Принцип действия форсунки: Топливные форсунки: устройство и принцип действия

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.

• Принцип работы форсунок
• Расположение форсунок в двигателе автомобиля

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. Форсунка — это так же и соленоид.

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.

 

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:

• электромагнита 11
• якоря электромагнита 10
• маленького шарикового управляющего клапана 8
• запорной иглы 2
• распылителя 3
• поршня управляющего клапана 5
• подпружиненного штока 9

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.

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.

Рис. Пьезоэлемент

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

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Как форсунки влияют на расход топлива

Работа дизельного двигателя основана на двух составляющих – топливном насосе высокого давления и форсунках – на них как раз и подается горючая смесь, с целью дальнейшего распыления в камере сгорания в цилиндрах дизельного двигателя.

Виды форсунок

Процесс двигателестроения сопровождается постоянным развитием технологии топливных систем вообще, и дизельных форсунок в частности. На сегодняшний день на вооружении у производителей дизельных двигателей есть возможность применения четырех видов топливных распылителей, разделяющихся по принципу действия. Независимо от конструкции, назначение форсунок – подача топлива под высоким давлением в камеру сгорания. Механические форсунки Топливные распылители такого типа применяются в производстве более 100 лет с момента изобретения дизельного двигателя в 1897 году. Принцип работы сводится к механическому открыванию клапана, подающего распыленную смесь топлива с воздухом в камеру сгорания. Срабатывание механизма происходит в момент достижения необходимого давления в топливной системе, подаваемого с ТНВД.

Электромагнитные форсунки Принцип работы такой же, как в механических распылителях топлива, только для открывания клапана используется электромагнит, регулирующийся электронным блоком управления двигателя. ЭБУ обеспечивает более точное срабатывание механизма. Для своевременного открывания клапана в расчет берутся обороты и температура мотора. Благодаря этому качество топливной смеси повышается и как следствие уменьшается расход дизельного топлива. Пьезоэлектрические форсунки Работа топливных распылителей обеспечена совершенно новым механизмом. Принципиально его работа происходит по алгоритму электромагнита, только приводом для открытия клапана служит пьезоэлектрический кристалл. Пьезокристалл под воздействием электрического тока изменяет свою форму, удлиняясь для открытия клапана. Благодаря этому свойству можно очень точно рассчитать количество подаваемого топлива, регулируя величину электрического заряда.

Насос-форсунки

Принцип действия в корне отличается от вышеперечисленных, так как позволяет применять такие форсунки в производстве двигателей без использования ТНВД. Насос-форсунка сама способна обеспечивать высокое давление с помощью, находящейся в ее конструкции, плунжерной пары. При достижении нужного давления срабатывает электрический клапан, и топливо подается в камеру сгорания. Мощность и расход топлива Также при расчете рабочих качеств дизелей решается вопрос – сколько топливных распылителей необходимо установить в дизельном двигателе. Установка двух форсунок на цилиндр – одна на впускном коллекторе, другая непосредственно в цилиндре – значительно увеличивает эксплуатационные качества дизеля и снижает уровень потребления топлива. Форсунки могут быть, как открытого, так и закрытого типа, также они различаются по количеству распылителей топлива. Эти параметры влияют на мощность мотора и расход топлива и учитываются при проектировании ДВС. Технологии двигателестроения развиваются и совершенствуются. В производство внедряются инновационные топливные системы. Не стоит на месте и развитие дизельных агрегатов, с каждым годом повышается мощность, экономичность и экологическая безопасность.

Дизельное топливо оптом здесь, или по телефону.

923-60-01Форсунка

– Tek-Trol

Расходомерные сопла представляют собой расходомерную трубку, состоящую из гладкого сужающегося участка, ведущего к цилиндрической горловине. Горловина – это самая маленькая часть сопла. Штуцеры давления расположены на входной стороне пластины сопла и на выходной стороне выходного отверстия сопла. Они могут быть в виде кольцевого кольца, т.е. соединенных друг с другом отверстий на равном расстоянии друг от друга, выходящих в трубопровод, или в виде одиночных отверстий, просверленных в трубопровод.

Как упоминалось выше, расходные сопла являются основными элементами расходомеров дифференциального давления. Эти расходомеры используют первичные элементы в качестве препятствия для создания перепада давления для расчета расхода. Это основано на принципе Бернулли, согласно которому любое препятствие, помещенное на пути текущей жидкости, приведет к увеличению скорости жидкости и уменьшению давления в области препятствия.

Когда жидкость проходит через сопло, препятствие вызывает увеличение скорости жидкости при одновременном снижении ее статического давления. В точке максимального схождения, т. е. в месте сокращения вены, скорость максимальна, а давление минимально. Когда жидкость выходит из форсунок, ее поток расширяется, скорость уменьшается, а давление снова возрастает. Эта разница в давлении до и после первичного элемента измеряется с помощью преобразователей перепада давления, также называемых вторичными элементами. Уравнение Бернулли используется для определения того, что перепад давления пропорционален квадрату скорости потока. Таким образом, скорость потока рассчитывается следующим образом:

Q ²   = K * DP

Где:
  Q = расход жидкости
  K = постоянное значение для конкретного сопла
  DP ​​= перепад давления

Типы насадок

1. ISA 1932, с угловыми отводами (вварной)

Этот тип насадки был разработан Международной организацией по стандартизации (ISO). Он широко используется при высоких давлениях и температурах в трубах диаметром менее 2 дюймов. Угловые отводы расположены на входном и нижнем фланцах, удерживающих сопло. Насадки вварного типа предназначены для стационарной установки в трубу.

2. А.С.М.Е. большой радиус, низкий бета-коэффициент (0,20

Бета-коэффициент относится к отношению диаметра горловины сопла к диаметру основной трубы (d/D) и обозначается символом β. Этот тип насадок широко используется в энергетике благодаря высокой точности измерений и простоте установки суженных отводов, расположенных в цилиндрической части насадки. Они встраиваются в стенки трубы на расстоянии одного диаметра трубы со стороны входа и половины диаметра трубы со стороны выхода. В этой конфигурации сопло устанавливается между фланцами трубы.

3. А.С.М.Е. большой радиус, высокий коэффициент бета (0,25

Эта насадка устанавливается в трубы без фланцев с помощью стопорного кольца и установочных штифтов, изготовленных из того же материала, что и труба. Это исключает необходимость сварки разнородных материалов. Рекомендуется для труб размером 4 дюйма и выше.
Некоторые материалы, используемые для изготовления расходных форсунок, включают оружейные металлы, нержавеющую сталь, бронзу, монель-металл, хром и т. д.

Ни одна отрасль не может развиваться без надежных и точных измерений. Ключ в измерении, вот и все. Измерение может привести к двум возможным результатам: если результат подтверждает вашу гипотезу, значит, вы провели измерение; Если результат противоположный, значит, вы нашли проблему.

Сопло потока

Введение, принцип работы, работа, конструкция, преимущества, недостатки, ограничения, использование и области применения

Сопло потока Введение, принцип работы, работа, конструкция, преимущества, недостатки, ограничения, используемые и области применения

• Получить ссылку
• Фейсбук
• Твиттер
• Пинтерест
• Электронная почта
• Другие приложения

Что такое сопло?

9Сопло 0002 Flow имеет гладкое эллиптическое входное отверстие, переходящее в горловину с острым выходным отверстием. Ограничение потока жидкости вызывает падение давления, которое связано с расходом с помощью уравнения Бернулли. Плавный вход расходомера обеспечивает более высокий коэффициент расхода по сравнению с большинством других дифференциальных расходомеров. Эта более высокая эффективность означает большую пропускную способность по сравнению с большинством других дифференциальных счетчиков того же размера.

Как это работает

Форсунки часто используются в качестве измерительных элементов для расхода воздуха и газа в промышленности. Когда газ/жидкость ускоряется через сопло, скорость увеличивается, а давление и плотность уменьшаются. Максимальная скорость достигается в горловине. После создания перепада давления в расходомере перепада давления. Скорость потока можно рассчитать.

Принцип работы расходомера

Когда расходомер помещается в трубу, скорость потока которой необходимо измерить, расходомер вызывает падение давления, которое зависит от расхода. Это падение давления измеряется с помощью датчика перепада давления, и после калибровки это давление становится мерой расхода.

Описание расходомера

Основные части расходомера, используемые для измерения расхода, следующие:

• Расходомер, который удерживается между фланцами трубы, по которой течет жидкость, расход которой измеряется. Площадь расходного сопла минимальна в его горловине.
• В двух местах 1 и 2 предусмотрены отверстия для крепления датчика перепада давления (манометр с U-образной трубкой, датчик перепада давления и т. д.).

Работа расходного сопла

• Жидкость, расход которой необходимо измерить, плавно входит в сопло в секцию, называемую горловиной, где площадь минимальна.
• Перед входом в насадку давление жидкости в трубе равно p1. Когда жидкость входит в сопло, жидкость сужается, и благодаря этому ее давление продолжает уменьшаться, пока не достигнет минимальной площади поперечного сечения, называемой горлом. Это минимальное давление p2 в горловине сопла поддерживается в жидкости в течение небольшого промежутка времени после сброса вниз по потоку.
• Датчик перепада давления, установленный между точками 1 и 2, регистрирует разницу давлений (p1-p2) между этими двумя точками, которая при калибровке становится показателем расхода жидкости через трубу.

Конструкция сопла

• Номинальный размер: ≥ 2″
• Коэффициент β: 0,20 … 0,80
• Точность: ≤ ±0,5 % от полной шкалы расхода
• % от 0 58,17 Повторяемость

Преимущества проточной насадки

• Установка проста и дешевле по сравнению с расходомером Вентури
• Очень компактная
• Имеет высокий коэффициент расхода

Недостатки проточной насадки

900 900 Восстановление давления низкое0058
• Высокий уровень технического обслуживания
• Установка затруднена по сравнению с диафрагменным расходомером.

Ограничения

• Имеет более низкое восстановление давления
• Жидкость должна быть чистой для обеспечения точности измерений
• Только для ограниченных диапазонов давления и температуры заменять по истечении определенного времени
• Это дорого по сравнению с диафрагмой и относительно сложно установить должным образом.