного двигателя. Ее основная цель – эффективно подавать топливо в камеру сгорания, предварительно дозировав и распылив необходимый объем. С учетом достаточно сложных условий эксплуатации дизельных моторов (высокая температура и давление) от качества изготовления составных элементов инжектора и совершенства конструкции во многом зависит эффективность работы всего силового агрегата. Чтобы контролировать исправность мотора, надо прежде всего понять устройство и принцип работы форсунки дизельного двигателя. Совместно со специалистами центра по обслуживанию моторов постараемся рассмотреть основные моменты, классификацию и различия в конструкции инжекторов.
Назначение
Наличие в конструкции силового агрегата топливных форсунок характерно не только для дизельных, но и для бензиновых двигателей. Это связано с принципом работы установки, в которой предусмотрена эффективная система прямого впрыска топлива в камеры сгорания. Воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется под воздействием высокого давления. На практике эффективность работы у дизельных форсунок гораздо выше, чем у аналогичных бензиновых инжекторов.
Логично предположить, что высокий КПД двигателя, работающего на дизельном топливе, возможна только при использовании качественных комплектующих, способных обеспечивать своевременную подготовку и подачу топливной смеси внутрь камеры сгорания. Вот основные задачи, которые выполняет инжектор:
- Непосредственный впрыск дизтоплива в камеру сгорания.
- Дозировка необходимого объема горючего, которое позволяет обеспечить заданную мощность силового агрегата.
- Распыление топлива, что гарантирует более эффективное и полное сжигание смеси.
- Герметичность системы.
Симптомы неисправности
Если форсунка неравномерно распределяет топливо в камере сгорания наблюдаются такие симптомы:
- ухудшение динамических характеристик;
- стук из подкапотного пространства, который можно спутать со стуком шатуна;
- троение двигателя из-за неправильной работы какого-либо из цилиндров.
О чрезмерном износе форсунке говорят:
- сизый дым во время движения;
- слишком черный выхлоп;
- повышенная вибрация и шум мотора.
При визуальном осмотре можно увидеть подтеки солярки возле неисправных форсунок. Также может наблюдаться запах топлива, усиливающийся после остановки. Неполадки требуют срочного вмешательства, так как возможно возгорание горючего и пожар в подкапотном пространстве.
Устройство дизельных форсунок
Сегодня производители дизельных авто активно пользуются внушительным количеством инжекторов, различающихся по конструкции и принципу работы. Несмотря на ряд различий, каждое из устройств состоит из одинаковых деталей и элементов. К таковым следует отнести:
- Корпус, где размещены основные детали и элементы агрегата.
- Распылитель в форме иглы. Этот элемент отвечает за распределение топлива в надпоршневом пространстве двигателя.
- Плунжер. Металлический стержень, который за счет движения внутри корпуса создает необходимый уровень давления.
- Пружина запирания, отвечающая за фиксацию иглы в рабочем положении.
- Штуцер подвода горючего в дизельную форсунку.
- Управляющий клапан, позволяющий эффективно решить сразу две задачи – дозировать топливную смесь и устанавливать регулярность впрыскивания в камеру сжигания.
- Фильтр очистки топлива. Ключевой элемент общей системы очистки в дизельном силовом агрегате.
- Штуцер обратного отвода. Отвечает за то, чтобы убрать из форсунки остатки топлива, не попавшие в камеру сжигания.
При производстве форсунок изготовители обязательно предусматривает наличие электронного блока управления. В него входят автоматические датчики и приборы контроля, которые непрерывно следят за процессами, протекающими в устройстве, обеспечивают эффективную работу инжектора и силового агрегата в целом.
или перезвони 7 (921) 932-25-54
Механические форсунки: устройство и принцип работы
Система питания топливом дизельного двигателя с форсунками с механическим управлением – одна из разновидностей, встречающаяся в современных авто. В топливный насос высокого давление поступает горючее из бака, за счет работы подкачивающего насоса создается необходимое давление, которое и прокачивает смесь по топливопроводам.
Насос высокого давления отвечает за распределение и нагнетание топливной смеси в магистрали, которые ведут к механической форсунке. Она открывается для впрыска порции горючего в цилиндры под давлением. После снижения давления механизм закрывается. У простого механического инжектора упрощенная конструкция: корпус, распылитель, игла и одна пружина. Запорная игла свободно двигается по направляющему каналу. Сопло плотно перекрыто в тот момент, когда ТНВД не создает рабочее давление. В нижней части игла опирается на коническое уплотнение распылителя, а прижим осуществляется за счет пружины, закрепленной сверху устройства.
Распылитель – один из ключевых элементов в устройстве механического инжектора. Он может иметь различное количество отверстий и различаться способом регулировки объема топлива в камеры сгорания. У простых дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания обычно распылитель имеет одно отверстие и иглу. Более совершенные силовые агрегаты с системой непосредственного впрыска топлива оснащаются форсунками с несколькими распылительными отверстиями – от 2 до 6 в зависимости от модели авто.
Способ и интенсивность подачи топливной смеси напрямую связаны с конструкцией распылителя, т.к. существует два варианта работы:
- Перекрытие каналов.
- Перекрываемый объем.
Первый тип предполагает, что подача горючего прекращается за счет перекрытия каждого отверстия иглой форсунки. Во втором случае игла перекрывает не отверстие, а образовавшуюся в нижней части распылителя камеру. Под воздействием давления, нагнетаемого топливным насосом, игла поднимается, а топливо проникает в корпус под образовавшейся ступенькой. В тот момент, когда давление поступаемого топлива становится выше исходного усилия прижимной пружины, игла начинает двигаться вверх, открывая канал распылителя. Топливо под давлением проходит этот участок и распыляется в камеру сгорания в форме факела.
После этого часть горючего, поданного ТНВД, попадает в камеру сгорания. Давление на ступеньке иглы снижается, усилия пружины возвращают ее в исходное рабочее положение и перекрывают канал. Это позволяет исключить поступление дизтоплива в распылитель.
Исторический экскурс
На этапе появления двигателей внутреннего сгорания Рудольф Дизель рассчитывал в качестве топлива применять угольную пыль, вдуваемую через форсунку сжатым воздухом. При сгорании угля с единицы массы получалось мало тепла, что заставило ученного перейти на более высококалорийное топливо. Бензин не получилось применить из-за его взрывоопасности. Предпочтение было отдано керосину.
В 1894 году Рудольфу Дизелю удалось сделать удачный запуск двигателя, топливо в который подавалось при помощи форсунки. Для осуществления впрыска использовался пневматический компрессор. Создаваемое им давление превышало силу, возникающую внутри цилиндра. Из-за этого такой вид двигателя получил название компрессорного дизеля.
Гидравлический впрыск топлива появился чуть позже. Он применяется по сей день, постоянно совершенствуясь. Изобретателем такого способа подачи топлива является французский инженер Сабатэ. Он же предложил делать многократный впрыск. Подавая солярку в несколько этапов, удается получить больше полезной энергии с единицы топлива.
В 1899 году Аршаулов сконструировал дизель с топливным насосом высокого давления, работающий в паре с бескомпрессорной форсункой. Такое техническое решение оказалось успешным, поэтому дизели с ТНВД используются по сей день.
Наиболее современные дизельные системы питания имеют компьютерное управление форсункой и подстраиваются под режим работы двигателя. В зависимости от типа камеры сгорания возможны вариации топливоподачи. Для обеспечения стабильной работы дизеля различного типа смесеобразования появились многодырчатые и штифтовые форсунки.
Электромеханические форсунки
В дальнейшем производство систем топливоподачи для дизельных моторов только совершенствовалось, что привело к появлению на рынке форсунок, у которых топливная смесь подается в камеру сгорания за счет комбинированного электромеханического воздействия. Различие заключается в том, что в таком инжекторе игла форсунки перемещается не под воздействием давления от ТНВД, а за счет управляемого электромагнитного клапана. Этот элемент контролируется электронным блоком управления двигателя, поэтому без соответствующего сигнала топливная смесь не может попасть в распылитель.
ЭБУ является ключевым элементом системы распределения, который отвечает за момент и длительность топливного впрыска в камеру сгорания. Именно блок управления дозирует количество топлива за счет подачи определенного количества импульсов на клапан. Рабочие параметры импульсов зависят от частоты вращения коленчатого вала, режима работы и температуры силового агрегата и других исходных параметров.
К примеру, в системе топливоподачи Common Rail форсунка электромеханического типа способна осуществлять подачу топливной смеси за счет нескольких раздельных импульсов. За один цикл солярка впрыскивается в камеру сгорания до 7 раз. Такой режим работы дизельной форсунки позволяли существенно увеличить давления впрыска и улучшить КПД системы. За счет того, что топливо подается дозированно, давление газов на поршень меняется плавно. Смесь распределяется по цилиндрам мотора более равномерно, лучше распыляется и эффективнее сгорает.
За счет такого подхода производителям удалось полностью перераспределить задачу по управлению впрыском с традиционного ТНВД на усовершенствованный ЭБУ. Система впрыска с электронным управлением работает более слаженно и точнее, за счет чего дизельный силовой агрегат становится более экономичным, экологичным (топливо сгорает лучше) и одновременно мощным. Уменьшилась степень вибраций и шумов в процессе работы, общий эксплуатационный ресурс мотора стал намного больше.
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.
Принцип работы насоса-форсунки
Дизельная насос-форсунка – это особенный вид системы питания силового агрегата, в которой отсутствует ТНВД. Принцип работы заключается в том, что насос низкого давления на первом этапе подает топливо напрямую к инжектору, в котором предусмотрена плунжерная пара для создания необходимого рабочего давления. В дальнейшем этот элемент приводится к действие за счет прямого воздействия кулачков распределительного вала. Такая система впрыска топлива обеспечивает более эффективное распыление за счет создания повышенного давления.
Как отмечают конструкторы и механики, отсутствие топливного насоса высокого давления не ухудшили характеристики дизельного мотора. Наоборот, силовой агрегат стал более компактным, а часть его мощности перестала расходоваться на постоянное вращение ТНВД. Инжекторы системы насос-форсунки позволяют подавать топливо всего за два импульса благодаря усовершенствованному электрическому клапану.
Общий принцип работы такого механизма схож с механическим инжектором с двумя пружинами. Сначала осуществляется подвпрыск, а потом в цилиндр поступает основная порция топлива. Система максимально точно выбирает момент начала впрыска и эффективнее дозирует горючее. За счет этого обеспечивается экономичный расход топлива, тихий и плавный ход силового агрегата. Содержание токсичных газов в выхлопе заметно ниже, ведь топливная смесь практически полностью сгорает.
Единственным минусом такой системы видится прямая зависимость давления впрыска от частоты вращения коленчатого вала. Специалисты отмечают высокие требования к качеству моторного масла, сложность исполнения конструкции, невозможность самостоятельного ремонта и трудности с техобслуживанием. Соответственно, возрастает цена мотора и затраты на его обслуживание.
Почему стоит ремонтировать форсунки у профессионалов?
Как видите, система впрыска топлива в дизельном двигателе – сложный механизм, каждая деталь которого имеет важное значение. Именно поэтому рекомендуем не экспериментировать, а доверить ремонт форсунок опытным специалистам. В нашем сервисном центре имеется диагностическое и ремонтное оборудование, позволяющее устранить неполадки с дизельным мотором любого авто, вне зависимости от года выпуска и комплектации. Работы проводятся в течение 1 дня, с использованием оригинальных комплектующих производителей.
Диагностика поломки
Выявив симптомы неисправности форсунок необходимо провести их диагностику. Наиболее тщательная проверка проводится при помощи диагностического стенда. С его помощью можно уловить даже наименьшее отклонение в работе системы впрыска.
При отсутствии диагностического стенда можно определить неисправную форсунку следующим методом. Требуется запустить двигатель и довести обороты коленвала до такого значения, при котором отчетливо будет слышна нестабильность работы мотора. После этого требуется поочередно отсоединять форсунки от топливной магистрали. Двигатель будет менять звук работы. При отключении неисправного элемента топливной системы работа мотора не поменяется. Главным недостатком такого способа является невозможность точно определить причину, вызвавшую нарушения в системе впрыска.
Предыдущий способ был предназначен для обнаружения неисправности без снятия форсунок с двигателя, поэтому на точность определения неисправности влияет исправность всех остальных систем автомобиля. Так, например, некачественная свеча зажигания может привести к неправильному определению неисправной форсунки. Для устранения неточностей возможно сравнение работы форсунки с контрольным образцом.
Равномерность факела неисправной и контрольной форсунок
В топливную систему автомобиля устанавливается тройник. К нему подключается проверяемая и контрольная форсунка. К нетестируемым элементам желательно перекрыть подачу топлива. После этого необходимо начать вращать коленвал. Если форсунка неисправна, то ее факел будет отличатся от эталона, как показано на рисунке.
