Форсунки в автомобиле — что это такое?

Краткое описание

Все существующие сегодня дизельные и бензиновые двигатели внутреннего сгорания имеют в своей конструкции систему для впрыска топлива. Форсунка является аналогом насоса, подающего мощную, но очень тонкую струю топлива. Это неотъемлемая часть системы впрыска. Где находятся форсунки и каков их принцип работы, будет рассказано далее.

Основные сведения о форсунке

Конструктивные особенности форсунок определены их главной задачей – точным постоянным дозированием нужного количества топлива, подаваемого в камеру сгорания. Давление, создаваемое в форсунке, напрямую зависит от типа топлива, которое через нее подается в камеру сгорания. Оно может находиться на уровне 200 МПа, при этом сохраняется на небольшом промежутке времени (а это около 1-2 миллисекунд).

Не все форсунки имеют стандартизированный корпус и вид. Они отличаются между собой формой, способом распыления, размерами распылительных элементов, порядком управления процессом. Здесь же важно отметить разность систем впрыска, используемых для различного рода и вида техники. Наиболее распространенные распылители — штифтовые, применяемые совместно с форкамерной зажигательной системой, а также дырчатые, характерные для двигателей, работающих на дизельном топливе.

Важно отметить, что внутренний механизм также напрямую зависит и от способа управления форсунками. Они могут быть одно пружинными, либо же двух пружинными с применением специальных датчиков контроля.

Кроме распыления топлива форсунка должна обеспечивать герметичность для камеры сгорания, чтобы двигатель не терял мощность в процессе работы. Для этого современными разработчиками внедряются различные хитрости и рациональные предложения, с помощью которых внедряется две и более степени перекачки топлива. А вот общий контроль топлива производится с помощью специального блока управления, управляющего электромагнитными клапанами подачи топлива.

Для чего нужны форсунки в автомобиле?

Теперь же немного более конкретных данных о реальной пользе форсунок и их роли в процессе обеспечения работы автомобиля. Прежде всего, это устройство является основным связывающим элементом между двигателем и топливным насосом. Их предназначение можно описать так:

• обеспечивать правильную дозировку подаваемого в двигатель топлива;
• обеспечивать правильную струю (угол, давление, количество) смеси, а также ее подготовку;
• посреднические действия между общей системой формирования впрыска и камерой сгорания, где расположены клапана с поршнями;
• выдержка правильной кривой скорости сброса.

Конструктивные особенности форсунок напрямую зависят от конкретной модификации и способа управления (подачи смеси). Но наиболее эффективными, рациональными и практичными сегодня считаются пьезоэлектрические форсунки. Их преимущество в возможности многократного впрыска за один цикл, а также скорости срабатывания.

Функции и виды форсунок

Топливная форсунка, или инжектор, представляет собой своеобразный клапан, работа которого контролируется блоком управления (ЭБУ) двигателя. Это позволяет подавать топливо, находящееся под высоким давлением, строго ограниченными порциями и в заданный момент времени. В зависимости от типа системы впрыска форсунка может устанавливаться в различных местах. Так, при моновпрыске она располагается перед дросселем во впускном трубопроводе. В системе с распределенным впрыском форсунки устанавливаются в ГБЦ перед клапанами. При этом для каждого цилиндра предусматривается свой отдельный инжектор. В двигателях с непосредственным впрыском форсунки находятся в верхней части цилиндра, подавая топливо сразу в камеру сгорания.

По способу управления (типу привода) инжекторы разделяют на следующие типы:

• механические;
• электромагнитные;
• электрогидравлические;
• пьезоэлектрические.

Устройство механической форсунки

Механические форсунки применяются на дизелях. Принцип их работы основан в воздействии усилия давления топлива на запорную пружину. Когда давление в системе выше сопротивления пружины, игла поднимается и происходит впрыск. После того как давление падает, игла возвращается в исходное положение. Стоит отметить, что давление таких форсунок дизельных двигателей очень низкое, а потому они редко применяются в современном автомобилестроении.

Электромагнитные и гидромеханические инжекторы могут иметь:

• клапан форсунки со сферическим профилем;
• штифтовой клапан;
• дисковый клапан.

Как устроена электромагнитная форсунка двигателя

Такой тип инжекторов используется преимущественно в бензиновых системах, включая двигатели с непосредственным впрыском. По функциональному назначению электромагнитные форсунки разделяются на пусковые (например, в системе “K-Jetronic”) и рабочие. Последние могут быть центральными (выполняют точечный впрыск) и индивидуальными (распределяют топливо по цилиндрам).

Устройство электромагнитной форсунки

Конструктивно электромагнитная форсунка самая простая. Ее основными элементами являются:

• герметичный корпус;
• разъем для подключения к электрической цепи;
• запирающая пружина;
• обмотка возбуждения клапана;
• якорь электромагнита;
• игла;
• уплотнители;
• сопло;
• фильтр-сеточка форсунки;
• распылитель.

В заданный момент времени ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения, что обеспечивает формирование электромагнитного поля, воздействующего на якорь с иглой. В этот момент усилие сжатия пружины становится меньше магнитной силы, якорь втягивается, игла поднимается и освобождает сопло инжектора. Управляющий клапан форсунки двигателя открывается, и происходит впрыск топлива под высоким давлением. Когда блок управления прекращает подачу энергии на обмотку, пружина возвращает иглу в исходное положение.

Вопреки расхожему заблуждению, сама электромагнитная форсунка бензинового двигателя не создает давление. Давление в системе создается топливным насосом.

Электромагнитные инжекторы подбираются в зависимости от мощности двигателя. Прежде всего, необходимо знать, какое сопротивление у форсунок. В заводском исполнении они бывают низкоомные (2-6 Ом) и высокоомные 12-16 Ом.  При низком сопротивлении может быть установлен дополнительный резистор в 6-8 Ом, который снизит потребление тока.

Принцип действия электрогидравлической форсунки

Электрогидравлический инжектор (насос-форсунка) – это форсунки топливные дизельные. Они подходят для типовых ТНВД и систем Common Rail. Состоят такие форсунки из следующих элементов:

• сопло;
• пружина;
• камера управления;
• дроссель слива;
• якорь электромагнита;
• магистраль слива топлива;
• разъем для подключения к электрической цепи;
• обмотка возбуждения;
• штуцер подачи топлива;
• дроссель на впуске;
• поршень;
• игла распылителя.

В момент начала цикла управляющий электромагнитный клапан форсунки полностью закрыт. Топливо в системе давит на поршень, находящийся в камере управления, а игла инжектора плотно прижата к седлу. ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения электромагнитного клапана. Дроссель слива открывается, и топливо поступает в сливную магистраль.

Дроссель впуска, в свою очередь, не позволяет мгновенно выровнять давление на впуске и в камере управления. Таким образом, на некоторый промежуток времени усилие, воздействующее на поршень, уменьшается, а давление на иглу остается высоким. Эта разность давлений и обеспечивает подъем иглы и впрыск топлива.

Особенности работы пьезоэлектрической форсунки

Это исключительно дизельная форсунка, которая считается наиболее прогрессивной, поскольку обеспечивает более быстрое срабатывание, максимально точную дозировку и позволяет выполнять многократный впрыск на протяжении одного цикла. Она применяется в дизельных двигателях Common Rail. Пьезоэлектрические форсунки двигателя состоят из таких деталей:

• игла;
• уплотнители;
• блок дросселей;
• пружина запора иглы;
• переключающий клапан форсунки;
• пружина клапана;
• поршень клапана;
• пьезоэлемент;
• сливная магистраль;
• поршень толкателя;
• фильтр;
• разъем для подключения к цепи питания;
• нагнетательная магистраль.

Принцип работы такого инжектора основан на изменении длины пьезоэлемента при подаче на него напряжения. В начальном положении игла под воздействием давления топлива посажена на седло. Когда ЭБУ двигателя посылает сигнал на пьезоэлемент, последний, изменяя длину, воздействует на поршень толкателя. Переключающий клапан форсунки открывается, и топливо подается на слив. Аналогично электрогидравлическим системам, создается разность низкого давления над иглой и высокого под ней, и она поднимается, выполняя впрыск дизтоплива. Количество последнего при этом регулируется длительностью подачи напряжения на пьезоэлемент пьезофорсунки и давлением в топливной рампе двигателя.

Проверка форсунок дизельного двигателя своими руками

Для определения неисправной необходимо на заведенном двигателе довести обороты коленвала до такой частоты, когда сбои в работе дизеля заметны наиболее отчетливо. Далее каждую из форсунок последовательно отключают путем ослабления накидной гайки в месте крепления магистралей высокого давления к соответствующим штуцерам насоса. Если отключается «рабочая» деталь, тогда работа двигателя меняется. В момент отключения топливной форсунки, которая заведомо неисправна, никаких явных изменений в работе двигателя не произойдет.

Забитый инжектор можно выявить путем прощупывания топливопровода на предмет толчков, которые возникают в результате пульсации нагнетаемого ТНВД горючего при полной невозможности или только частичной его прокачке через сопло. Следует обратить внимание на штуцер вызывающей подозрение секции. Температура элемента будет выше сравнительно с остальными.

Помните, в процессе проверки  и регулировки дизельных форсунок необходимо соблюдать  повышенную осторожность! Струя топлива подается под большим давлением. При попадании такой струи на открытые участки кожи возможны глубокие и серьезные раны. Одежда также не является эффективной защитой от струи топлива под высоким давлением!

Экономичность дизеля и эффективность его работы сильно зависит от типа установленных распылителей, которые периодически меняют в процессе чистки, регулировки или ремонта топливной системы дизельного двигателя. Перед монтажом дизельной форсунки на мотор нужно убедиться в подходящей маркировке распылителя. Распылители на всех инжекторах должны быть одинаковыми, пропускная способность не должна отличаться.

Проверка форсунок на давление в момент впрыска, а также анализ эффективности распыла осуществляется при помощи специального прибора под названием максиметр. Максиметр является контрольным образцом в виде специальной форсунки. Такой  элемент имеет тарировочную пружину и шкалу, которая нанесена на корпус и колпак. При помощи указанной шкалы становится возможным установить давление начала впрыска солярки.

Вторым способом является наличие контрольной образцовой рабочей форсунки, с которой сравниваются остальные. Данные проверки производят на заведенном дизельном двигателе. Чтобы проверить качество распыла и давление впрыска потребуется демонтаж форсунки и топливопровода с дизельного ДВС. Далее на свободный штуцер топливного насоса высокого давления монтируется специальный тройник, к которому подключают тестируемую деталь параллельно с заведомо исправной контрольной.

Контрольный инжектор предварительно регулируют на оптимальный показатель давления начала топливного впрыска, проверяют на качество распыла. Также необходимо осуществить ослабление затяжки накидных гаек на оставшихся штуцерах ТНВД. Это позволит прервать топливоподачу к другим дизельным форсункам. Последним шагом становится активация декомпрессионного механизма, выставляется максимальная подача горючего. После этого можно начинать  вращение коленвала двигателя.

Обе форсунки (контрольная и тестируемая) должны демонстрировать одновременное начало впрыска топлива. Если тестируемый инжектор отклоняется от нормы сравнительно с контрольным образцом, тогда потребуется регулировка дизельной форсунки.  Необходимо отрегулировать давление пружины тестируемой детали.

Для регулировки потребуется отвинтить колпак форсунки и ослабить контргайку. Далее при помощи регулировочного винта нужно установить такую степень затяжки пружины,  чтобы оба инжектора в итоге осуществляли впрыск одновременно. Для определения эффективности и качества распыла тестируемой детали необходимо сравнить результат с показателями контрольного образца.

Проверка дизельных форсунок на давление впрыска и качество распыла при помощи контрольного образца займет больше времени по сравнению с использованием заранее подготовленного максиметра. Кроме проверки на двигателе с использованием ТНВД эффективность работы инжектора можно протестировать при помощи специального проверочного (регулировочного) стенда.

Способы очистки форсунок

Очистка форсунок — ответственное дело, которым должны заниматься подготовленные специалисты. В средствах массовой информации, на автомобильных форумах часто можно встретить мнение, что не стоит тратиться на дорогостоящую процедуру промывки форсунок. Достаточно залить в бензобак очиститель топливной системы.

Делать этого не стоит. В бензобаке, каким бы чистым не был заливаемый бензин, всегда скапливаются отложения, конденсируется влага. Очиститель топливной системы не работает выборочно. Он начнет с бензобака. Все отложения прямым путем, поскольку фильтр с ними не справится, направятся в форсунки. В итоге, в лучшем случае, все равно придется промывать форсунки, а в худшем их заменить.

Существуют способы очистки на двух типов:

• демонтаж форсунок и промывка на специальном стенде очищающими жидкостями, либо в ультразвуковой ванне;
• промывка непосредственно на двигателе посредством подключения резервуара с промывочной жидкостью вместо штатного бензобака.

Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки. Промывка без демонтажа менее трудоемка, в дополнение удаляется нагар на клапанах. Но работа двигателя на промывочной жидкости приводит ухудшению консистенции масла и выводит из строя свечи зажигания. Разумно проводить такую процедуру вместе с техническим обслуживанием, когда в любом случае свечи и масло будут заменены.

Демонтаж форсунок требует более высокой квалификации исполнителя, занимает больше времени. Но преимущества данного метода перевешивают недостатки:

• производительность форсунок измеряется непосредственно на стенде;
• визуально выявляется негерметичная игла распылителя, когда закрытая форсунка подтекает;
• видно качество распыления, стабильность конуса;
• легко оценить состояние уплотнительных колец: подсасывание воздуха через них неприятный и трудно диагностируемый дефект.

Если преследовать профилактические цели, можно делать промывку без демонтажа системы. В случаях, когда двигатель работает неровно, расходует много бензина, других неприятностях, форсунки лучше снять и промыть на стенде.

Качество распыла дизтоплива

Нормально работающая форсунка в момент подачи топлива производит одиночный, короткий и «кучный» впрыск, который сопровождается резким звуком. Распространенной ситуацией является то, что отверстия сопла форсунок (распылителя) могут быть частично забиты или изношены. Тогда сопло требует чистки или замены.

В этом случае деталь необходимо закрепить на проверочном стенде и направить соплом в специально подготовленное место. В это место нужно положить чистую бумагу для того, чтобы упростить процесс диагностики. Далее осуществляется резкий впрыск топлива. После этого на бумаге можно увидеть следы или прорывы листа от струй солярки. Общее количество таких следов после впрыска должно быть идентичным сравнительно с общим количеством отверстий  в конструкции распылителя. Если следов на бумаге меньше, тогда некоторые отверстия забиты и требуется очистка сопла (распылителя) дизельной форсунки.

Следы солярки на бумаге должны иметь одинаковую сгущенность, а также располагаться на равном удалении от центра. Важной функцией инжектора является не только подача, но и обеспечение максимально равномерного распыла дизтоплива по окружности.

Отверстия прочищают после разбора инжектора. Осуществлять чистку без разбора элемента не рекомендуется по причине того, что грязь и отложения останутся внутри. Распылитель и остальные детали необходимо тщательно промывать в керосине. Образовавшийся нагар, который находится снаружи составных элементов, аккуратно удаляется деревянным скребком. Сами отверстия прочищаются небольшим куском тонкой и мягкой стальной проволоки.

Обратите внимание, что диаметр проволоки обязательно должен быть меньше диаметра отверстий сопла минимум на 0,1 мм. Если сопловые отверстия получат увеличение их суммарного сечения или будет нарушена правильная форма отверстий, это приведет к снижению скорости выхода топлива из форсунки. Качество распыла автоматически ухудшится.

Распылитель подлежит замене, если диаметр отверстий сопла увеличен всего на 10% от максимально допустимого. Также поводом для замены сопла выступает и разница в диаметрах отверстий на 5%. После чистки или замены распылителя осуществляется обратная сборка форсунки.

Диагностика и регулировка дизельных форсунок

Частой проблемой является нарушение плотности посадки иглы форсунки в направляющей втулке. Если плотность уменьшена, тогда существенно больше топлива протекает через образовавшийся зазор между иглой и втулкой. Для исправного инжектора допускается протечка горючего не более 4% от общего количества топлива, которое подается в цилиндр двигателя. Общее количество топлива, которое сливается из разных форсунок за каждый отдельный промежуток времени, не должно существенно отличаться. Выявить отклонения от нормы можно при помощи следующих действий:

• необходимо затянуть пружину форсунки так, чтобы параметр давления открытия иглы совпадал с тем, который указан в технической литературе по эксплуатации конкретного дизельного двигателя;
• следующим шагом становится создание заведомо большего давления топлива, чем указанное в документации по эксплуатации ДВС. Затем нужно замерить при помощи секундомера время, за которое давление упадет на 50 кгс/см2 от рекомендуемого;

Оптимальное время падения давления указано в технической документации по эксплуатации мотора. Зачастую требуется не менее 15 секунд для полностью новых форсунок. Для детали с пробегом данный показатель находится в рамках 5 секунд.

Если наклонить направляющую иглы на угол около 45 градусов, тогда игла должна выйти из нее не более чем на треть от длины направляющей. Игла должна выходить свободно, под  собственным весом и при учете любого поворота вокруг оси. Указанную  пару втулка-игла меняют в случае существенных отклонений в работе. Отдельная замена иглы без замены направляющей втулки не рекомендуется, так как данные элементы подгоняются друг к другу с высокой точностью.

Регулировка давления подъема иглы форсунки достигается путем изменения силы натяжения пружины. Максимально допустимое отклонение находится в рамках до 10 кгс/см2. Показатель величины такого давления указан в инструкции по эксплуатации ДВС.

Течи горючего из топливной форсунки

Также дизельные инжекторы могут давать как незначительную, так и обильную течь. В первом случае потребуется ремонт, во втором можно обойтись способом притирки иглы к седлу. Форсунки текут по причине нарушения уплотнения в области торца иглы, который еще называется уплотняющим конусом.

Проверку плотности притирки торца можно проверить путем плавного и поэтапного наращивания давления горючего. Конец распылителя  должен оставаться полностью сухим при достижении такого показателя, который составляет до 10 кгс/см2 меньше, чем необходимое давление впрыска.

В том случае, если замечено подтекание дизельной форсунки, тогда осуществляется аккуратная притирка иглы к седлу. Для этого используется тонкая шлифовальная паста ГОИ, которую дополнительно разводят с керосином. В процессе притирки необходимо избегать попадания пасты в зазор, который присутствует между иглой и направляющей втулкой. По окончании все элементы промываются в керосине или чистой солярке, затем их обтирают соответствующими салфетками. Далее необходимо обдуть все части сжатым воздухом и произвести повторную проверку на наличие течи.