Паливні форсунки бензинових і дизельних двигунів: види, будову та принцип роботи

Використання форсунок (інжекторів) дозволило зробити роботу автомобільного двигуна більш економічною і контрольованою в порівнянні з карбюраторними системами. Їх головне завдання — забезпечення точного дозування палива, що подається в камеру згоряння, в певний момент часу і освіту оптимальної паливоповітряної суміші. Застосовуються форсунки і на бензинових, і на дизельних моторах. Конструктивно вони являють собою складні пристрої високої точності обробки.

Функції та види форсунок

Паливна форсунка, або інжектор, являє собою своєрідний клапан, робота якого контролюється блоком управління (ЕБУ) двигуна. Це дозволяє подавати паливо, що знаходиться під високим тиском, строго обмеженими порціями і в заданий момент часу. Залежно від типу системи упорскування форсунка може встановлюватися в різних місцях. Так, при моновриску вона розташовується перед дроселем у впускному трубопроводі. В системі з розподіленим уприскуванням форсунки встановлюються в ГБЦ перед клапанами. При цьому для кожного циліндра передбачається свій окремий інжектор. У двигунах з безпосереднім уприскуванням форсунки знаходяться у верхній частині циліндра, подаючи паливо відразу в камеру згоряння.

За способом управління (типу приводу) інжектори поділяють на такі типи:

  • механічні;
  • електромагнітні;
  • електрогідравлічні;
  • п’єзоелектричні.

Пристрій механічної форсунки

Механічні форсунки застосовуються на дизелях. Принцип їх роботи заснований у впливі зусилля тиску палива на запірну пружину. Коли тиск в системі вище опору пружини, голка піднімається і відбувається вприскування. Після того як тиск падає, голка повертається у вихідне положення. Варто відзначити, що тиск таких форсунок дизельних двигунів дуже низький, а тому вони рідко застосовуються в сучасному автомобілебудуванні.

Електромагнітні і гідромеханічні інжектори можуть мати:

  • клапан форсунки зі сферичним профілем;
  • штифтової клапан;
  • дисковий клапан.

Як влаштована електромагнітна форсунка двигуна

Такий тип інжекторів використовується переважно в бензинових системах, включаючи двигуни з безпосереднім уприскуванням. За функціональним призначенням електромагнітні форсунки розділяються на пускові (наприклад, в системі «K-Jetronic») і робочі. Останні можуть бути центральними (виконують точковий впорскування) і індивідуальними (розподіляють паливо по циліндрах).

Пристрій електромагнітної форсунки

Конструктивно електромагнітна форсунка найпростіша. Її основними елементами є:

  • герметичний корпус;
  • роз’єм для підключення до електричного кола;
  • замикає пружина;
  • обмотка збудження клапана;
  • якір електромагніту;
  • голка;
  • ущільнювачі;
  • сопло;
  • фільтр-сіточка форсунки;
  • розпилювач.

У заданий момент часу ЕБУ двигуна подає напругу на обмотку збудження, що забезпечує формування електромагнітного поля, що впливає на якір з голкою. У цей момент зусилля стиснення пружини стає менше магнітної сили, якір втягується, голка піднімається і звільняє сопло інжектора. Клапан керування форсунки двигуна відкривається, і відбувається вприскування палива під високим тиском. Коли блок управління припиняє подачу енергії на обмотку, пружина повертає голку у вихідне положення.

Всупереч поширеній помилці, сама електромагнітна форсунка бензинового двигуна не створює тиск. Тиск в системі створюється паливним насосом.

Електромагнітні форсунки підбираються залежно від потужності двигуна. Перш за все, необхідно знати, який опір у форсунок. У заводському виконанні вони бувають низькоомні (2-6 Ом) і високоомні 12-16 Ом. При низькому опорі може бути встановлений додатковий резистор в 6-8 Ом, який знизить споживання струму.

Принцип дії електрогідравлічною форсунки

Пристрій електрогідравлічної форсунки двигуна

Електрогідравлічний інжектор (насос-форсунка) — це форсунки паливні дизельні. Вони підходять для типових ТНВД і систем Common Rail. Складаються такі форсунки з наступних елементів:

  • сопло;
  • пружина;
  • камера управління;
  • дросель зливу;
  • якір електромагніту;
  • магістраль зливу палива;
  • роз’єм для підключення до електричного кола;
  • обмотка збудження;
  • штуцер подачі палива;
  • дросель на впуску;
  • поршень;
  • голка розпилювача.

У момент початку циклу керуючий елек
тромагнітний клапан форсунки повністю закритий. Паливо в системі тисне на поршень, що знаходиться в камері управління, а голка інжектора щільно притиснута до сідла. ЕБУ двигуна подає напругу на обмотку збудження електромагнітного клапана. Дросель зливу відкривається, і паливо надходить в зливну магістраль.

Дросель впуску, в свою чергу, не дозволяє миттєво вирівняти тиск на впуску і в камері управління. Таким чином, на деякий проміжок часу зусилля, що впливає на поршень, зменшується, а тиск на голку залишається високим. Ця різниця тисків і забезпечує підйом голки і впорскування палива.

Особливості роботи п’єзоелектричної форсунки

Пристрій п’єзоелектричній форсунки двигуна

Це виключно дизельна форсунка, яка вважається найбільш прогресивною, оскільки забезпечує більш швидке спрацьовування, максимально точне дозування і дозволяє виконувати багаторазовий уприскування протягом одного циклу. Вона застосовується в дизельних двигунах Common Rail. П’єзоелектричні форсунки двигуна складаються з таких деталей:

  • голка;
  • ущільнювачі;
  • блок дроселів;
  • пружина запору голки;
  • переключающий клапан форсунки;
  • пружина клапана;
  • поршень клапана;
  • п’єзоелемент;
  • зливна магістраль;
  • поршень штовхача;
  • фільтр;
  • роз’єм для підключення до мережі живлення;
  • нагнетательная магістраль.

Принцип роботи такого інжектора заснований на зміні довжини пьезоелемента при подачі на нього напруги. У початковому положенні голка під впливом тиску палива посаджена на сідло. Коли ЕБУ двигуна посилає сигнал на п’єзоелемент, останній, змінюючи довжину, впливає на поршень штовхача. Клапан перемикання форсунки відкривається, і паливо подається на злив. Аналогічно електрогідравлічним системам, створюється різниця низького тиску над голкою і високого під нею, і вона піднімається, виконуючи впорскування дизпалива. Кількість останнього при цьому регулюється тривалістю подачі напруги на п’єзоелемент пьезофорсунками і тиском у паливній рампі двигуна.

Робочі параметри і несправності інжекторів

Однією з основних характеристик форсунки є факел розпилу. Для забезпечення коректної роботи двигуна паливо повинне розпорошуватися під високим тиском і на велику площу. При цьому розміри крапель пального повинні бути якомога менше. Це дозволяє прискорити процес згоряння і зменшити витрату палива. Якщо ж подача бензину або дизеля буде здійснюватися струменем, виникнуть провали в роботі двигуна, збільшиться кількість сажі у вихлопі. Відбувається це, коли розпилювач інжектора забруднюється.

Також важливим параметром є час уприскування форсунок, або лаг відкриття і закриття. Він залежить від безлічі параметрів напруги, рівня тиску і типу палива. Вимірюється лаг лабораторним методом, в ході якого визначається кількість пролитого палива за одиницю часу.

Незважаючи на складний пристрій, паливні інжектори мають тривалий термін експлуатації. В середньому він становить від 100 до 150 тисяч кілометрів пробігу. Основною вимогою для забезпечення тривалості роботи форсунок є якість палива і своєчасний технічний огляд автомобіля.