Как работают форсунки на бензиновом двигателе

Проверка бензиновых форсунок от А до Я

Топливная форсунка играет важную роль в приготовлении рабочей смеси бензина с воздухом, как по количественному её составу, так и по ещё более главному свойству в настоящий момент – качественному распылению. Именно это больше всего влияет на недоступные ранее способности двигателя по экономичности и чистоте выхлопа.

Принцип работы инжекторной форсунки

Как правило, в бензиновых моторах применяются электромагнитные форсунки, работа которых основана на управлении подачей топлива электрическими импульсами, формирующимися электронной системой управления двигателем (ЭСУД).

Импульс в виде скачка напряжения поступает на обмотку соленоида, что вызывает намагничивание расположенного внутри него штока и перемещение его внутрь цилиндрической обмотки.

Со штоком механически связан клапан распылителя. Топливо, находящееся в рампе под строго регулируемым давлением, начинает поступать через клапан на выходные отверстия, мелкодисперсно распыляется и смешивается с входящим в цилиндр воздухом.

Количество бензина за один цикл работы определяется суммарным временем циклового открытия клапана.

Суммарным – потому что клапан может открываться и закрываться несколько раз за цикл. Это необходимо для обеспечения более тонкой работы двигателя на очень бедной смеси.

Например, для инициации горения можно подать небольшое количество обогащённой смеси, а потом применять уже более бедный состав для поддержания горения и обеспечения нужной экономичности.

Таким образом, хорошая форсунка становится достаточно технологичным узлом, к которому предъявляются высокие, а иногда противоречивые требования.

Форсунки обладают точным значением пропускной способности при заданном перепаде давлений между рампой и впускным коллектором. Поскольку дозирование осуществляется только временем нахождения в открытом состоянии, то количество впрыснутого бензина не должно зависеть ни от чего другого.

Хотя нужной точности всё равно добиться не удаётся, и применяется петля обратной связи по сигналам датчика кислорода в выхлопной трубе. Но у него достаточно узкий рабочий диапазон, при выходе из которого работа системы нарушается, и ЭСУД высветит ошибку (Check) на приборной панели.

Признаки неисправности форсунок бензинового двигателя

Существует две общих неисправности инжектора – нарушение количественного состава смеси и искажение формы факела распыления. Последнее также снижает качество смесеобразования.

Поскольку особую важность представляет качественное соблюдение состава смеси при пуске холодного двигателя, то и наиболее явно проблемы с форсунками проявляется именно в этом режиме.

Инжектор может «переливать», когда клапан не в состоянии удержать давление бензина и переобогащённая смесь откажется воспламеняться, а свечи будут забросаны бензином в жидкой фазе. Такой двигатель без продувки дополнительным воздухом уже не завести.

Конструкторы даже предусматривают специальный режим обдува свечей, для чего надо полностью утопить педаль акселератора и прокрутить двигатель стартёром, топливо при этом полностью перекрывается. Но даже это не поможет, когда закрытая форсунка не держит давление.

Недостатки распыления могут привести к обеднению рабочей смеси. Мощность мотора упадёт, снизится динамика разгона, возможны пропуски зажигания в отдельных цилиндрах, что вызовет зажигание лампы на панели приборов.

Любые отклонения в составе смеси, в том числе и по причине её недостаточной гомогенизации, приведут к значительному увеличению расхода топлива. Необязательно это будет означать слишком богатую смесь, бедная повлияет точно так же, поскольку снизится общая эффективность двигателя.

Может возникнуть детонация, выйдет из теплового режима и разрушится каталитический нейтрализатор, появятся хлопки во впускной коллектор или глушитель. Двигатель потребует немедленной диагностики.

Способы проверки форсунки

Чем сложнее применяемая при диагностике аппаратура, тем точнее можно определить причины произошедшего и назначить необходимые меры по устранению проблемы.

Читайте также:  Крышка грм на эсперо

Проверка питания

Наиболее простым способом контроля поступающих на разъём инжектора импульсов будет подключение к его питающему контакту светодиодного индикатора.

При вращении вала стартером светодиод должен мигать, что свидетельствует о приблизительной исправности ключей ЭСУД и самом факте её попыток открыть клапаны, хотя поступающие импульсы могут и не иметь достаточной мощности.

Точную информацию могут дать только осциллограф и имитатор нагрузки.

Как измерить сопротивление

Активный характер нагрузки можно проверить с помощью омметра, входящего в состав универсального мультиметра (тестера). Сопротивление обмотки соленоида указывается в паспортных данных форсунки, как и его разброс.

Показание омметра должны подтвердить соответствие данных. Сопротивление измеряется при отсоединённом разъёме между питающим контактом и корпусом.

Но помимо сопротивления обмотка должна обеспечивать нужную добротность и отсутствие короткозамкнутых витков, что простейшими способами не определить, но обрыв или полное замыкание вычислить можно.

Проверка на рампе

Если снять с коллектора рампу с форсунками в сборе, то можно оценить состояние распылителей более точно. Погрузив каждый инжектор в прозрачную пробирку и включив стартёр наблюдать распыление топлива можно визуально.

Факелы должны иметь правильную коническую форму, содержать только неразличимые глазом отдельные капельки бензина, а главное быть одинаковыми по всем подсоединённым форсункам. При отсутствии управляющих импульсов выделения бензина из клапанов быть не должно.

Проверка форсунок на стенде

Самую точную и полную информацию о состоянии распылителей может дать специализированная установка. Форсунки снимаются с двигателя и устанавливаются на стенд.

Прибор имеет несколько режимов работы, один из которых является тестовым. Установка проводит циклирование в различных режимах, собирая выделенное топливо и измеряя его количество. Помимо этого, работа инжекторов видна сквозь прозрачные стенки цилиндров, можно оценить параметры факелов.

Результатом станет появление цифр производительности раздельно по каждому прибору, которые должны соответствовать паспортным данным.

Как самостоятельно почистить устройство подачи топлива

Тот же стенд имеет функцию очистки форсунок. Но при желании это можно сделать и в гаражных условиях. Используется стандартная чистящая жидкость и несложное приспособление, собранное из подручных средств.

Самодельная установка представляет собой автомобильный электрический бензонасос, помещённый в сосуд с очистителем инжекторов. Шланг от насоса подсоединяется к входному штуцеру форсунки, а на её питающий разъём через микропереключатель кнопочного типа подаётся питание от аккумулятора.

Многократно прогнав через распылитель содержащую мощные растворители отложений жидкость можно добиться существенного восстановления распылительных свойств прибора, что станет ясно по изменению формы факела.

Неподдающуюся очистке форсунку придётся заменить, не всегда её дефект связан с загрязнением, возможна коррозия или механический износ.

Чистка форсунки не снимая с двигателя

Очистить инжекторы вполне возможно и без полной разборки узлов впрыска. При этом очищающая жидкость (сольвент) позволяет двигателю работать в процессе промывки.

Растворитель отложений подаётся из отдельной установки, промышленной или самодельной, в напорную магистраль рампы. Излишки смеси поступают обратно в расходный бачок через трубопровод обратки.

Данный способ имеет как достоинства, так и недостатки. Преимуществом будет экономия на сборочно-разборочных процедурах, а также неизбежных при этом затратах на расходные материалы и детали. Заодно очистятся и прочие элементы, например клапаны газораспределительного механизма, рампа и регулятор давления. Снимется также нагар с поршней и камеры сгорания.

Недостатком станет недостаточная эффективность раствора, вынужденного сочетать моющие свойства с топливными функциями, а также некоторая рискованность процедуры, когда отмытый шлак путешествует по элементам топливной системы и попадает в масло. Нелегко придётся и катализатору.

Дополнительным неудобством станет также и отсутствие визуального контроля за эффектом очистки. О результатах можно будет судить только по косвенным признакам. Таким образом данный способ можно рекомендовать только как профилактическую процедуру с обязательной заменой масла в двигателе.

Источник

Принцип работы форсунки

Принцип работы форсунки

Форсунка – это электромагнитный клапан, который управляется специальной программой в блоке управления двигателем. Благодаря форсунке топливо в цилиндры подается дозированно. Когда говорят об инжекторе, имеют в виду систему управляемых форсунок.

Читайте также:  Как узнать сколько пар полюсов у асинхронного двигателя

Существуют различные виды форсунок для:

— центрального впрыска топлива;

— распределенного впрыска топлива;

— непосредственного впрыска топлива.

Топливная форсунка — элемент инжекторной системы современного автомобиля.

Именно этот элемент отвечает за исполнение команды подачи топлива в цилиндр.

Как работает форсунка

Топливная форсунка не что иное как кран. Да, это кран, на который подается напряжение 9-15 вольт, катушка электромагнита притягивает иглу и топливо, факелом, выходит из нее.

Типовая схема работы топливной форсунки

Принцип работы форсунок

К каждой форсунке топливо от топливной рампы подается под определенным давлением. На электромагнит форсунки поступают электрические импульсы от блока управления двигателем. Они приводят в действие специальный игольчатый клапан, который открывает и закрывает канал в форсунке. Чем дольше поступаемый электрический импульс, тем дольше открыт игольчатый клапан, и тем больше подается топлива. Время открытия игольчатого клапана регулирует блок управления двигателем. Помимо этого, разновидности форсунок позволяют создавать разные формы и направленность факела распыляемого топлива, что существенно влияет на процесс смесеобразования.

Расположение форсунок в двигателе автомобиля

В таблице ниже указано расположение форсунок в двигателе в зависимости от типа впрыска топлива.

Тип впрыска топлива Расположение форсунок
Центральный впрыск Одна или две форсунки располагаются во впускном трубопроводе перед дроссельной заслонкой. Таким образом, форсунка заменяет устаревшую технологию – карбюратор.
Распределенный впрыск Для каждого цилиндра установлена своя форсунка, которая осуществляет впрыск топлива во впускной трубопровод цилиндра. Форсунка располагается у основания впускного трубопровода
Непосредственный впрыск Форсунки располагаются в верхней части стенок цилиндра и впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания.

Общий вид форсунки системы «Коммон рейл» фирмы «Бош» показан на рисунке.

Рис. Разрез электрогидравлической форсунки фирмы Бош: 1 – отводящий дроссель; 2 – игла; 3 – распылитель; 4 – пружина запирания иглы; 5 – поршень управляющего клапана; 6 – втулка поршня; 7 – подводящий дроссель; 8 – шариковый управляющий клапан; 9 – шток; 10 – якорь; 11 – электромагнит; 12 – пружина клапана

Форсунка состоит из:

Шарик клапана прижимается к седлу с усилием пружины и электромагнита. Сила пружины рассчитана на давление до 100 кг/см2, что значительно ниже давления в линии высокого давления (250…1800 кг/см2), поэтому только при приложении усилия электромагнита шариковый клапан не отойдет от седла, отделяя аккумулятор от линии слива. Игла распылителя форсунки в нерабочем состоянии прижимается к седлу пружиной распылителя – это предотвращает попадание воздуха в форсунку при пуске двигателя.

Рис. Принцип действия электрогидравлической форсунки: а – форсунка в закрытом состоянии; b – форсунка в открытом состоянии; c – фаза закрытия форсунки

При создании давления в аккумуляторе, оно действует как на конусную поверхность иглы, так и на поршень управляющего клапана 5. Поскольку площадь рабочей поверхности поршня на 50% больше площади конусной поверхности иглы, игла распылителя продолжает прижиматься к седлу.

При подаче напряжения от блока управления на электромагнит 11, шток 9 якоря штока поднимается и открывается шариковый управляющий клапан 8. Давление в камере управления 7 падает в результате открытия дроссельного отверстия и топливо пропускается из зоны над поршнем управляющего клапана в зону слива. Давление на поршень управляющего клапана падает, так как подводящее дроссельное отверстие управляющего клапана имеет меньшее сечение чем отводящее. Запорная игла 2 при этом под действием высокого давления в кармане распылителя 3 открывается. Количество подаваемого топлива зависит от времени подачи напряжения в электромагнит 11, а значит от времени открытия шарикового управляющего клапана 8. При прекращении подачи напряжения на электромагнит 11, якорь под действием пружины опускается вниз, при этом шариковый управляющий клапан закрывается, давление в камере управления восстанавливается через специальный жиклер. Под действием давления топлива на поршень управляющего клапана 5, имеющего диаметр больше диаметра иглы, последняя закрывается.

На входе топлива в форсунку установлен аварийный ограничитель подачи топлива. Он предотвращает опорожнение аккумулятора через форсунку с зависшей иглой или клапаном управления, а также повреждение соответствующего цилиндра дизеля. В нем используется принцип возникновения разницы давлений по обе стороны от клапана 1 при прохождении топлива через его жиклеры 2. Сечение жиклеров, за­тяжка пружины 3 и диаметр клапана подобраны по максимальной продолжительности и расходу, т.е. подаче топлива.

Рис. Аварийный ограничитель подачи топлива через форсунку

В системах «коммон рейл» первых поколений общее количество горючей смеси, впрыскиваемой в цилиндр, разделялось на предварительное и основное. Однако более гармоничной является такая схема сгорания, когда во время одного рабочего такта горючая смесь будет разделена на возможно большее количество частей. До сих пор добиться этого было невозможно по причине инерционности традиционных форсунок с электромагнитным управлением.

Читайте также:  Детский бандаж шина фрейка

Одним из путей совершенствования системы «коммон рейл» является увеличение быстродействия открытия форсунки. Минимальное время открытия форсунки для электромагнита с подвижным сердечником составляет 0,5 мс, что не позволяет оперативно изменять подачу топлива. Для более быстрого срабатывания форсунки в настоящее время применяется пьезокерамическая форсунка, которая работает вчетверо быстрее.

Известно, что при подаче электрического напряжения на пьезокерамическую пластинку она на несколько микрон изменяет свою толщину.

Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом форсунки, представляет собой параллелепипед длиной 30…40 мм, состоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок (кристаллов), расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс, чего достаточно чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н. При этом для управления пьезоэлементом используют напряжение бортовой сети автомобиля.

Для усиления пьезоэффекта в керамику добавляют палладиум и цирконий. Пьезоэлемент потребляет энергию только при подаче напряжения и регенерирует ее при выключении напряжения, таким образом, являясь регенератором энергии.

Использование пьезоэлемента, кроме быстроты срабатывания, обеспечивает большую силу открытия клапана сброса давления над иглой форсунки и высокую точность хода для быстрого сброса давления подачи топлива.

Электрогидравлическая форсунка с пьезоэлементом показана на. Основными составляющими форсунки являются модуль исполнительного элемента, состоящего из пьезоэлектрического элемента и его составляющих, модуль плунжера, состоящего из поршней, амортизатора давления и пружины, клапан переключения, игла. Для окончательной очистки топлива применяется специальный стержневой фильтр.

Рис. Разрез пьезоэлектрогидравличе­ской форсунки: 1 ­– патрубок рециркуляции; 2 – электрический разъем; 3 – стержневой фильтр; 4 – корпус форсунки; 5 – пьезоэлектричесий элемент; 6 – сопряженный поршень; 7 – поршень клапана; 8 – клапан переключения; 9 – игла форсунки; 10 – амортизатор давления

Увеличение длины модуля исполнительного элемента преобразуется модулем соединителя в гидравлическое давление и перемещение, воздействующие на клапан переключения. Модуль плунжера действует как гидравлический цилиндр. На него постоянно воздействует давление подачи топлива 10 кгс/ см2 через редукционный клапан в обратной магистрали.

Топливо выполняет роль амортизатора давления между плунжером соединителя выпускного дросселя 8 и плунжером клапана 5 в модуле плунжера. Из пустого закрытого инжектора (присутствует воздух) воздух удаляется при стартерном пуске двигателя (с частотой вращения вала стартера). Помимо этого, инжектор наполняется топливом, подаваемым погруженным в топливном баке насосом, проходящим через управляемый обратный клапан против направления потока топлива.

Клапан переключения состоит из пластины клапана, плунжера клапана 5, пружины клапана и пластины дросселя 3. Топливо под давлением протекает через впускной дроссель 4 в пластине дросселя к игле форсунки и в камеру над иглой форсунки. Благодаря этому происходит выравнивание давления над и под иглой форсунки. Игла форсунки удерживается в закрытом положении силой пружины форсунки. При нажиме плунжера клапана 5 открывается канал выпускного дросселя и топливо под давлением вытекает через выпускной дроссель 8 большего размера, расположенный над иглой форсунки. Топливо под давлением поднимает иглу форсунки, в результате чего происходит впрыск. Благодаря быстрым командам на переключение пьезо-электрического элемента за один рабочий такт друг за другом производятся несколько впрысков.

Рис. Принцип работы пьезофорсунки: 1 – игла форсунки; 2 – пружина форсунки; 3 – пластина дросселя; 4 — впускной дроссель; 5 – плунжер клапана; 6 – линия высокого давления; 7 – соединительный элемент; 8 – выпускной дроссель; а – форсунка закрыта; б — форсунка открыта

Источник

Ответы на самые частые вопросы пользователей рунета
Добавить комментарий

Adblock
detector