Схема форсунок дизельных двигателей

От воды и от езды: почему ломаются дизельные топливные форсунки, и как их ремонтируют

Форсунка служит для подачи топлива в камеру сгорания под большим давлением в мелко распыленном виде и обеспечивает четкую отсечку подачи топлива в конце впрыска. На дизелях применяют форсунки нескольких типов: открытые или закрытые, с распылителем, имеющим одно отверстие (сопло) или несколько. Закрытые форсунки могут быть штифтовые или бесштифтовые. На дизелях марок «ЯМЗ» , «КамАЗ», «ЗИЛ» применяют закрытые бесштифтовые форсунки. Форсунка называется закрытой, так как сопла в распылителе закрыты иглой и только в момент впрыска топлива сообщаются с камерой сгорания. Для выхода топлива распылитель имеет четыре сопла диаметром 0,34 мм.

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.

Статья в тему: Датчик детонации

Устройство форсунки двигателя ЯМЗ

Форсунка дизелей марки «ЯМЗ» состоит из корпуса, в котором имеется центральное отверстие под штангу и наклонный топливный канал; распылителя с тщательно обработанным осевым отверстием под иглу и топливных каналов. В нижней части распылителя имеются четыре сопла, кольцевая проточка и два глухих отверстия под штифты. Игла распылителя имеет цилиндрическую направляющую часть, конусные пояски в средней и нижней частях. Распылитель с иглой крепится к корпусу накидной гайкой. В верхней боковой части находится прилив с резьбовым отверстием под топливный штуцер с фильтрующей сеткой. В центральной верхней части имеется резьба под резьбовую втулку, в центральной части которой находится резьбовое отверстие под регулировочный винт с контргайкой. Нижняя часть винта является верхней опорной тарелкой под возвратную пружину иглы распылителя.

Топливный насос высокого давления

дизеля ТНВД КамАЗ-740

На штанге в верхней части крепится нижняя опорная тарелка пружины, в нижней части запрессован шарик для плотной посадки иглы на седло. Резьбовая втулка в верхней части закрыта колпач-ковой гайкой с резьбовым отверстием под дренажный трубопровод. Топливо подводится к форсунке через штуцер с сетчатым фильтром и поступает по наклонному каналу корпуса в кольцевую проточку распылителя. Затем топливо по трем каналам проходит в кольцевую полость (средней части распылителя), расположенную под утолщенной (с конусным пояском) частью иглы. Под действием топлива, поступающего в полость, игла поднимается, сжимая возвратную пружину. Сопла распылителя открываются, и топливо впрыскивается в камеру сгорания. После окончания впрыска давление топлива падает и под действием возвратной пружины игла плотно садится на седло в распылителе. Давление впрыска топлива регулируется регулировочным винтом с контргайкой в резьбовой втулке затяжкой возвратной пружины иглы распылителя. Топливо, просочившееся между иглой и распылителем, отводится дренажным трубопроводом в бак.

Принцип работы механической форсунки

Принцип работы системы питания дизеля с механическим управлением форсунки состоит в следующем. К топливному насосу высокого давления (ТНВД) подается горючее из топливного бака. За подачу отвечает подкачивающий насос, который создает низкое давление, необходимое для прокачки солярки по топливопроводам.

Далее ТНВД в нужной последовательности осуществляет распределение и нагнетание горючего под высоким давлением в магистрали, ведущие к механической форсунке. Каждая форсунка данного типа открывается для очередного впрыска порции солярки в цилиндры под воздействием высокого давления топлива. Снижение давления приводит к закрытию дизельной топливной форсунки.

Простой механический инжектор имеет корпус, распылитель, иглу и одну пружину. В устройстве запорная игла свободно движется по направляющему каналу распылителя. Сопло форсунки плотно перекрывается в тот момент, когда нет нужного давления от ТНВД. Внизу игла опирается на уплотнение распылителя, имеющее коническую форму. Прижим иглы реализован посредством закрепленной сверху пружины.

Распылитель является одной из важнейших составных деталей среди других элементов в устройстве инжекторной форсунки. Распылители могут иметь разное количество распылительных отверстий, отличаться способом регулировки подачи топлива.

Простые дизельные моторы, которые имеют разделенную камеру сгорания, зачастую получают распылитель с одним отверстием и иглой. Дизельные моторы, которые устроены на основе непосредственного впрыска топлива, оборудованы форсунками с несколькими распылительными отверстиями. Число отверстий в таком распылителе колеблется от двух до шести.

Подача топлива регулируется зависимо от конструкции распылителя, так как существуют два основных типа подобных решений:

• распылитель с возможностью перекрытия каналов;
• распылитель с перекрываемым объемом;

В первом случае игла форсунки перекрывает подачу горючего путем перекрытия каждого отверстия. Второй тип форсунок означает, что игла перекрывает своеобразную камеру в нижней части распылителя.

Статья в тему: 7 вещей в авто, которые должен проверить водитель, прежде чем тронуться с места

Давление топлива, нагнетаемого ТНВД, заставляет иглу подниматься благодаря наличию на поверхности такой иглы специальной ступеньки. Солярка проникает в корпус под указанной ступенькой. В момент, когда давление горючего сильнее усилия, которое создает прижимная пружина, игла движется вверх. Таким образом открывается канал распылителя. Дизтопливо под давлением проходит через распылитель и происходит его распыл в форме факела. Так реализован впрыск топлива.

Далее определенное количество горючего, которое подается насосом высокого давления, пройдет через распылитель и попадет в камеру сгорания. После этого давление на ступеньке иглы начинает снижаться, в результате чего игла от усилия пружины возвращается в исходное положение и плотно перекрывает канал. Тогда подача солярки в распылитель полностью прекращается.

Форсунки дизелей:

а — ЯМЗ-236; б — КамАЗ-740; 1 — игла распылителя; 2 — медная шайба; 3 — кольцевая полость; 4— распылитель; 5— накидная гайка; 6— штифт; 7— шарик; 8 — корпус; 9 — штанга; 10 — тарелка пружины; 11 — пружина; 12 — регулировочный винт, 13 — стакан пружины; 14 — контргайка; 15 — колпак; 16 — прокладка; 17 — втулка; 18 — сетчатый фильтр; 19 — уплотнитель штуцера; 20 — штуцер; 21 и 23 — каналы; 22 — кольцевая проточка; 24 — латунный стакан; 25 — головка блока цилиндров; 26 — проставка; 27 — уплотнительное кольцо; 28 — регулировочные шайбы; 29 — опорная шайба.

Значение топливной форсунки для дизельного мотора

В современных дизельных моторах топливная форсунка является важнейшим элементом подачи горючего в камеру сгорания каждого цилиндра силовой установки. В зависимости от используемой системы управления впрыском топлива насос-форсунки могут отличаться по модели, форме, размеру и способу управления.

С одной стороны, использование топливных форсунок позволило существенно повысить эффективность сгорания дизельного топлива. Достоинством новой технологии стала оптимизация расхода горючего, увеличение мощности силовой установки, снижение шумности работы и уменьшение уровня вредных веществ в отработанных газах.

С другой стороны, повысились требования к качеству дизельного топлива. Дело в том, что топливная форсунка сильно подвержена загрязнению от различных примесей в низкокачественном топливе. Восстановление работоспособности или ремонт насос-форсунки обходятся недешево.

Несмотря на это благодаря топливным форсункам современные дизельные двигатели стали экономными и выгодными с точки зрения эксплуатации, особенно если речь идет о поездках на дальние расстояния. Благодаря централизации подачи и распределения горючего работа силовой установки стала более эффективной и надежной.

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.

Форсунки для дизельных двигателей – ухаживаем за ними правильно!

Форсунки для дизельных двигателей – это детали топливной аппаратуры, которые наиболее подвержены износу. Считаются самыми простыми в обслуживании и проведении диагностики в условиях сервисных центров. От того, насколько эффективно работают форсунки, зависит качество сгорания топлива в цилиндрах двигателя, его запуск, динамика разгона автомобиля, экономичность и количество вредных выбросов.

Форсунки для дизельных двигателей – что это?

В зависимости от типа распылителей и топливной системы максимальное давление форсунок дизельных двигателей в распылителе в момент впрыска составляет порядка 200 МПа, а время – от 1 до 2 миллисекунд. От качества впрыска зависит уровень шума двигателя, количество выбросов в атмосферу сажи, окислов азота и углеводорода.

Современные модели различаются по форме корпуса, размеру распылителей, а также по способу управления. Отличие различных типов форсунок состоит в использовании различных систем впрыска и видов распылителей, которые бывают штифтовыми и дырчатыми. Штифтовые применяют в двигателях с форкамерной системой зажигания, дырчатые устанавливаются на дизелях с непосредственным впрыском топлива.

По способу управления детали делятся на однопружинные, двухпружинные, с датчиками контроля положения иглы и управляемые пьезоэлектрическими элементами. Кроме всего прочего, схема форсунки дизельного двигателя зависит от способа ее монтажа в головке цилиндров: при помощи фланца, хомута или путем вворачивания в гнездо.

Принцип работы форсунки дизельного двигателя – кратко о сложном

Основное назначение таких деталей заключается в дозировании и распылении топлива, а также герметичной изоляции камеры сгорания. В результате исследований были разработаны насосы-форсунки, которые устанавливаются в каждый цилиндр по отдельности. Принцип работы форсунки дизельного двигателя нового типа заключается в том, что она функционирует от кулачка распределительного вала через толкатель. Подача и слив топлива осуществляется через специальные каналы в головке блока. Дозирование топлива происходит через блок управления, который подает сигналы на запорные электромагнитные клапаны.

Работает насос-форсунка в импульсном режиме, что позволяет перед основным впрыском произвести предварительную подачу топлива. В результате чего значительно смягчается работа двигателя и снижается уровень токсичных выбросов.

Топливные форсунки в большинстве случаев нуждаются в простом уходе, чаще всего, для того чтобы вернуть их в рабочее состояние, достаточно просто их очистить и промыть. Независимо от того, сколько форсунок в двигателе, случается, что при резком нажатии на педаль газа ощущаются рывки и провалы или ощутимо снижается мощность, мотор начинает неустойчиво работать на низких оборотах, значит, произошла закупорка каналов форсунки твердыми смолянистыми отложениями. Что же делать?

Промывка форсунок дизельного двигателя – способы реализации

Загрязнение этого элемента ведет к нарушению распыления топлива и приводит к неправильному образованию воздушно-топливной смеси. В идеале пульверизация должна быть максимально равномерной. Основной источник загрязнения – содержащиеся в топливе смолы. Промывка форсунок дизельного двигателя может устранить все нарушения подачи топлива в цилиндры.

Процесс очистки форсунок предусматривает удаление различных загрязнений в топливных каналах. В настоящее время применяется несколько способов:

• чистка форсунок дизельных двигателей с помощью ультразвука;
• промывка форсунок топливом с добавлением специальных присадок;
• промывка с использованием специальных жидкостей на стендах;
• промывка вручную.

Для автомобилистов наиболее приемлемым является последний вариант, поскольку он позволяет проводить работы по очистке форсунок в домашних условиях. Однако в запущенных случаях приходится обращаться к услугам автоцентров, где проводится очистка при помощи ультразвука, что является более жестким способом. К данному виду очистки рекомендуется прибегать только в случае, если промывка специальными жидкостями не дала положительного результата.

Форсунка дизельная

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.

Назначение

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:

· впрыск топлива внутрь камеры сгорания;

· 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:

· 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.

Форсунки и корпуса форсунок дизельных двигателей

Форсунки и их корпуса служат в качестве соединительного элемента между насосом подачи топлива и двигателем.
Их основными функциями являются: участие в дозировании топлива; распыливание топлива; обеспечение характеристик впрыскивания; герметизация камеры сгорания.

Дизельное топливо впрыскивается при максимальных величинах давления порядка 1200 бар, значения которых в будущем, вероятно, будут еще выше. В этих условиях дизельное топливо перестает вести себя как сплошная несжимаемая жидкость и становится сжимаемым. Во время короткого времени подачи (в пределах 1 мс) топливо в системе высокого давления как бы сжимается — поперечное сечение соплового отверстия форсунки определяет количество топлива и распределение его в камере сгорания двигателя.
В соответствии с длиной, диаметром отверстия и его направлением форсунка оказывает основное влияние на образование факела топлива с соответствующими изменениями показателей мощности, расхода топлива и токсичности отработавших газов двигателя.
В определенных пределах возможно обеспечить оптимальное управление, определяемое ходом запорной иглы форсунки и регулированием ее характеристики.
Распылительное сопло должно обеспечивать герметичность системы впрыскивания топлива при чрезмерном нагреве до температур порядка 1000°С и при высоком давлении газов в камере сгорания двигателя. Для предупреждения противотока горящих газов, когда сопла форсунки все еще открыты, давление в камере повышенного давления форсунки должно быть выше, чем давление в камере сгорания. Это требование становится особенно важным в конце впрыскивания (когда уменьшение давления впрыска сопровождается чрезмерным возрастанием давления продуктов сгорания). Оно может быть обеспечено только тщательным согласованием работы насоса впрыскивания топлива, распылительного сопла и запорной иглы.

Конструкции

Конструкции Дизели с разделенными камерами сгорания (предкамерами и вихревыми камерами) требуют разработки форсунок, отличающихся от используемых в неразделенных камерах сгорания. Для данных камер сгорания используются закрытые форсунки (с запорной иглой), имеющие распылитель с одним отверстием и обычно оснащенные иглами, открывающими одно отверстие. Двигатели с непосредственным впрыскиванием топлива с неразделенными камерами сгорания обычно требуют применения форсунок со многими распылительными отверстиями.

Дроссельно-игольчатые форсунки

Один распылитель (тип DN..SD..) и один корпус форсунки (тип КСА с резьбовым соединением) обычно используются в двигателях с предкамерой и вихревой камерой. Стандартный корпус форсунки имеет резьбу М 24х2 и отворачивается 27-миллиметровым гаечным ключом.

Форсунки DN 0 SD в основном имеют диаметр иглы 6 мм с нулевым углом факела. Применяются и распылители с коническим углом факела (например, 12° для DN 12 SD..). Когда пространство для установки форсунок ограничено, то используются корпуса меньших размеров (например, КСЕ).

Штифтовой распылитель:
1 — нажимной штифт; 2 — распылитель; 3 — игла; 4 — впускной канал; 5 — камера сжатия; 6 — распылительное отверстие; 7 — штифт распылителя

Отличительной характеристикой штифтовых форсунок является изменение отверстия распылителя (и, следовательно, скорости потока) в виде функции хода иглы.

Сопло в виде распылительного отверстия показывает немедленное возрастание проходного сечения во время открытия иглы. Штифтовые форсунки характеризуются очень плавным ростом сечения при средних величинах хода иглы. В пределах этого диапазона хода штифт иглы остается в распыливающем отверстии. Пропускное отверстие для потока состоит только из небольшого углового зазора между отверстием распыления большего размера и штифта иглы. При возрастании хода иглы она полностью открывает отверстие распылителя с последующим существенным возрастанием размера отверстия.

Это изменение отверстия, чувствительного к длине хода, может использоваться для организации в определенной степени управления законом впрыскивания. В начале впрыскивания из форсунки в камеру сгорания вводится только ограниченное количество топлива, а основная его часть подается в конце цикла. Такая последовательность впрыскивания снижает жесткость процесса сгорания.

При малом сечении отверстия и излишне малом ходе иглы ускоряется возвращение иглы из зоны дросселирования. Впрыскиваемое количество топлива, приходящееся в единицу времени, резко возрастает, и, соответственно, повышается жесткость процесса сгорания. Подобное влияние оказывается при использовании чрезмерно малых отверстий в конце цикла впрыска топлива — объем, перемещаемый закрывающейся иглой форсунки, ограничивается более узким отверстием. Результат — увеличение продолжительности такта впуска топлива. Таким образом, конфигурация отверстия должна точно соответствовать закону подачи топлива насосом с учетом специфических условий процесса сгорания топлива.

Во время работы двигателя в дросселирующем зазоре происходит коксование (отложение нагара). Уровень формирования отложения определяется качеством топлива и условиями работы двигателя. В большинстве случаев для прохода топлива остается только 30-процентное сечение по отношению к исходному. Значительно меньшие и более ровные отложения обнаруживаются на плоских игольчатых форсунках, в которых кольцевое отверстие между корпусом форсунки и штифтом почти равно нулю. Уменьшение площади пропускного сечения потока способствует повышению эффекта самоочищения.

Температуры свыше 220°С ускоряют образование нагара на форсунках. Для предотвращения этого явления применяются тепловые экраны, передающие тепло от камеры сгорания к головке блока цилиндров. Для выполнения отверстий распыления, которые бы соответствовали точным геометрическим допускам,используются наиболее совершенные технологии.

Многоструйные распылители

Для форсунок этого типа имеются разнообразные комплекты распылителей (DHK). В противоположность штифтовым, многоструйные распылители обычно устанавливаются в заранее заданном положении для обеспечения правильного соотношения между угловым расположением сопловых отверстий и камерой сгорания двигателя. По этой причине для установки комплекта, включающего форсунку и корпус, в головке блока цилиндров обычно используются выступы или банджо-болты, а дополнительное винтовое удерживающее устройство обеспечивает необходимую ориентацию. Многодырчатые форсунки используют диаметры игл 6 и 5 мм (размерность S) и 4 мм (размерность Р). Пружины форсунок должны соответствовать различным диаметрам игл и предельным величинам давлений во время открытия (>180 бар).

Многоструйный распылитель: 1 — нажимной штифт; 2 — распылитель; 3 — игла распылителя: 4 — впускной канал; 5 — камера высокого давления; 6 — распыливающее отверстие; 7 — закрытый объем; 8 — угол между распыливающими отверстиями

В конце впрыскивания существует опасность засасывания в форсунку продуктов сгорания, поэтому необходимо предотвращать нестабильность гидравлических процессов. Диаметр запорной иглы и ее пружина должны тщательно подбираться с целью обеспечения надежной герметизации топливной форсунки. Существуют три различных варианта закрытого объема в концевом конусе форсунок многодырчатого типа: конический закрытый объем, цилиндрический закрытый объем и запираемые отверстия. В зависимости от типа распыливающего отверстия, в конце
впрыскивания топлива в форсунке остается некоторый заданный объем топлива, который затем испаряется и в камеру сгорания попадают пары топлива.

Этот объем уменьшается в следующем порядке в зависимости от выбираемых вариантов форсунок: штифтовая форсунка, форсунка с запираемыми отверстиями и плоско-игольчатая форсунка. Выпуск углеводородов в составе отработавших газов двигателя уменьшается в том же порядке в зависимости от уровня испарения топлива.

Длина распылительного отверстия ограничивается механической прочностью конуса форсунки. В настоящее время минимальная длина соплового отверстия впрыска топлива составляет 0,6. 0,8 мм для цилиндрических и конических закрытых объемов. Для форсунок с запираемыми объемами допустима длина соплового отверстия 1 мм, но только в том случае, когда для производства распылительных отверстий используются специальные методы обработки.

Тенденцией является уменьшение длины отверстия, так как это позволяет в основном обеспечивать лучший контроль над снижением дымности отработавших газов. Для обеспечения допусков по пропускной способности в пределах ±3,5% для форсунок многодырчатого типа может быть использован процесс сверления. Дополнительные прецизионные процедуры (например, гидроэрозионная обработка) могут применяться в пределах допусков ±2% для конкретных случаев применения. Однако термостойкость материалов ограничивает максимальные температуры для однодырчатых форсунок приблизительно до 270°С. Во время работы в особо трудных условиях следует иметь в распоряжении термозащитные втулки, а также охлаждаемые топливные форсунки для двигателей с большим рабочим объемом.

Формы распылителей:
1 — штифтовой распылитель;
2 — штифтовой распылитель с плоскоусеченной иглой: 2а — вид сбоку; 2b — вид спереди; 3 — многоструйный распылитель с коническим закрытым объемом; ; 4 — многоструйный распылитель с цилиндрическим закрытым объемом; 5 — распылитель с

Уважаемый посетитель! Мы физически не можем отвечать на каждый комментарий..
Для того, чтобы Вы могли самостоятельно (или с помощью ближайшего автосервиса) устранить неисправности дизеля, мы разработали ОнлайнДиагностику. Это интерактивное руководство, которое содержит все известные причины неисправностей дизельных двигателей и указывает пути достижения правильной работы конкретного двигателя.

Приглашаем вас воспользоваться ОнлайнДиагностикой прямо сейчас!