Форсунка, инжектор – назначение, виды, устройство, принцип работы
Форсунка (другое название — инжектор), являясь конструктивным элементом системы впрыска, предназначена для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.
Форсунка используется в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей. На современных двигателях устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска.
В зависимости от способа осуществления впрыска различают следующие виды форсунок: электромагнитная, электрогидравлическая и пьезоэлектрическая.
Электромагнитная форсунка
Электромагнитная форсунка устанавливается, как правило, на бензиновых двигателях, в т.ч. оборудованных системой непосредственного впрыска. Форсунка имеет достаточно простое устройство, включающее электромагнитный клапан с иглой и сопло.
Работа электромагнитной форсунки осуществляется следующим образом.
В соответствии с заложенным алгоритмом электронный блок управления обеспечивает в нужный момент подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана. При этом создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло. Производится впрыск топлива. С исчезновением напряжения, пружина возвращает иглу форсунки на седло.
Электрогидравлическая форсунка
Электрогидравлическая форсунка используется на дизельных двигателях, в т.ч. оборудованных системой впрыска Common Rail. Конструкция электрогидравлической форсунки объединяет электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.
Принцип работы электрогидравлической форсунки основан на использовании давления топлива, как при впрыске, так и при его прекращении. В исходном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Впрыск топлива не происходит. При этом давление топлива на иглу ввиду разности площадей контакта меньше давления на поршень.
По команде электронного блока управления срабатывает электромагнитный клапан, открывая сливной дроссель. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль. При этом впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не изменяется, под действием которого игла поднимается и происходит впрыск топлива.
Пьезоэлектрическая форсунка
Самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива, является пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка). Форсунка устанавливается на дизельных двигателях, оборудованных системой впрыска Common Rail.
Преимуществами пьезофорсунки являются быстрота срабатывания (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана), и как следствие возможность многократного впрыска топлива в течение одного цикла, а также точная дозировка впрыскиваемого топлива.
Это стало возможным благодаря использованию пьезоэффекта в управлении форсункой, основанного на изменении длины пьезокристалла под действием напряжения.
Конструкция пьезоэлектрической форсунки включает пьезоэлемент, толкатель, переключающий клапан и иглу, помещенные в корпусе.
В работе пьезофорсунки, также как и электрогидравлической форсунки, используется гидравлический принцип. В исходном положении игла посажена на седло за счет высокого давления топлива. При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина, которая передает усилие на поршень толкателя. Открывается переключающий клапан, топливо поступает в сливную магистраль. Давление выше иглы падает. Игла за счет давления в нижней части поднимается и производится впрыск топлива.
Количество впрыскиваемого топлива определяется:
- длительностью воздействия на пьезоэлемент;
- давлением топлива в топливной рампе.
Стоит ли промывать форсунки на бензиновом двигателе?
Форсунки
Форсунка — устройство, задача которого заключается во впрыскивании топлива в камеры сгорания двигателя.
Чистая форсунка работает исправно, ее можно сравнить с простым бытовым баллончиком. Форма жидкости, которая распыляется, — конус.
Характеристики форсунки:
- Угол распыления.
- Размер капелек.
Обе характеристики вместе образуют факел распыления. Чем лучше данный показатель, тем быстрее будет сгорать топливо.
Во время работы форсунки нагреваются, в результате этого на стенках оседает налет различных веществ. Факел начинает изменять свою конусообразную форму. Итог — плохое распыление топлива, это приводит к сбоям в работе двигателя.
Встречаемые проблемы:
- Повышение расхода топлива.
- Неравномерное сгорание ресурсов.
- Невыполнение заявленных характеристик двигателя (снижение мощности, неровная работа, сокращение срока службы).
- Проваливание педали газа.
- Ухудшение динамики разгона.
- Увеличение дымных выхлопов.
Когда необходимо чистить форсунки? Дельные советы!
Топливные форсунки играют большую роль в нелегкой «жизни» автомобильного двигателя.
От них может зависеть работоспособность, расход топлива и общая производительность силового агрегата. Поэтому во избежание проблем, необходимо следить за их состоянием и своевременно чистить форсунки в случае необходимости.
Большинство продвинутых автовладельцев, знают не понаслышке как промывать форсунки, а также, что может произойти если промывка форсунки будет несвоевременной. Некоторые автомобилисты доверяют только профессионалам, поэтому предпочитают выполнять данную работу только на СТО.
Топливные форсунки играют важную роль в инжекторном двигателе, точнее в системе впрыска топлива, и это действительно так. Задача форсунок заключается в подаче необходимого количества топлива в камеру сгорания, в виде мельчайших частиц, образующих своеобразную пыль, которая в последствии поджигается от искры.
Существует три основных критерия, по которым можно определить необходимость чистить форсунки.
1. Первый критерий это — производительность. То есть пропускная способность, при которой топливные форсунки могут обеспечить оптимальную подачу смеси.
2. Второй фактор это — герметичность и факел распыления. Подразумевается способность смешивания топлива с воздухом, в следствие чего образуется однородная смесь, имеющая прекрасные качества для обеспечения хорошего сгорания в цилиндрах. В результате двигатель получает: максимальную производительность, мощность, динамику и крутящий момент.
Со временем топливные форсунки выходят из строя, в связи с образованием на их поверхности возле запорных клапанов, различных отложений. Эти отложения, приводят к тому, что нарушается герметичность форсунок, следовательно, поток топлива не прекращается даже после того как двигатель остановлен. Это явление прямой намек на то, что форсунки нуждаются в чистке. Определить это явление довольно просто, так как оно сопровождается плохим запуском даже горячего двигателя.
Из-за отложений уменьшается проходное сечение сопла и если промывка форсунки не будет произведена вовремя, может снизиться ее производительность, а также потребоваться замена форсунок.
В результате образования отложений, факел распыления выдает недостаточное количество топлива, которое соответственно при смешивании с воздухом образует «топливный дефицит». О последствиях догадаться не сложно — появление провалов при резком нажатии на «газ», потеря мощности и тяги двигателя, ухудшение динамических показателей автомобиля, и увеличение расхода топлива.Расход топлива происходит в результате того, что датчики кислорода сообщают компьютеру о «кислородном голодании» и бедной топливной смеси. После этого, производительность форсунок начинает компенсироваться при помощи увеличения расхода топлива. Поэтому главным показателем необходимости чистить форсунки, является перерасход топлива и нестабильная работа двигателя, которая сопровождается неприятными ощущениями от плохой езды. На сегодняшний день, существует большое количество специализированных центров оснащенных стендами, в которых осуществляется диагностика и промывка форсунки под высоким давлением. Однако, не редко случается так, что мелкие частицы грязи под давлением заталкиваются прямо во входные фильтры форсунок и забивают их полностью, после чего форсунка окончательно становится непригодной.
Причиной засорения, зачастую становится низкокачественное топливо, которое многие автовладельцы, в целях экономии заливают в бак. В результате, вместо экономии они получают — дополнительную головную боль и растраты, которыми их обеспечит замена форсунок. Для того чтобы не пришлось чистить форсунки, необходимо соблюдать основные правила «автомобильной гигиены», а именно:
- Заливать качественный бензин;
- Регулярно чистить сеточку бензонасоса;
- Следить за тем, чтобы бензобак всегда был чистым.
В наше время, купить специальные присадки для очистки форсунки от загрязнений — не проблема. Хуже, дела обстоят с отложениями в бензобаке и на стенках трубопроводов, с этим бороться несколько труднее. Дело в том, что под воздействием присадок, грязь и налет из «топливной» может попасть во входящие отверстия фильтра форсунки.
И в заключение…
Регулярно следите за состоянием фильтров, топливного насоса, бензобака, а также всей топливной системы, в случае необходимости можно чистить форсунки.
Заливайте только качественный бензин, в противном случае замена инжекторов— просто неизбежна!
Польза от промывания
Промывание проводится для загрязненной топливной системы. На стенках оседают вещества, которые находятся в бензине.
Способы чистки представлены в таблице.
| Метод | Описание |
| Использование присадки для очищения | В бензобак помещается специальная присадка, которая растворяет осевшие вещества. Очистка проводится 1 раз на 5 тысяч километров. |
| Применение переходников — штуцеров | К инжектору подключается специальный прибор для промывания. Далее через переходники поступает не топливо, а жидкость для очистки. Результат — загрязнения раскисают, затем сгорают в цилиндрах. Длительность процедуры — 30-50 минут. Метод требует определенных навыков и не гарантирует стопроцентной очистки. |
| Ультразвуковая чистка | Самый современный способ. Суть: снятие форсунок с двигателя и погружение их в ультразвуковую ванну. Положительный эффект достигается из-за взрывов ультразвуковых волн.Этапы чистки ультразвуком: 1. Снятие форсунок с автомобиля. 2. Осмотр деталей. 3. Установка на стенд, на котором проводится проверка распыла и производительности. 4. Промывка деталей в специальной ванне (щадящий метод). 5. Окончательная проверка на стенде. 6. Установка новых фильтров и уплотнительных колец (при необходимости). 7. Помещение деталей обратно в двигатель. |
Первые два способа подходят в том случае, если машина имеет небольшой пробег, а провести демонтаж деталей достаточно сложно из-за конструктивных особенностей.
Достоинства процедуры:
- Очищение не только внешней поверхности форсунки, но и внутренней плоскости.
- Снижение расхода топлива.
- Продление срока службы двигателя (это помогает избавить владельца от внезапных высоких денежных затрат).
- Повышение мощности.
- Сокращение дымных выхлопов до показателя нормы.
- Приведение динамики разгона до заявленного уровня.
- Избавление от проблемы «проваливание педали газа».
- Возможность проверки эффективности промывки на специальном стенде (при использовании ультразвуковой чистки).
- Избавление от сильной детонации при разгоне.
Как чистить форсунки своими руками?
Узнать, как лучше чистить форсунки, поможет следующая инструкция:
- Извлеките предохранитель, который подключен к электрическому бензиновому насосу. Делать это следует при заведенном моторе, что поможет нормализировать давление в топливном узле.
- Отсоедините от форсунок все подключенные к ним компоненты: шланги и клеммы.
- Открутите держатель с инжекторами.
- Снимите уплотняющие прокладки.
Вышеперечисленные шаги – подготовительный этап, после которого начинается главное – чистка форсунок. В результате работы вы должны получить следующий результат: при закрытом клапане ток жидкости блокируется, при открытом – проходит.
Для прочистки следует заранее подготовить инструмент для продувки (например, пластиковая бутылка) и специальное жидкое средство. Также подойдет состав, предназначенный для промывки карбюратора. Изделие для продувания жидкостью подсоединяют к входному отверстию инжектора
Следующий шаг – подключение проводов к клеммам АКБ и их подводка к форсунке. Поочерёдно замыкайте/размыкайте цепь, прогоняя жидкость через отверстие форсунки. Чем выше давление в процессе, тем эффективней результат покажут ваши действия. Повторив процедуру несколько раз, вы очистите форсунку от осадка – она должна выдавать хороший напор «тумана». Если же добиться этого не получается, необходимо заменить компонент.
В целом, очистка инжекторов – достаточно простая и быстрая процедура, выполняемая в гаражных условиях, что позволит сэкономить на услугах автомобильных сервисов.
В качестве профилактических мер эксперты советуют применять специальные составы, которые заливают в топливный бак. Жидкость помогает удалить загрязнения не только в форсунках, но и по всей системе.
Для чистки не потребуется лишних действий со стороны владельца автомобиля – средство работает одновременно с двигателем.
Возможный вред от промывания форсунок
Вред от проведения процедуры:
- Еще большее забивание форсунок при сильных загрязнениях.
- Использование присадок для очистки может привести к попаданию отложений в топливный насос. Результат — выход детали из строя.
- После использования переходников — штуцеров в масляной системе остается промывочная жидкость. Владельцу автомобиля приходится заменять масляный фильтр. А это значительные временные и денежные затраты.
- Очищение не всех деталей системы. Рампа, дозатор и распределитель не очищаются от жировых следов.
- Возможно повреждение элементов форсунки.
- Поломка двигателя в случае неправильно проведенной промывки.
- Эффект от очистки не всегда заметен.
- Возможно короткое замыкание после использования промывочной жидкости.
Дизельный двигатель против бензинового
15 августа 2015 г.
ОБ АВТОРЕ
Сабин Мэтью, аспирант ИИТ Дели в области машиностроения. Основатель Lesics Engineers Pvt Ltd и YouTube-канала LESICS. Он предоставляет качественное инженерное образование на своем канале YouTube. А «LESICS» охватывает огромное количество инженерных тем. Сабин очень увлечен пониманием физики сложных технологий и объяснением их простыми словами. Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке
Бензиновые и дизельные двигатели являются двумя наиболее часто используемыми двигателями внутреннего сгорания. Несмотря на то, что их действия кажутся похожими, у них есть некоторые интересные отличия, и каждый из них имеет преимущества перед другим. Данная статья направлена на изучение этих различий и преимуществ с научной точки зрения. К концу этого занятия читатель сможет предсказать, что произойдет, если он зальет бензин в дизель или наоборот.
Основное действие: 4-тактный двигатель
Прежде чем перейти к основной теме, давайте рассмотрим основные принципы работы 4-тактного двигателя внутреннего сгорания.
Оба двигателя имеют одинаковые основные 4 такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время такта впуска свежий воздух всасывается (или нагнетается) в цилиндр. Такты сжатия сжимают этот газ и производят горячий газ. Топливо сжигается в этом горячем газе, и затем происходит рабочий ход. Помните, что рабочий ход — это единственный ход, при котором поршень поглощает энергию топлива. Последним тактом является выброс горючего газа в атмосферу. Все эти операции подробно изображены на рис.1.
Почему существует два разных двигателя?
Существуют различия между двумя двигателями из-за различий в способах сжигания топлива. Бензин — летучее топливо, легко испаряется, поэтому эффективно смешивается с воздухом. В результате достаточно лишь искры, чтобы обеспечить плавное сгорание в хорошо перемешанном бензиновом двигателе. Как видно из рис.2 бензин имеет очень низкую температуру воспламенения. Температура вспышки – это минимальная температура, необходимая для того, чтобы жидкое топливо образовало самовозгорающуюся смесь.
С другой стороны, дизельное топливо, будучи менее летучим топливом, не смешивается должным образом с воздухом. Из рис. 2 видно, что у дизельного топлива такое высокое значение температуры вспышки. Однако если распылить дизельное топливо в высокотемпературный воздух, произойдет самовозгорание.
Разница между бензиновым двигателем и дизельным двигателем
Это означает, что в бензиновых двигателях топливо и воздух должны быть предварительно смешаны, а в дизельных двигателях смешивание происходит только во время сгорания. По этой причине в дизельных двигателях используется топливная форсунка, а в бензиновых — свеча зажигания.
Рис:3 В дизельных двигателях топливо и воздух вступают в контакт только во время сгорания; В бензине уже смешано Многие ошибочно полагают, что в современных бензиновых двигателях с непосредственным впрыском бензина (GDI) сгорание происходит в процессе впрыска топлива. Это не правильно; даже для двигателя с непосредственным впрыском необходима свеча зажигания.
Технология прямого впрыска — это еще один способ получения тонкой бензино-воздушной смеси. Вместо использования карбюратора для смешивания воздуха и топлива в этих технологиях используется топливная форсунка. Самым большим преимуществом метода прямого впрыска является то, что распыляемое топливо можно очень точно контролировать. Это приведет к большой экономии топлива.
Почему дизельные двигатели тяжелее?
Вы могли заметить, что бензиновые двигатели менее шумные и меньше вибрируют по сравнению с дизельными двигателями. Это связано с тем, что процесс горения в предварительно перемешанной смеси протекает плавно и хорошо распространяется (первая часть рис.5). Но в дизеле сгорание могло начаться где угодно в камере сгорания, и это оказывается неуправляемым процессом.
Рис.5 Горение ровное и хорошо распространяющееся По этой причине для снижения чрезмерной вибрации и шума дизельным двигателям требуется более прочная конструкция, чем бензиновым двигателям.
Для нормализации тяжелой неуравновешенной мощности дизельных двигателей часто требуется тяжелый маховик. Вот почему бензиновые двигатели всегда предпочтительнее для легких машин, например, для двухколесных транспортных средств или портативных устройств.
Почему дизельные двигатели более экономичны?
Поскольку дизельный двигатель сжимает только воздух, он может обеспечить хорошую степень сжатия без риска самовоспламенения. Но в двигателе с предварительно смешанным бензином такая высокая степень сжатия невозможна. По мере увеличения степени сжатия бензинового двигателя смесь становится более склонной к самовоспламенению. Это известно как стук. За период эксплуатации стук сильно портит двигатель.
Рис:6 Изменение механического КПД двигателя в зависимости от степени сжатия Причина, по которой ваш дизельный автомобиль дает больший пробег, чем бензиновый, связана с разницей в степени сжатия. Чем выше степень сжатия, тем выше эффективность цикла. Качественное изменение эффективности показано на графике рис.
6. По этой причине дизельные двигатели имеют лучшую топливную экономичность по сравнению с бензиновыми двигателями.
Бензин в дизельном двигателе или наоборот?
Интересный вопрос, который задают многие: что, если я залью бензин в дизельный двигатель или наоборот?. Из того, что мы уже узнали, мы получим логичный и практический ответ на этот интригующий вопрос в этой сессии
Дизель в бензиновом двигателе
Дизель в бензиновом двигателе даже не вызовет возгорания. Причина проста. Дизель менее летуч и не смешивается должным образом с воздухом. На самом деле вы обнаружите, что невозможно сделать хорошую дизельно-воздушную смесь, используя карбюратор или технологию прямого впрыска. Это означает, что если вы подадите искру на смесь такого низкого качества, она не вызовет возгорания.
Бензин в дизельном двигателе
С другой стороны, если вы заливаете бензин в дизельный двигатель, вы распыляете высоколетучее топливо в камеру сильно сжатого и горячего воздуха.
Это приведет к детонации, а не к плавному сгоранию. В конце концов, компоненты двигателя будут повреждены. Кроме того, дизельное топливо обычно является хорошей смазкой для топливного насоса и системы впрыска. Когда вы заливаете бензин (у которого нет никаких смазывающих свойств) в дизельный автомобиль, вы на самом деле заставляете сложные компоненты со временем изнашиваться. Так что это большой минус для бензина в дизельном двигателе.
Внутреннее устройство топливных форсунок
Топливные форсунки — это распылительные форсунки, которые подают топливо в двигатель. В двигателях с многоточечным впрыском на каждый цилиндр приходится одна форсунка. В более старых системах EFI с корпусом дроссельной заслонки одна или две форсунки, установленные в корпусе дроссельной заслонки, подают топливо для всех цилиндров. Другим вариантом является система центрального впрыска (CPI) GM, которая имеет одну форсунку «Maxi», которая направляет топливо к форсункам с механическим тарельчатым клапаном в каждом цилиндре.
Топливо проходит через электронную топливную форсунку, когда на соленоид внутри форсунки подается питание от модуля управления трансмиссией (PCM). Сильное магнитное поле, создаваемое током, открывает клапан форсунки, позволяя топливу распыляться из форсунки. Когда PCM отключает подачу тока к форсунке, подпружиненный клапан закрывается и подача топлива прекращается.
Циклическое включение и выключение форсунок вызывает жужжание во время работы двигателя. Среднее время работы форсунки не очень велико: всего пара миллисекунд на холостом ходу. При полностью открытой дроссельной заслонке время включения может подскочить до 15 миллисекунд и более. Тщательно контролируя продолжительность (время включения) каждой форсунки, PCM может регулировать подачу топлива и топливно-воздушную смесь для оптимизации экономии топлива, выбросов и производительности.
Пока все форсунки работают правильно и чистые (отсутствие нагара, ограничивающего распылительные форсунки), двигатель работает плавно, обеспечивает максимальную производительность и экономию топлива.
Но если лак со временем накапливается в форсунках, это может ограничить подачу топлива и даже вызвать пропуски воспламенения в одном или нескольких цилиндрах. Добавление бутылки с очистителем топливных форсунок в топливный бак может помочь очистить грязные топливные форсунки и предотвратить накопление отложений. Но если после одной или двух обработок чистящим средством не удается восстановить нормальную работу, возможно, потребуется профессиональная очистка или замена форсунок.
Форсунки иногда могут выйти из строя из-за внутренней коррозии, короткого замыкания или обрыва цепи. Жесткие допуски клапана форсунки также могут со временем изнашиваться, вызывая неблагоприятные изменения в работе форсунки. Единственное лекарство от мертвой, протекающей или неисправной форсунки — заменить ее новой или восстановленной форсункой.
Если одна или несколько форсунок с большим пробегом вышли из строя, лучше всего заменить весь комплект форсунок одновременно. Это предотвратит дальнейшие неприятности в дороге.