Электромагнитная форсунка принцип работы: Принцип работы форсунки

Содержание

Принцип работы форсунки

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;
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.

Схема электромагнитной форсунки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 сетчатый фильтр
2 электрический разъем
3 пружина
4 обмотка возбуждения

5 якорь электромагнита
6 корпус форсунки
7 игла форсунки
8 уплотнение
9сопло форсунки

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.

 

Схема электрогидравлической форсунки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 сопло форсунки
2 пружина
3 камера управления
4 сливной дроссель
5 якорь электромагнита
6 сливной канал
7 электрический разъем
8 обмотка возбуждения
9 штуцер подвода топлива
10 впускной дроссель
11 поршень

12игла форсунки

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;
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.

Схема пьезоэлектрической форсунки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 игла форсунки
2 уплотнение
3 пружина иглы
4 блок дросселей
5 переключающий клапан
6 пружина клапана
7 поршень клапана
8 поршень толкателя
9 пьезоэлемент
10 сливной канал
11 сетчатый фильтр
12 электрический разъем
13 нагнетательный канал

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.

Электромагнитная форсунка - как она устроена?

Топливная форсунка сейчас стала неотъемлемой частью топливной системы многих современных автомобилей. Подобные приспособления начали ставить в 30-х годах 20 века на авиамоторы, а позже на гоночные автомобили. Более широкое распространение в автомобилестроении они получили не так давно, только в 70-80-х годах 20 века. Причиной широкого использования форсунок стали топливный кризис и повышенное внимание к сохранению окружающей среды.

До 70-80-х годов 20 века для достижения большей мощности двигателей транспортных средств распространено было преднамеренное переобогащение воздушно-топливной смеси. Конечно, это имело свой эффект и транспортные средства становились более шустрыми. Но эта шустрость увеличивала расход топлива и приводила к избытку продуктов горения в выхлопных газах. Чтобы решить эти проблемы, нужно было доработать конструкцию топливной автомобильной системы. Это и привело к использованию топливных форсунок в автомобилестроении. Сначала начали ставить системы с одной форсункой (моновпрыск), а позже – системы распределённого впрыска топлива. Первая электромагнитная форсунка с электронный управлением впрыска появилась в 1967 году. Она производила подачу топлива в камеру сгорания через равные промежутки времени.

1. Что такое электромагнитная форсунка.

Форсунка или, как её иногда называют, инжектор – это элемент двигательной системы автомобиля, который предназначается для дозировки подачи и распыления топлива в камеру сгорания двигателя, а также для формирования воздушно-топливной смеси. Кроме того, форсунки выполняют функцию герметизации камеры сгорания двигателя.

Форсунки ставят в большей степени на бензиновые двигатели (даже на те, что оборудованы системой непосредственного впрыска). Но встречаются и дизельные двигатели с форсунками. Распыление топлива происходит за счёт высокого уровня давления, создаваемого форсунками. Для бензина достаточно нескольких атмосфер, а для дизельного топлива необходимы сотни и тысячи атмосфер (только при таком давлении дизельное топливо приобретает нужные характеристики).

Различают три основных вида топливных форсунок:

- Электромагнитные форсунки.

- Пьезоэлектрические форсунки.

- Электрогидравлические форсунки.

Остановимся на первом типе форсунок. Электромагнитная форсунка основана на работе электромагнита. Она начинает действовать во время поступления на обмотку возбуждения клапана некоторого напряжения в соответствии с заложенным алгоритмом в блоке электронного управления. Эта обмотка возбуждения и представляет собой некую копию электромагнита. Если сравнивать топливные системы с форсунками и карбюраторные топливные системы, то первые имеют как достоинства, так и недостатки перед вторыми.

Достоинства топливных форсунок по сравнению с карбюраторными системами:

1. Точная дозировка топлива, благодаря чему обеспечивается его экономный расход.

2. Токсичность отработанных газов сводиться к минимуму.

3. Мощность автомобильного двигателя с форсунками возрастает на 10%.

4. Запустить двигатель с форсунками намного легче вне зависимости от погоды на улице.

5. Форсунки улучшают динамические свойства автомобиля.

6. Чистить и менять форсунки и другие элементы двигательной системы необходимо заметно реже, чем в карбюраторных двигателях.

Недостатки топливных форсунок по сравнению с карбюраторными системами:

1. Для нормальной работы форсунок топливо должно быть очень качественным. Если состав топлива нарушается, то форсунки быстрой выйдут из строя.

2. Стоимость ремонта или замены топливных форсунок очень высокая.

Учитывая все достоинства, двигатели с форсунками и получили такую популярность среди автопроизводителей.

2. Устройство электромагнитной форсунки.

Обычно, форсунка состоит из одного канала. Но встречаются варианты и с двумя каналами, когда по одному каналу выбрасывается топливо, а по второму – состав, необходимый для распыления топлива (жидкость, газ, пар). Устройство электромагнитной форсунки предельно простое. Она состоит из таких компонентов:

1. Фильтр в виде сетки.

2. Электрический разъём.

3. Электромагнитная обмотка возбуждения.

4. Специальная пружина.

5. Якорь от электромагнита.

6. Корпус форсунки.

7. Уплотнение на корпусе.

8. Игла форсунки.

9. Сопло форсунки.

Сопло предназначается для осуществления разбрызгивания топлива. От качества исполнения данного элемента зависит работа всего прибора. Фильтр сеточного типа необходим для фильтрации топлива, которое будет проходить через форсунку. Фильтр нужен, так как форсунки очень чувствительны к наличию сторонних элементов в топливе.

Через электрический разъём на форсунки поступает электроэнергия, которая потом переходит на электромагнитную обмотку возбуждения. Пружина предназначается для возвращения иглы форсунки в исходную позицию после впрыска. Якорь электромагнита производит управление, и осуществляет движение иглы форсунки. Игла форсунки производит открытие и закрытие сопла, благодаря чему происходит управление впрыском топлива.

Все конструктивные элементы форсунки располагаются в определённом порядке в её корпусе. Уплотнение на корпусе необходимо для более качественной и надёжной установки прибора в топливную систему.

3. Принцип работы электромагнитной форсунки.

Принцип работы электромагнитной форсунки состоит в следующем. После включения зажигания, электромагнитные форсунки получают от блока управления команды с определённой частотой. Под воздействием этих команд они принимают два возможных положения: открытое или закрытое. Если на форсунку напряжение не подаётся, то игла под воздействием пружинного механизма и давления топлива прижимается к седлу клапана и форсунка в это время не обеспечивает подачу топлива в коллектор.

Когда электронный управляющий блок по заложенному алгоритму подаёт на электромагнитную обмотку возбуждения необходимое напряжение, создаётся электромагнитное поле, которое провоцирует втягивание якоря с иглой и освобождение сопла форсунки, преодолевая силу пружины. Через сопло и производиться впрыскивание топлива в камеру сгорания. Когда напряжение исчезает, игла форсунки под воздействием пружины возвращается в исходное положение.

Все современный форсунки оснащаются электронной системой контроля впрыска топлива. Электронная система контроля впрыска топлива принимает команды от датчиков в двигателе, на основе которых определяет нужное количество топлива для двигателя в данный момент и отправляет сигналы форсункам. А форсунки открываются в нужное время и производят впрыск необходимого количества топлива. То есть они дают возможность довольно точно дозировать впрыск топлива в коллектор.

Впрыскивание топлива осуществляется сверху вниз через распылительную пластину, от формы и конструкции которой зависит форма струи. Качество работы форсунки определяется по характеру распыления топлива, который она способна обеспечить. Форсунка должна давать конусообразное распыления с ровный и непрерывным факелом.

Работу форсунок определяют по таким характеристикам:

1. Динамический диапазон функционирования.

2. Минимальная подача топлива за один цикл.

3. Время на открытие форсунки.

4. Время на закрытие форсунки.

5. Угол распыления.

6. Дальность топливного факела.

7. Мелкость и зернистость распыления.

8. Характер распределения топлива в факеле.

4. Игла форсунки.

Распылитель – это одна из основных частей форсунки, которая состоит из двух элементов:

1. Иглы.

2. Корпуса.

Игла форсунки изготавливается из легированной стали, очень тщательно обрабатывается и имеет высокую степень твёрдости поверхности. Высокая твёрдость поверхности просто необходима для обеспечения работы форсунки в условиях высокой температуры и высокого давления. Качество функционирования иглы форсунки зависит от зазора между ней и корпусом распылителя. Поэтому иглу и корпус форсунки всегда выбирают попарно. Заменить только одну из этих деталей нельзя. Если менять, то сразу две.

Положение иглы внутри форсунки контролируется при помощи специальной пружины, которая регулируется винтом, вкрученном в дно корпуса. Рассмотрим, каким образом происходит работа иглы форсунки. Когда двигатель работает, топливо проходит из топливного насоса в камеру через канал. Как только давления топлива превысит силу пружины, игла приподнимается, а топливо проходит к отверстиям распыления и впрыскивается в камеру сгорания. После впрыска, давление топлива резко падает, и игла форсунки под действием пружины возвращается в начальную позицию, закрывая входное отверстие. А потом всё повторяется заново.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Устройство форсунки двигателя

Проблемы и неисправности форсунок двигателя

Для поддержания нормальной работы топливной системы необходимо проводить периодическую чистку форсунок. По мнению специалистов, процедура должна выполняться каждые 20-30 тыс. км пробега, но на практике необходимость в таких работах возникает уже после 10-15 тыс. км. пробега. Это связано с некачественным топливом, плохим состоянием дорог и не всегда правильным уходом за машиной. Рекомендуется производить ремонт форсунок у специалистов, например ремонтировать форсунки систем Common Rail лучше тут.

К самым актуальным проблемам, преследующими форсунки любого типа, относится появление на стенках деталей отложений, являющихся следствием использования низкокачественного топлива. Результатом является появление загрязнений в системе подачи горючей жидкости и возникновение перебоев в работе, потеря мощности мотором, чрезмерный расход ГСМ. Причинами, влияющими на работу форсунок, могут быть:

  • чрезмерное содержание серы в топливе;
  • коррозия металлических элементов;
  • износ;
  • засорение фильтров;
  • воздействие высоких температур;
  • проникновение влаги и воды.

Надвигающиеся неполадки можно определить по ряду признаков, таких как появление незапланированных сбоев при старте двигателя, увеличение расхода топлива, появление выхлопа черного цвета, нарушение ритмичности работы мотора на холостом ходу.

Способы чистки форсунок

Существует три метода чистки форсунок:

  • ультразвуковая чистка;
  • промывка инжектора через топливную рампу;
  • добавление в топливо специальной промывки.

Ультразвуковая чистка, пожалуй, самая эффективная, но имеет ряд недостатков. Так, с помощью данного метода очищаются лишь сами форсунки, другие же части топливной системы не затрагиваются. Кроме того, данный метод исключен для форсунок, в конструкции которых содержатся элементы керамики (они разрушаются под действием ультразвука).

Метод чистки инжектора через топливную рампу подразумевает присоединение к ней трубок, через которые подается специальный химический состав под высоким давлением. Подобную процедуру выполняют, как правило, на сервисе. Стоимость ее довольно высока. После данной процедуры в обязательном порядке следует заменить свечи зажигания.

Прочистка форсунок посредством специального химического состава, заливаемого в бак, зачастую малоэффективна. Химические соединения, как правило, не способны справиться с сильным загрязнением. Данный способ хорош в профилактических целях, но не для чистки непосредственно. В состав подобных соединений для чистки входят жидкие компоненты, нацеленные на удаление налета, а также мелкодисперсные частицы с абразивными свойствами. Они должны очищать топливопровод от продуктов окисления и налета, а форсунки под их воздействием должны очищаться от нагара. В результате форма распыла топлива вновь должна приобрести правильную конусообразную форму.

Использование форсунок (инжекторов) позволило сделать работу автомобильного двигателя более экономичной и контролируемой в сравнении с карбюраторными системами. Их главная задача – обеспечение точной дозировки топлива, подаваемого в камеру сгорания, в определенный момент времени и образование оптимальной топливовоздушной смеси. Применяются форсунки и на бензиновых, и на дизельных моторах. Конструктивно они представляют собой сложные устройства высокой точности обработки.

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.

Рабочие параметры и неисправности инжекторов

Одной из основных характеристик форсунки является факел распыла. Для обеспечения корректной работы двигателя топливо должно распыляться под высоким давлением и на большую площадь. При этом размеры капель горючего должны быть как можно меньше. Это позволяет ускорить процесс сгорания и уменьшить расход топлива. Если же подача бензина или дизеля будет осуществляться струей, возникнут провалы в работе мотора, увеличится количество сажи в выхлопе. Происходит это, когда распылитель инжектора загрязняется.

Также важным параметром является время впрыска форсунок, или лаг открытия и закрытия. Он зависит от множества параметров напряжения, уровня давления и типа топлива. Измеряется лаг лабораторным методом, в ходе которого определяется количество пролитого топлива за единицу времени.

Несмотря на сложное устройство, топливные инжекторы имеют длительный срок эксплуатации. В среднем он составляет от 100 до 150 тысяч километров пробега. Основным требованием для обеспечения продолжительности работы форсунок является качество топлива и своевременный технический осмотр автомобиля.

Видео: Устройство и принцип действия насос форсунки. Принцип работы форсунки инжекторного двигателя. Изучаем Common Rail. Дизельные форсунки. Разбираем топливную форсунку. Промывка топливной форсунки своими руками. Что убивает форсунки дизельного двигателя. Регулировка дизельных форсунок на стенде в домашних условиях. Работа распылителя и стенда КИ-562

Форсунка — это элемент системы впрыска, предназначенный для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.

Форсунки используются 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:

  • электромагнитные форсунки
  • электрогидравлические форсунки
  • пьезоэлектрические

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:

  • 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.

В отличие от бензиновых электромеханических фор­сунок, в форсунках «Коммон Рейл» электромагнит при давлении 1350 … 1800 кгс/см2 не в состоянии поднять за­порную иглу, поэтому используется принцип гидроусиления.

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.

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

Из-за особенностей процесса сгорания, присущих дизельным двигателям с турбонаддувом, для уменьшения шума и снижения выброса оксидов азота в цилиндры двигателя перед впрыском основной дозы топлива подается небольшая капля топлива (1…2 мм3) «пилотный впрыск», которая плавно перетекает в распыление остальной части топлива. Предварительный впрыск позволяет топливу воспламеняться быстрее. Давление и температура при этом возрастают медленнее чем при обычном впрыске, что уменьшает «жесткость» работы двигателя и его шум с одновременным снижением выбросов окислов азота. Характер процесса двойного впрыска показан на рисунке:

Рис. График процесса двойного впрыска и характер распыления топлива

При холодном двигателе и в режиме, приближенном к холостому ходу, происходит два предварительных впрыска. При увеличении нагрузки предварительные впрыски один за одним прекращаются, пока при полной нагрузке двигатель не перейдет в режим основного впрыска. Оба дополнительных впрыска необходимы для регенерации сажевого фильтра.

Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение горючей смеси на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств горючей смеси следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «послевпрыскивания».

Рис. Характер протекания процесса многоступенчатого впрыска

Время между предварительным впрыскиванием и основным впрыскиванием составляет 100 мс. Объем топлива, попадающего в цилиндр в момент каждого предварительного впрыскивания, составляет 1,5 мм3. Это делается для равномерного распределения давления в камере сгорания и, соответственно, уменьшения шума, создаваемого в процессе сгорания. После впрыскивания, в свою очередь, служат для снижения токсичности отработавших газов. Если в конце цикла сгорания произвести еще одно впрыскивание в цилиндр, то оставшиеся частицы сгорают лучше. Кроме того, в случае, когда во впускной системе установлен фильтр для улавливания несгоревших частиц, такая технология за счет высокой температуры способствует его очистке. Это особенно актуально для двигателей с большим рабочим объемом.

Более того, сейчас стало возможным использовать до семи тактов впрыска вместо трех за один рабочий процесс. Благодаря этому появляются новые возможности для увеличения номинальной мощности двигателя и еще более точного контроля за составом отработавших газов.

Новое поколение форсунок позволяет регулировать не только количество впрыска по времени и его фазы, но и управлять подъемом иглы, что позволяет более четко управлять процессом впрыска.

В настоящее время производители дизельной топливной аппаратуры, например фирма Бош, разработала системы Common Rail с давлением впрыска до 2500 кгс/см2. В этих системах форсунка отличается от традиционной тем, что максимальное давление создается не гидроаккумуляторе, а в самой форсунке. Она снабжена миниатюрным гидроусилителем давления и двумя электромагнитными клапанами, позволяющими варьировать момент впрыска и количество топлива в пределах одного рабочего цикла. Таким образом, здесь совмещены принципы работы Common Rail и форсунки.

Другим направлением форсунок фирмы Bosch является устройство в форсунках небольшого напорного резервуара, сокращающего обратный ход к циклу низкого давления. Это позволяет увеличить давление впрыска и КПД системы.

Форсунки с повышенным давлением впрыска соответствуют нормам Евро-6.

Топливная форсунка является основным исполнительным устройством в любой системе впрыска. Ее главная задача — распылять топливо на мелкие частицы в нужном месте впускного воздушного тракта или непосредственно в цилиндрах двигателя. Форсунки бензиновых и дизельных двигателей выполняют одинаковые функции, но по принципу действия и конструкции — это совершенно разные устройства. В данной главе описываются форсунки только для бензиновых двигателей.

ФОРСУНКИ ВПРЫСКА: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Форсунки впрыска бензина (ФВБ) по конструктивному устройству и по типу реализованного в них способа управления подразделяют на гидромеханические, электромагнитные, магнитоэлектрические и электрогидравлические. В современных системах впрыска бензина используются в основном первые два вида.

По назначению в системе впрыска форсунки бывают пусковыми и рабочими. Рабочие форсунки делят на два вида: центральные форсунки для одноточечного импульсного впрыска и клапанные форсунки для впрыска топлива с распределением по цилиндрам. Разрабатываются рабочие форсунки для впрыска бензина под высоким давлением непосредственно в цилиндры двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Следует отметить, что форсунки впрыска бензина изготовляются под каждый тип двигателя индивидуально, т.е. форсунки впрыска не унифицируются и, как правило, не могут переставляться с одного типа двигателя на другой. Исключение составляют универсальные гидромеханические форсунки фирмы BOSCH для механических систем непрерывного впрыска бензина, которые широко применялись на различных двигателях в составе системы «K-Jetronic». Но и эти форсунки имеют несколько не взаимозаменяемых модификаций.

Почти все форсунки впрыска бензина содержат внутри корпуса мелкосетчатый фильтр тонкой очистки топлива, который часто является причиной нарушения работоспособности форсунки. Восстановить нормальную работу форсунки с загрязненным фильтром можно принудительной промывкой всей системы впрыска специальным многокомпонентным растворителем, который добавляют в моторное топливо (в бензин), и двигатель включают в работу на холостом ходу на 30-40 мин. В настоящее время для этой цели продаются специальные промывочные установки и растворитель. Промывка форсунки вне двигателя путем «отмачивания» в ацетоне или продувкой воздухом не эффективна.

Следует также заметить, что современные форсунки впрыска бензина не разборные и ремонту с демонтажом на детали не подлежат.

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ФОРСУНКИ

Гидромеханические форсунки (ГМ-форсунки) бывают открытого и закрытого типов. Первый тип ГМ-форсунок представляет собой жиклерные форсунки и в современных системах впрыска бензина не используется. ГМ-форсунки закрытого типа предназначены для применения в механических системах непрерывного распределенного по цилиндрам впрыска топлива на бензиновых ДВС. Такие форсунки не имеют электрического управления. Они открываются под напором бензина, а закрываются возвратной пружиной. Давление напора бензина, при котором закрытая форсунка открывается, называется начальным рабочим давлением (НРД) форсунки и обозначается как Рфн. ГМ-форсунки закрытого типа устанавливаются в предклапанных зонах впускного коллектора для каждого цилиндра в отдельности.

По конструкции закрытые форсунки могут различаться устройством запорного клапана и способом крепления в литом корпусе впускного коллектора. По типу запорного устройства закрытые форсунки подразделяют на форсунки со сферическим, дисковым и штифтовым клапаном; по способу крепления — на вставные и резьбовые.

Закрытые ГМ-форсунки в дозировании топлива участия не принимают. Их главная функция — распылять бензин на горячие впускные клапаны двигателя. При этом распыленные частицы бензина переходят в парообразное состояние, а впускной клапан охлаждается. Чтобы не было соприкосновения струи бензина со стенками предклапанной зоны впускного коллектора, бензин распыляется с раскрывом на угол не более 35е, а форсунка по отношению к клапану устанавливается по строго заданной геометрии.

Дозирование топлива в механической системе впрыска производится изменением напора бензина у постоянно открытого распылительного сопла форсунки. При этом давление напора формируется давлением вне форсунки — в дифференциальном клапане дозатора-распределителя механической системы впрыска.

Для того чтобы клапан форсунки закрытого типа находился в состоянии «открыто», давление бензина в клапанной полости 6 должно быть все время несколько выше усилия Рп возвратной пружины 10 (Рфн > Р„).

Это достигается заданием достаточно высокого (не менее 6 бар) рабочего давления Ps (РДС) в системе (в топливоподающей магистрали до дозатора-распределителя) и поддержанием РДС на постоянном уровне.

ОСНОВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЗАКРЫТОЙ ФОРСУНКИ ЯВЛЯЮТСЯ ПЯТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

1. Начальное рабочее давление Рфн (НРД) форсунки сразу после ее сборки на заводе-изготовителе (давление открывания новой форсунки). НРД для закрытых форсунок разных модификаций лежит в пределах 2,7…5,2 кг/см2. Для новых форсунок из одного типоразмерного ряда НРД может отличаться не более чем на ±20%. При подборе комплекта форсунок на двигатель различие НРД не должно превышать ±4%. В продажу (как запчасти) форсунки поступают с одинаковым НРД в упаковке. Замена форсунок неполным комплектом может стать причиной нарушения нормальной работы двигателя.

2. Минимальное рабочее давление Рф т|„ (МРД) форсунки после ее приработки на двигателе (после 5000 км пробега). Это давление становится меньше НРД новой форсунки на 15…20% и стабилизируется (за 5 лет нормальной эксплуатации изменяется не более чем на 5%).

3. Рабочее давление Рф форсунки после ее приработки. Это изменяющееся во время работы двигателя давление во внутренней полости форсунки от минимального рабочего давления Рф min (МРД) до максимального значения рабочего давления Ps max(РДС)в механической системе впрыска.

4. Давление отсечки форсунки Р0 (ДОТ). Это давление, ниже которого форсунка надежно закрыта иногда называется давлением слива). Давление отсечки всегда меньше Рф min на 1,0…1,5 кг/см2, но несколько больше остаточного давления Рост в системе впрыска сразу после выключения двигателя.

5. Производительность Пф форсунки. Это количество бензина, которое распыляется через постоянно открытую форсунку за единицу времени при определенном рабочем давлении Рф в полости форсунки. Обычно Пф закрытой форсунки задается для двух крайних значений рабочего давления: Рф min и Ps max. Этим двум значениям соответствуют два режима работы двигателя: Рф m,n — холостому ходу, Ps m8K — полной нагрузке. Производительность Пф задается в см3/мин или в гр/с. Например, для закрытых форсунок 5-ти цилиндрового ДВС автомобиля AUDI-1O0 (2,2 л, 140 л/с) показатели производительности соответственно равны 30 и 90 см3/мин (при работе в системе «K-Jetronic»).

Вышедшие из строя форсунки закрытого типа ремонту не подлежат, но, как и любые другие, могут быть «промыты» в составе системы впрыска на работающем двигателе.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФОРСУНКИ

Электромагнитные форсунки применяются в современных системах впрыска бензина в качестве клапанных рабочих и пусковых форсунок (для систем распределенного по цилиндрам впрыска с электронным управлением), а также в качестве центральных форсунок впрыска (в системах питания с моновпрыском). Центральная форсунка наиболее распространенной конструкции для систем впрыска бензина группы «Mono».

Современные ЭМ-форсунки способны надежно срабатывать со скважностью* S =»» 0,5 и при этом устойчиво (управляемо) удерживать открытое состояние в течение 2…2,5 мс. Разброс этого параметра в конкретном типоразмерном ряде форсунок не более ±5%. Такой быстроте срабатывания ЭМ-форсунки отвечает частота возвратно-поступательного движения подвижного стержня электромагнита форсунки в 200…250 с-1. Это является пределом возможного для данного типа электроуправляемых форсунок.

При применении ЭМ-форсунок в качестве клапанных рабочее давление Ps в системе впрыска может быть понижено с 6,5 бар (в механических системах) до 4,8…5 бар, что повышает надежность работы электробензонасоса и понижает вероятность протечек топлива в уплотнительных соединениях бензома-гистралей.

При электронном управлении форсунками точность дозирования впрыснутого бензина значительно повышается. Это становится возможным потому, что давление внутри ЭМ-форсунки поддерживается постоянным, и количество впрыснутого топлива определяется только временем открытого состояния форсунки.

ОСНОВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЭМ-ФОРСУНКИ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Постоянное рабочее давление в полости форсунки (РДФ), равное рабочему давлению Ps системы, выраженное в бар.

2. Производительность форсунки (пропускная СПОСОбнОСТЬ В ОТКРЫТОМ СОСТОЯНИИ — В СМ3/МИН или в г/с при заданном Ps РДС).

3. Минимальное напряжение надежного срабатывания форсунки (постоянное напряжение в вольтах).

4. Минимальное время цикловой подачи топлива (минимальное надежно управляемое время продолжительности открытого состояния форсунки — в мс).

5. Внутреннее омическое сопротивление Нф форсунки (сопротивление катушки соленоида — в омах).

На корпусе форсунки набивается цифровой код, по которому в справочном каталоге можно определить все вышеперечисленные параметры. На корпусе выбивается также торговый знак или название фирмы-изготовителя.

О внутреннем омическом сопротивлении Нф форсунки следует сказать отдельно. Если катушка соленоида намотана медным проводом, то получить величину Нф более 2…3 Ом невозможно (накладывается требование минимизации индуктивности Ls катушки). В таком случае для ограничения величины рабочего тока 1ф форсунки последовательно с катушкой соленоида включают дополнительный резистор. Применяют также обмоточный провод с высоким удельным сопротивлением (для катушки соленоида), что исключает необходимость установки дополнительных резисторов. Но в любом случае общий средний ток управления сразу всеми форсунками (или группой форсунок) впрыска на двигателе не должен превышать значения 3…5 А.

В некоторых случаях на многоцилиндровых двигателях применяют «групповое» управление форсунками. Это когда форсунки объединены в группы, а каждая группа управляется от отдельного электронного блока. Но наиболее эффективной является система впрыска бензина, в которой каждая рабочая клапанная ЭМ-форсунка управляется независимо от других (последовательный синхронизированный распределенный по цилиндрам импульсный впрыск бензина с управлением от многоканального ЭБУ впрыском).

По типу запирающего клапана ЭМ-форсунки, как и гидромеханические, подразделяют на три вида:

— форсунки со сферическим профилем запорного элемента:

— форсунки с штифтовым клапаном (с конусным или игольчатым запорным стержнем):

— форсунки с дисковым клапаном (с плоским или тарельчатым запорным элементом).

Выпускаются форсунки с внутренним электрическим сопротивлением 2,4 Ом: 12,5 Ом; 16 Ом. Малое сопротивление связано с применением обмоточного провода из меди и с необходимостью иметь малую величину индуктивности L соленоида, которая прямо зависит от числа витков Wc обмотки соленоида.

Низкое сопротивление форсунки увеличивают дополнительным сопротивлением в 6…8 Ом, что уменьшает потрябляемый ток. Обмотки высокоомной форсунки выполнены из провода с большим удельным сопротивлением (например, из латуни), что позволяет иметь малое L и большое R.

По производительности П впрыска форсунки подбирают по типам и мощности тех двигателей, на которые эти форсунки устанавливаются. Производительность форсунки определяется под рабочим давлением системы, как количество Кв бензина, прошедшего через форсунку за единицу времени t, если она постоянно открыта.

ПУСКОВЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФОРСУНКИ

К электромагнитным форсункам относятся и пусковые гидроклапаны с электромагнитным управлением, которые по принципу действия мало чем отличаются от ЭМ-форсунок. Именно поэтому пусковые гидроклапаны чаще называют пусковыми форсунками.

Основное назначение пусковой форсунки (ПС-форсунки) — это работа в механической системе непрерывного распределенного впрыска во время запуска холодного двигателя. Иногда ПС-форсунка используется как форсажное устройство, наподобие ускоритвльного насоса в карбюраторе, или как устройство для запуска перегретого двигателя с турбонаддувом. Пусковая форсунка применяется и в некоторых системах впрыска группы «L». В любом случае ПС-форсунка работает непосредственно от бортсети автомобиля, а в систему электронного управления двигателем включается опосредовано через специальное электронное реле управления.

К ПС-форсункам требования высокой скорости срабатывания не предъявляются, что значительно упрощает конструктивное исполнение ее составных компонентов. Так, масса якоря электромагнита, который (якорь) одновременно является и запирающим элементом клапана форсунки, число витков катушки электромагнита, сечение распылительного сопла, упругость возвратной пружины — все это заметно увеличено по сравнению с рабочей клапанной ЭМ-форсункой.

ФОРСУНКА ЗАКРЫТОГО ТИПА С ПЛУНЖЕРНЫМ НАСОСОМ

Ведутся исследования в направлении поиска принципиально новых способов впрыска бензина с помощью форсунок. Испытаны так называемые магнитоэлектрические форсунки, которые отличаются высоким быстродействием (0,5 мс), так как работают с принудительным высокочастотным (до 1000 с»1) переключением полярности магнитного поля в катушке соленоида.

Перспективными считаются также форсунки закрытого типа с дополнительным электромагнитным управлением (электрогидравлические).

В системах впрыска бензина группы «Д» (впрыск в камеру сгорания) используется насос-форсунка закрытого типа с плунжерным насосом высокого давления, который приводится в действие от кулачка распредвала.

Насос-форсунка оснащен сливным каналом с быстродействующим электрогидравлическим клапаном. Комбинация — плунжерный насос, закрытая гидромеханическая форсунка, электроуправляемый от электронной автоматики сливной канал — дает возможность реализовать так называемый «послойный впрыск бензина» непосредственно в камеру сгорания ДВС. Это обеспечивает значительную экономию топлива за счет работы двигателя на очень бедных ТВ-смесях (а =»» 2,0), а также повышает ряд его эксплуатационных показателей.

При послойном впрыске цикловая подача бензина непрерывно дифференцируется по времени посредством управления давлением в рабочей полости насос-форсунки (под плунжером). Давление регулируется электроуправляемым гидроклапаном в сливном канале. Суть послойного впрыска топлива состоит в его подаче отдельными, строго дозированными порциями. Получается так: за один цикл впрыска бензин подается прямо в цилиндр не сплошной однородной струей, а несколькими частями, каждая из которых образует «свой» коэффициент избытка воздуха а.

В объеме цилиндра образуется «послойный пирог» из ТВ-смеси разной концентрации. Преимущество послойного впрыска бензина состоит в том, что в первый момент воспламенения в зону центрального электрода свечи зажигания подается нормальная (стехиометрическая) ТВ-смесь с а =»» 1, которая легко возгорается. Далее процесс горения топлива в очень бедной ТВ-смеси (а =»» 2.0) поддерживается за счет «открытого огня», образовавшегося в первый момент воспламенения. Однако система впрыска бензина с насос-форсунками обладает двумя существенными недостатками: она содержит дорогостоящие и очень сложные механические устройства, а также способствует появлению значительных количеств оксидов азота (N0X) в выхлопных отработавших газах двигателя, бороться с которыми крайне сложно. Тем не менее система выпускается фирмой TOYOTA для двигателей TD4 легковых автомобилей.

>

Форсунки принцип работы


Форсунки двигателя - виды и принцип работы

Содержание статьи:Форсунка (второе название — «инжектор») представляет собой конструктивный элемент системы впрыска двигателя. Подобное устройство предназначено для подачи топлива в дозированном количестве, дальнейшего его распыления во впускном коллекторе (камере сгорания), т.е. создания топливно-воздушной смеси.Оборудование такого рода используется во всех системах впрыска двигателей — и бензиновых, и дизельных. Сегодня на современных двигателях используют форсунки, которые оснащены электронным управлением впрыска.

Зависимо от того или иного способа выполнения впрыска различают такие виды форсунок, как: электромагнитная, пьезоэлектрическая и электрогидравлическая.

  • Читайте также статью: Как промывать форсунки двигателя
Фотография устройства электромагнитной форсункиЭлектромагнитное устройство такого плана, как правило, используют, на бензиновых двигателях, включая и те, которые имеют систему непосредственного впрыска. Данный вид оборудования характеризуется довольно простой конструкцией, которая состоит из сопла и включающего электромагнитного клапана, оснащенного иглой.Работа электромагнитной форсунки происходит таким образом. Электронный блок управления, в точном соответствии с заложенным ранее алгоритмом, обеспечивает в необходимый момент на обмотку возбуждения клапана подачу напряжения. В процессе этого создается электромагнитное поле, которое преодолевает усилие пружины, затем втягивает якорь с иглой и, таким образом, освобождает сопло. После этого осуществляется впрыск топлива. Когда же напряжение пропадает, пружина иглу форсунки возвращает на седло.Фотография устройства электрогидравлической форсункиЭлектрогидравлическое оборудование такого плана применяют на дизельных двигателях, включая и те, которые оборудованы системой впрыска под названием «Common Rail». Конструкция устройства данного типа объединяет в себе электромагнитный клапан, сливную и впускную дроссели, камеру управления.

Принцип работы данного оборудования основан на применении давления топлива, и при впрыске, и после его прекращения. Электромагнитный клапан в исходном положении обесточен и полностью закрыт, игла устройства прижата к седлу с помощью силы давления на поршень топлива в камере управления. В таком положении впрыск топлива не осуществляется. Следует отметить, что в такой ситуации давление топлива на иглу в связи с разностью площадей контакта менее давления, осуществляемого на поршень.

После команды электроблока управления происходит срабатывание электромагнитного клапана и осуществляется открытие сливной дроссели. При этом, топливо, находящееся в камере управления, вытекает в сливную магистраль через дроссель. Впускной дроссель служит препятствием тому, чтобы произошло быстрое выравнивание давлений не только во впускной магистрали, но также и в камере управления. Постепенно давление на поршень уменьшается, но не изменяется давление топлива, осуществляемое на иглу — в результате этого происходит поднятие иглы и, соответственно, впрыск горючего.Схема устройства пьезоэлектрической форсункиНаиболее совершенным устройством, с помощью которого обеспечивается впрыск топлива, считается пьезоэлектрическое оборудование такого плана — оно называется «пьезофорсунка». Данный вид устройств устанавливают на тех дизельных двигателях, которые оборудованы системой впрыска, носящей название Common Rail — аккумуляторная топливная система.Преимущество подобных устройств — это быстрота срабатывания (примерно в четыре раза быстрее, чем электромагнитный клапан), что в результате предоставляет возможность многократно впрыскивать топливо на протяжении течение одного цикла. Кроме этого плюсом пьезофорсунок является максимально точная дозировка топлива, которое впрыскивается.Создание данного вида оборудования стало возможным в связи с использованием в управлении форсункой пьезоэффекта, который основан на смене длины пьезокристалла в результате воздействия напряжения. Конструкция такого устройства включает в себя пьезоэлемент и толкатель, отвечающий за переключение клапана, а также иглу — всё это помещено в корпус устройства.В работе данного вида оборудования, также как и в работе электрогидравлических устройств такого плана, используют гидравлический принцип. Игла в исходном положении посажена на седло из-за высокого давления топлива. В процессе подачи на пьезоэлемент электрического сигнала, происходит увеличение его длины, что передает на поршень толкателя усилие. В результате этого происходит открытие переключающего клапана и поступление в сливную магистраль топлива. Падает давление выше иглы. В связи с давлением в нижней части происходит поднятие иглы и, соответственно, впрыск топлива.Количество топлива, которое впрыскивается, определяется такими факторами, как:
  • длительность воздействия на пьезоэлемент;
  • давление топлива в топливной рампе.
Смотрите видео про принцип работы форсунки:

Теги

Авто схемы Познавательная статья о форсунках автомобиля — какие их типы бывают и как они работают.

Интересные статьи:

Форсунки двигателя транспортного средства

Ищем двух авторов для нашего сайта, которые ОЧЕНЬ хорошо разбираются в устройстве современных автомобилей.Обращаться на почту [email protected]

Топливная система претерпела значительные изменения со времён создания первого автомобиля. Такие преобразования коснулись и механизма впрыска, который стал более совершенным. Дозированная подача топливной смеси позволяет плавно регулировать обороты, что приводит к меньшему расходу горючего. Для решения таких задач используются форсунки двигателя, которые и составляют инжекторную систему. Эта технология давно пришла на смену карбюратору и превосходит его по всем параметрам.

Назначение форсунок в работе двигателя

Дозированная подача обеспечивает лёгкость в управлении машиной благодаря детально рассчитанным порциям топлива. Назначение подобной системы позволяет не только уменьшить выброс вредных веществ, но и сделать вождение безопасным. Заложенная в управляющий блок микропрограмма делает автомобиль отзывчивым на малейшие изменения в движении. Набор мощности двигателем в этом случае происходит более динамично, что позволяет учесть малейшие особенности дороги.

Каждая форсунка высокого давления является важным механизмом топливной системы. Точно рассчитанная подача горючего имеет огромное значение для силовой установки машины и позволяет увеличить срок её службы. В современных автомобилях инжектор (форсунка) управляется электроникой и бывает нескольких видов. Подобное оснащение успешно используется на бензиновых и дизельных двс, что делает такую технологию наиболее перспективной. В зависимости от вида и характеристик двигателя, форсунки различаются по методу впрыска, каждый из которых имеет свои особенности.

Электромагнитная форсунка

Такой тип инжектора использует бензиновые форсунки и получил широкое распространение. Простая конструкция этого оборудования показывает отличные результаты в автомобильной технике, оснащённой системой непосредственного впрыска. Любая электромагнитная форсунка состоит из управляемого клапана, иглы и сопла. Функционирование этой системы выполняется в соответствии с заложенной программой, что позволяет добиться высокой точности подачи горючего.

Электронный блок полностью контролирует все операции, что исключает любые ошибки при впрыске топливной смеси. Согласно заложенной программе напряжение подаётся на обмотку клапана, что приводит к созданию электромагнитного поля. Под его воздействием сопло освобождается, вследствие чего и производится впрыск топлива. Прекращение подачи напряжения приводит к обратному результату, и пружина возвращает иглу в прежнее положение. Такой метод впрыска топливной смеси имеет высокую точность и задействован на большей части бензиновых двигателей.

Электрогидравлическая форсунка

Использование такой системы можно часто увидеть в автомобилях, оснащённых дизелем. Эту технологию также допускается применять на агрегатах, имеющих систему впрыска Common Rail. Такие инжекторные форсунки состоят из сливной и впускной дроссели, электромагнитного клапана и камеры. Путём изменения давления топлива легко добиться возможности управлять его подачей на цилиндры, и эта особенность является главным отличием инжектора от аналогичных механизмов.

Понять, как осуществляется управление форсункой электрогидравлического типа достаточно просто. В состоянии ожидания электромагнитный клапан всегда закрыт, причём игла форсунки высокого давления прижата к седлу топливом. В этом положении подача горючего невозможна по элементарным физическим причинам. Давление в системе, воздействующее на иглу намного меньше чем на поршень, что не позволяет запустить механизму впрыска.

При подаче сигнала с управляющего блока происходит включение электромагнитного клапана, которое заключается в открытии дроссельной заслонки. Подобный принцип работы форсунки не допускает мгновенного выравнивания давления, что приводит к подъёму иглы и подаче топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка

Практичное устройство современной форсунки представляет собой наиболее совершенную технологию впрыска. Установка подобного оборудования выполняется на дизельные двигатели, оснащённые системой Common Rail. Состоят такие виды форсунок из переключающего клапана, пьезоэлемента, толкателя и иглы. Скорость циклов впрыска подобного устройства в 4 раза превосходит срабатывание механизмов других типов. Такие возможности позволяют реализовать многократный впрыск топлива за один цикл, а дозировка горючего более совершенна.

Получить такие возможности удалось благодаря использованию особых компонентов. Подача напряжения влияет на характеристики сердечника что обеспечивает впрыск топлива. Пьезокристалл, изменяясь в размерах, давит на поршень толкателя в результате чего открывается клапан и горючее поступает в сливную магистраль. За счёт увеличения давления в топливной системе подымается игла, и происходит впрыск горючей смеси.

В работе такого устройства также используется гидравлический принцип, в основе которого лежит разница давления. Для точно рассчитанного срабатывания не менее важен и пьезоэлемент, в состав которого входят цирконий и палладиум. Такая технология обеспечивает огромную скорость срабатывания и довольно большое усилие, направленное на открытие клапана. Для регулировки количества горючего для впрыска используется соотношение давления в рампе и время воздействия на пьезоэлемент.

Принцип работы форсунок

Система впрыска топлива отвечает за подачу горючего в цилиндр или впускной коллектор двигателя. Чтобы понять, как работает форсунка инжектора, требуется рассмотреть описание топливной системы. Управляемый процесс подачи горючего наиболее важная часть в обеспечении работоспособности двигателя. Инжектор обычно устанавливают перед расположением дроссельной заслонки, именно на этом месте в более старых моделях устанавливался карбюратор. Система впрыска топлива может иметь различную конфигурацию, так насос-форсунка или ТНВД значительно отличаются от Common Rail.

Распределённый впрыск топлива присущ большинству современных автомобилей. Существуют несколько типов форсунок, принцип работы которых имеет свои особенности.

  • Одновременный – подача горючего осуществляется сразу на все цилиндры, что характеризуется равными показателями расхода топлива на каждый инжектор;
  • Попарно-параллельный – открытие канала выполняется в парном режиме, причём одна форсунка осуществляет подачу топлива перед циклом впуска, а другая выпуска;
  • Фазированный – каждый из инжекторов автоматически открывается перед впуском, обеспечивая высокую точность впрыска;
  • Прямой – подача топлива происходит напрямую в камеру сгорания, что является наиболее продуктивным вариантом.

С помощью насоса высокого давления происходит подача горючего на форсунку, которая может иметь механическое или электрическое исполнение. Ведущие производители автомобилей с начала 90-х перестали устанавливать механические форсунки ввиду несовершенства этой технологии. Ужесточение требований к выхлопным газам и изменение характеристик такой форсунки в процессе эксплуатации привели к переходу на более современные методы подачи горючего.

Устройство инжектора и его назначение

Использование сразу двух топливных форсунок получило широкое распространение и считается самым удобным в работе двигателя. Что касается устройства инжектора, наиболее востребованы одноканальные модели. В такой системе впрыска под определённым давлением подходит распыляемая жидкость, пар или газ, необходимый для распыления. При более детальном рассмотрении схемы инжектора будет хорошо заметен гидравлический разъем, который служит для установки на посадочное место форсунки, которая крепится на рампе.

Такая система имеет высокие требования к герметичности, и уплотнительные кольца обеспечивают надёжную установку инжектора. В нижней части такого устройства имеются специальная распылительная пластина, а электрический разъём используется для управления соленоидом. С помощью насоса регулируется давление форсунок, которое зависит от типа топливной системы. Наиболее важным элементом инжектора является сопло, обеспечивающее впрыск горючего.

Среди таких устройств, форсунки высокого давления занимают особое место. Системы Common Rail или ТНВД создают необходимые условия для впрыска, а струя распыла топлива зависит от геометрии камеры внутреннего сгорания. Детали инжектора, кроме функциональных элементов, включают фильтрующую сетку, распылитель и пружину, обеспечивающую обратное движение иглы.

Преимущества использования инжектора

Ресурс, которым обладают форсунки высокого давления, не идёт ни в какое сравнение с карбюраторной моделью управления. Система, контролируемая электроникой, имеет ряд преимуществ, которые ощутимы сразу после запуска двигателя.

  • Система дозированного впрыска даёт ощутимую экономию топлива;
  • Увеличение мощности силового агрегата и его динамических показателей;
  • Огромный ресурс работы и отсутствие необходимости в обслуживании;
  • Простота запуска силовой установи независимо от погодных условий;
  • Меньший износ двигателя и плавность при наборе скорости;
  • Приемлемый уровень выхлопных газов.

Эффективность работы инжекторного двигателя превосходит системы прошлого поколения и представляет собой точно отлаженный механизм. Электронное управление даёт возможность задействовать форсунки низкого давления или систему Common Rail для наиболее точной подачи топлива. Карбюратор чрезвычайно редко выходит из строя, а отсутствие необходимости периодической настройки делает такую систему удобной в эксплуатации.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Виды, устройство и принцип работы топливных форсунок

Использование форсунок (инжекторов) позволило сделать работу автомобильного двигателя более экономичной и контролируемой в сравнении с карбюраторными системами. Их главная задача — обеспечение точной дозировки топлива, подаваемого в камеру сгорания, в определенный момент времени и образование оптимальной топливовоздушной смеси. Применяются форсунки и на бензиновых, и на дизельных моторах. Конструктивно они представляют собой сложные устройства высокой точности обработки.

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).

Читайте также:  Функции и принцип работы регулятора давления топливаУстройство 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
Устройство электрогидравлической форсунки двигателя

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
Устройство пьезоэлектрической форсунки двигателя

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.
Читайте также:  Конструктивные особенности топливного бака автомобиля

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.

Рабочие параметры и неисправности инжекторов

Одной из основных характеристик форсунки является факел распыла. Для обеспечения корректной работы двигателя топливо должно распыляться под высоким давлением и на большую площадь. При этом размеры капель горючего должны быть как можно меньше. Это позволяет ускорить процесс сгорания и уменьшить расход топлива. Если же подача бензина или дизеля будет осуществляться струей, возникнут провалы в работе мотора, увеличится количество сажи в выхлопе. Происходит это, когда распылитель инжектора загрязняется.

Также важным параметром является время впрыска форсунок, или лаг открытия и закрытия. Он зависит от множества параметров напряжения, уровня давления и типа топлива. Измеряется лаг лабораторным методом, в ходе которого определяется количество пролитого топлива за единицу времени.

Несмотря на сложное устройство, топливные инжекторы имеют длительный срок эксплуатации. В среднем он составляет от 100 до 150 тысяч километров пробега. Основным требованием для обеспечения продолжительности работы форсунок является качество топлива и своевременный технический осмотр автомобиля.

(2 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

Топливная форсунка. Назначение, устройство, принцип работы

Форсунка — это элемент системы впрыска, предназначенный для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.

Форсунки используются 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:

  • электромагнитные форсунки
  • электрогидравлические форсунки
  • пьезоэлектрические

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:

  • 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.

В отличие от бензиновых электромеханических фор­сунок, в форсунках «Коммон Рейл» электромагнит при давлении 1350 … 1800 кгс/см2 не в состоянии поднять за­порную иглу, поэтому используется принцип гидроусиления.

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

Из-за особенностей процесса сгорания, присущих дизельным двигателям с турбонаддувом, для уменьшения шума и снижения выброса оксидов азота в цилиндры двигателя перед впрыском основной дозы топлива подается небольшая капля топлива (1…2 мм3) «пилотный впрыск», которая плавно перетекает в распыление остальной части топлива. Предварительный впрыск позволяет топливу воспламеняться быстрее. Давление и температура при этом возрастают медленнее чем при обычном впрыске, что уменьшает «жесткость» работы двигателя и его шум с одновременным снижением выбросов окислов азота. Характер процесса двойного впрыска показан на рисунке:

Рис. График процесса двойного впрыска и характер распыления топлива

При холодном двигателе и в режиме, приближенном к холостому ходу, происходит два предварительных впрыска. При увеличении нагрузки предварительные впрыски один за одним прекращаются, пока при полной нагрузке двигатель не перейдет в режим основного впрыска. Оба дополнительных впрыска необходимы для регенерации сажевого фильтра.

Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение горючей смеси на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств горючей смеси следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «послевпрыскивания».

Рис. Характер протекания процесса многоступенчатого впрыска

Время между предварительным впрыскиванием и основным впрыскиванием составляет 100 мс. Объем топлива, попадающего в цилиндр в момент каждого предварительного впрыскивания, составляет 1,5 мм3. Это делается для равномерного распределения давления в камере сгорания и, соответственно, уменьшения шума, создаваемого в процессе сгорания. После впрыскивания, в свою очередь, служат для снижения токсичности отработавших газов. Если в конце цикла сгорания произвести еще одно впрыскивание в цилиндр, то оставшиеся частицы сгорают лучше. Кроме того, в случае, когда во впускной системе установлен фильтр для улавливания несгоревших частиц, такая технология за счет высокой температуры способствует его очистке. Это особенно актуально для двигателей с большим рабочим объемом.

Более того, сейчас стало возможным использовать до семи тактов впрыска вместо трех за один рабочий процесс. Благодаря этому появляются новые возможности для увеличения номинальной мощности двигателя и еще более точного контроля за составом отработавших газов.

Новое поколение форсунок позволяет регулировать не только количество впрыска по времени и его фазы, но и управлять подъемом иглы, что позволяет более четко управлять процессом впрыска.

В настоящее время производители дизельной топливной аппаратуры, например фирма Бош, разработала системы Common Rail с давлением впрыска до 2500 кгс/см2. В этих системах форсунка отличается от традиционной тем, что максимальное давление создается не гидроаккумуляторе, а в самой форсунке. Она снабжена миниатюрным гидроусилителем давления и двумя электромагнитными клапанами, позволяющими варьировать момент впрыска и количество топлива в пределах одного рабочего цикла. Таким образом, здесь совмещены принципы работы Common Rail и форсунки.

Другим направлением форсунок фирмы Bosch является устройство в форсунках небольшого напорного резервуара, сокращающего обратный ход к циклу низкого давления. Это позволяет увеличить давление впрыска и КПД системы.

Форсунки с повышенным давлением впрыска соответствуют нормам Евро-6.

Где в автомобиле находятся форсунки?

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.

Видео-урок: Система питания дизеля

Принцип работы форсунки инжекторного двигателя

Топливные форсунки в бензиновом двигателе представляют собой небольшие электромеханические устройства, которые используются для распыления топлива во впускной коллектор непосредственно перед впускным клапаном. Инжектор имеет сетку с высоким микронным фильтром на верхней стороне входа и небольшие отверстия для на дне для распыления топлива. Топливо действует как смазочный агент для инжектора. Вода в топливе чрезвычайно вредна для инжекторов из-за того, что она ухудшает смазочные свойства топлива. Форсунки открываются и закрываются с тем же циклом, что и двигатель, для двухтактных двигателей, а также в половине оборотов двигателя для четырехтактных двигателей. Это соответствует более 138 000 раз в час. Топливные форсунки подвергаются воздействию углерода и грязи, вносимых плохим воздухоочистителем. Тип используемого топлива и класс, а также добавки непосредственно влияют на продолжительность жизни инжекторов. Компьютер управляет топливными форсунками. При включении двигателя они непрерывно работают. По сути, компьютер открывает и закрывает форсунку в каждый заданный момент времени. Когда нет электрического импульса инжектор закрывается. Компьютер, получив информацию от различных датчиков, определяет время, в течение которого инжектора должны быть открыты, чтобы впрыскивать нужное количество топлива. Средний рабочий цикл топливной форсунки измеряется в миллисекундах. Среднее значение составляет от 1,5 до 6 миллисекунд. Топливные форсунки бывают разных размеров в зависимости от объема цилиндров и требований к мощности двигателя. Существует несколько основных типа инжекторов. Первая - это самая старая версия, которая представляет собой моновпрыск. Это, по сути, система, в которой один или два топливных форсунки расположены в самом корпусе дроссельной заслонки. Они подают топливо, впрыскивая во впускной коллектор. Эта система была наиболее широко используемой системой в 90-х годах. Она была более эффективной, чем карбюратор, поскольку он может регулировать плотность топливно-воздушной смеси не зависимо от разряжения в коллекторе, но не был столь же эффективен, как раздельный впрыск. Причина этого в том, что цилиндры, наиболее близкие к форсункам, имели более богатую смесь, чем дальние. Раздельный впрыск устраняет этот недостаток, впрыскивая такое же количество топлива в каждый цилиндр. Прямой впрыск топлива - это технология подачи топлива, которая позволяет бензиновым двигателям сжигать топливо более эффективно, что приводит к увеличению мощности, более чистым выбросам и увеличению экономии топлива. В системе прямого впрыска воздух и бензин предварительно не смешиваются. Воздух поступает через впускной коллектор, а бензин впрыскивается непосредственно в цилиндр. В сочетании с ультраточным управлением компьютером прямой впрыск позволяет более точно контролировать количество впрыскиваемого топлива и время впрыска. Расположение инжектора также позволяет использовать более оптимальный режим распыления. Результатом является более полное сгорание - другими словами, больше бензина сжигается, что приводит к увеличению мощности и меньшему загрязнению от каждой капли бензина. Чтобы обеспечить правильное количество топлива для каждого рабочего состояния, блок управления двигателем должен контролировать огромное количество входных датчиков, подробнее на http://avtofun.ru. Здесь только несколько: • Датчик массового расхода воздуха - сообщает блоку управления количество воздуха, поступающего в двигатель. • Датчик кислорода (лямбда зонд) - контролирует количество кислорода в выхлопных газах, поэтому ЕБУ может определить, насколько богата или обеднена топливная смесью, и вносить соответствующие изменения. • Датчик положения дроссельной заслонки - контролирует положение дроссельной заслонки (которое определяет, сколько воздуха поступает в двигатель), поэтому ЭБУ может быстро реагировать на изменения, увеличивая или уменьшая расход топлива по мере необходимости. • Датчик температуры охлаждающей жидкости - позволяет ЕБУ определять, когда двигатель достиг своей нормальной рабочей температуры. • Датчик напряжения - контролирует напряжение системы в автомобиле, поэтому ЕБУ может повышать скорость холостого хода, если напряжение падает (что указывает на высокую электрическую нагрузку). • Датчик частоты вращения коленчатого вала - контролирует частоту вращения двигателя, что является одним из факторов, используемых для расчета ширины импульса. Блок управления двигателем использует формулу и большое количество таблиц поиска для определения длительности электрического импульса подаваемого на форсунки для данных условий эксплуатации. Уравнение будет представлять собой ряд множителей, умноженных друг на друга. Многие из этих факторов будут получены из таблиц поиска. Мы проведем упрощенный расчет ширины импульса топливного инжектора. В этом примере наше уравнение будет иметь только три фактора, тогда как реальная система управления может иметь сто или более. Длительность импульса = (ширина базового импульса) x (коэффициент A) x (коэффициент B) Чтобы вычислить ширину импульса, ЕБУ сначала ищет ширину основного импульса в таблице поиска. Ширина базового импульса зависит от частоты вращения двигателя (RPM) и нагрузки (которая может быть рассчитана из положения дроссельной заслонки). Скажем, скорость двигателя составляет 2000 об / мин, а загрузка - 4. Мы находим номер на пересечении 2000 и 4, что составляет 8 миллисекунд.
RPM нагрузка
1 2 3 4 5
1000 1 2 3 4 5
2000 2 4 6 8 10
3000 3 6 9 12 15
4000 4 8 12 16 20
В следующих примерах A и B являются параметрами, которые поступают от датчиков. Предположим, что A - температура охлаждающей жидкости, а B - уровень кислорода. Если температура охлаждающей жидкости равна 100, а уровень кислорода равен 3, таблицы поиска говорят нам, что коэффициент A = 0,8 и коэффициент B = 1,0.
A Фактор A В Фактор B
0 1.2 0 1,0
25 1,1 1 1,0
50 1,0 2 1,0
75 0.9 3 1,0
100 0.8 4 0,75
Таким образом, поскольку мы знаем, что ширина базового импульса является функцией нагрузки и RPM, а ширина импульса = (ширина базового импульса) x (коэффициент A) x (коэффициент B), общая ширина импульса в нашем примере равна: 8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 миллисекунды В этом примере вы можете увидеть, как система управления вносит коррективы. С параметром B в качестве уровня кислорода в выхлопной трубе таблица поиска для B - это точка, в которой (по мнению разработчиков двигателей) имеется слишком много кислорода в выхлопе, и, соответственно, ЕБУ уменьшает топливо. Реальные системы управления могут иметь более 100 параметров, каждый со своей собственной таблицей поиска. Некоторые параметры даже со временем меняются, чтобы компенсировать изменения в производительности компонентов двигателя, таких как каталитический нейтрализатор. И в зависимости от частоты вращения двигателя, возможно, придется выполнять эти вычисления более ста раз в секунду. Механическая впрыска топлива использовалась в 1960-х и 1970-х годах многими производителями на их высокопроизводительных спортивных автомобилях. Электрический топливный насос высокого давления, установленный в топливных баков, накачивает топливо под давлением 7 бар в рампу. Это резервуар, который поддерживает постоянное давление подачи топлива и также сглаживает импульсы топлива, поступающего из насоса. Из аккумулятора топливо проходит через бумажный фильтр, а затем подается в блок управления топливным счетчиком, также известный как распределитель топлива. Это устройство приводится в движение от распределительного вала, и его работа, как следует из названия, заключается в распределении топлива на каждый цилиндр в правильное время и в правильных количествах. Количество впрыскиваемого топлива контролируется клапаном, расположенным в воздухозаборнике двигателя. Заслонка находится под блоком управления и поднимается и падает в ответ на воздушный поток. Когда вы открываете дроссель, увеличивая воздушный поток, крышка поднимается. Это изменяет положение челночного клапана в блоке управления дозатором, чтобы обеспечить подачу большего количества топлива в цилиндры. Из дозирующего устройства топливо подается в каждую форсунку по очереди. Затем топливо впрыскивается во входное отверстие головки блока цилиндров. Каждый инжектор содержит подпружиненный клапан, который закрыт под давлением пружины. Клапан открывается только при впрыске топлива (как у дизельной форсунуи).
Рабочие регулировки и техническое обслуживание ТНВД дизеля Д-260. В процессе эксплуатации топливного насоса высокого давления ТНВД двигателя Д-260 трактора МТЗ-1221 при из... Электрические автомобили могут использовать двигатели переменного или постоянного тока:• Если электродвигатель постоянного тока, он может работать от 96 до 192 вольт. Многие двигатели постоянного тока, используемые в электромобилях, взяты с электроп... Необходимость системы охлаждения вызывается тем, что детали двигателя, соприкасающиеся с раскалёнными газами, при работе сильно нагреваются. Если не охлаждать внутренние детали двигателя, то вследствие перегрева может произойти выгорания слоя смазки... Подвеска из листовых рессор - это самый первый вид подвески, использовавшиеся с самых ранних конных экипажей, путешествующих по сельской местности. Очень простая компоновка, установка листовой пружины состоит из одной или нескольких длин арочной пруж...
Тормоза ВАЗ 2114 – жизненно важная система автомобиля. Это не громкие слова и каждый водитель согласится с этим. Также каждый водитель знает, что своевременный, качественный ремонт тормозной системы ВАЗ 2114 – залог ее безотказной работы. ... Ни один водитель не планирует и не желает попасть в ДТП, тем более с тяжелыми последствиями. Тем не менее, если темно и падают осадки или держится густой туман, сбить пешехода, скатиться в кювет или столкнуться с другим автомобилем не так уж трудно.... Новый Camry восьмого поколения был показана 10 января, на автосалоне в Сингапуре в 2019 году. Новейшая Toyota Camry построена с использованием платформы новой глобальной архитектуры (TNGA). Toyota обладает роскошным дизайном и «динамическими характер... Никто не хочет попасть в аварию, но, к сожалению, мы не можем это контролировать. К счастью, все автомобили сегодня оснащены дополнительной системой безопасности, известной как подушки безопасности. По данным Инстит...


Об электромагнитных форсунках

Обычно в двигателях с системой Bosch СР1 используются форсунки электромагнитного типа CRI 1 и CRI 2. Принцип работы в следующем:
Топливо из рампы под высоким давлением через трубку направляется к форсунке и далее по топливной галерее в форкамеру распылителя, а также через впускной дроссель в управляющую камеру клапана. Управляющая камера клапана соединена с линией возврата топлива в бак через выпускной дроссель, который может открываться электромагнитным клапаном. В закрытом состоянии (электромагнитный клапан обесточен) выпускной дроссель закрыт шариком клапана, поэтому топливо не может выйти из управляющей камеры клапана. В этом положении в форкамере распылителя и в управляющей камере клапана устанавливается одинаковое давление (баланс давления). На иглу распылителя действует дополнительно усилие собственной пружины, поэтому игла распылителя остается закрытой (гидравлическое давление и усилие пружины иглы распылителя). Топливо не попадает в камеру сгорания. При активации электромагнитного клапана открывается выпускной дроссель. За счет этого возрастает давление в управляющей камере клапана, а также гидравлическое усилие, действующее на управляющий золотник клапана. Как только гидравлическая сила в управляющей камере клапана станет меньше гидравлической силы в форкамере распылителя и пружины иглы распылителя, игла распылителя открывается. Топливо через отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания. 

Спустя заданное программой время подача электропитания к электромагнитному клапану прерывается. После этого выпускной дроссель снова закрывается. С закрытием выпускного дросселя в управляющей камере клапана через впускной дроссель восстанавливается давление из топливной рампы. Это повышенное давление с большим усилием воздействует на управляющий золотник клапана. Эта сила и сила упругости пружины иглы распылителя теперь превосходят силу в форкамере распылителя и игла распылителя закрывается. Скорость закрывания иглы распылителя определяется расходом впускного дросселя. Впрыск прекращается, как только игла распылителя достигает своего нижнего упора. Косвенное приведение в действие иглы распылителя посредством системы гидравлического сервопривода применяется, когда усилие, необходимое для быстрого открывания иглы распылителя с помощью электромагнитного клапана, не может быть создано напрямую. Для этого дополнительно к объему впрыскиваемого топлива в возврат топлива через дроссели управляющей камеры подается требуемый "управляющий объем". 

Дополнительное к управляющему объему имеются объемы утечек на перемещение иглы распылителя и управляющего золотника клапана. Электромагнитные форсунки калибруются во время производства и имеют несколько вариантов кодировки. Ранние версии разделены на классы (например, Х, Y, Z у Hyundai) и в случае замены классы форсунок необходимо комбинировать по определенному принципу. В более поздних системах используется код : 8-значный (ЕВРО IV) или 9-значный (ЕВРО V), который представляет собой поправочный коэффициент для коррекции топлива и выгравирован на поверхности головки топливной форсунки. В случае замены форсунок в память ЭБУ необходимо вводить новый код. Также необходимо вводить коды форсунок при замене ЭБУ на новый в память нового блока.

Источник: http://www.commonrail.ru

виды, принцип работы и обслуживание

Что такое форсунки? Как многим известно — это важный элемент двигателя любого типа, который предназначен для подачи топлива и стабильного функционирования системы впрыска. Попросту говоря, форсунки (или инжектор, как еще их называют) являются своего рода мини-насосом, при помощи слаженной работы которого топливо доходит до конечной точки, преобразуясь впоследствии в энергию. Поломка форсунок может стать серьезной причиной поломки спецтехники. Именно поэтому необходимо уделять должное внимание уходу за форсунками, так как их ремонт может встать в довольно приличную сумму.

Какова же основная цель работы форсунок? Все довольно просто — они распыляют топливо в камере сгорания двигателя, как бензинового, так и дизельного. Это топливо впоследствии протекает через сопло — специальное отверстие, преобразуясь в так называемый факел, который меняет его агрегатное состояние из жидкого в газообразное и смешивает с воздухом.

Таким образом, можно выделить несколько основных задач форсунок:

  • обеспечение правильной дозировки топлива, которое подается в моторный отсек;
  • обеспечение подготовки топливной смеси, а также ее правильное направление;
  • обеспечение стабильной работы системы впрыска и камеры сгорания;
  • обеспечение правильной скорости вброса топлива.


Виды форсунок

Выделяют несколько видов форсунок:

  1. Механические — самая популярная разновидность форсунок катерпиллер, которая используется десятки лет. Это клапан, который, при каждом своем открытии, образует необходимое для работы двигателя давление. Также в конструкции механической форсунки важное значение имеют корпус и игла, которая подвергается воздействию пружины и, тем самым, закрывает сопло, о котором говорилось выше. Надежность использования такого вида форсунок обеспечивает компрессор, который предотвращает возможное перегревание двигателя.
  2. Электромагнитные форсунки  работают по аналогии с механическими, различие лишь в том, что поднятие иглы обеспечивается не пружиной, а магнитом. Как правило, электромагнитные форсунки используются в инжекторных моторах, функционирующих на бензиновом топливе.
  3. Электрогидравлические форсунки нашли свое применение в дизельных двигателях. Это комбинация механических и электромагнитных форсунок: сверху конструкции расположена камера, которая работает в паре с клапаном на электромагните, а снизу, где впрыскивается топливо, функционирует впускной дроссель.
  4. Пьезоэлектрические форсунки работают по схеме электрогидравлических. Но здесь главный элемент, который отвечает за работу всей запчасти, — специальный кристалл. Под его давлением приводится в действие сливная магистраль, расположенная сверху, а основная нагрузка здесь ложится на клапан.

Обслуживание топливных форсунок

Очень важно соблюдать правила ухода за форсунками и проводить регулярную чистку. Так Вы можете избежать непредвиденных поломок.

Специалисты выделяют несколько методов чистки:

  • ультразвуковая (самостоятельно такую чистку выполнить невозможно, она происходит с использованием специального оборудования). Плюсы такой чистки – в быстрых сроках;
  • используйте стенд для чистки, чтобы очистить форсунки, через них будет циркулировать специальная жидкость;
  • можно приобрести очищающие присадки, жидкость заливается в бак, благодаря хорошему составу средства, загрязнения с деталей быстро удалятся;
  • форсунки можно промыть вручную (подготовьте жидкость для промывания, небольшую силиконовую трубку, аккумулятор, два провода, нужные инструменты).

 

Как увеличить срок службы форсунок:

  • приобретайте топливо хорошего качества;
  • используйте присадки для топлива, они хорошо подходят как средство для профилактики;
  • стоит помнить, что профилактическая очистка должна проходить как минимум 1 раз в 2 года.

Регулировка работы форсунок катерпиллер производится исключительно на специальном оборудовании при помощи максиметра, который с высокой точностью поможет определить уровень эффективности данной запчасти. Иногда прибегают к использованию эталонной форсунки для сравнения уровня работы с вышедшей из строя. Основной параметр проверки — герметичность. При отклонении от нормы необходим ремонт форсунок caterpillar c15. Но, как всем известно, новое всегда лучше старого. Не стоит рисковать работой всего двигателя из-за поломки форсунки, стоит попросту заменить ее на новую. В ООО «ИНЖЭКС» Вы всегда сможете подобрать нужные запчасти ко всей спецтехнике  по подходящей цене. Качество наших запчастей вы уже оцените на следующий день.

Система HEUI

На дизельных моторах нередко можно встретить насос-форсунки. Яркий пример — шестилитровый мотор 3116 В компании Caterpillar. Данная система дает более высокую мощность мотора при минимальных топливных затратах для его работы, сравнительно невысокому уровню токсичности и шума. Конструкция насос-форсунок включает в себя, помимо клапана и иглы, еще поршень и плунжер.

Встретить такую разновидность форсунок катерпиллер можно, как правило, на дизельных моторах американского производства. Основное их преимущество — простота в обслуживании.

Самыми надежными в мире неизменно считаются форсунки caterpillar С9. Прогрессивные технологии с течением времени привели концерн к разработке мер по повышению их экологичности, когда европейские производители запчастей старались придумать что-то  новое, американцы совершенствовали уже существующие элементы, причем довольно успешно. Так была создана система HEUI.

Основа данной системы — это насос-форсунки, о которых говорилось ранее. Сменилось их управление — стал использоваться электромагнит, также HEUI получили гидропривод, а впрыск топлива в систему стал производиться двумя этапами. Повысилась эффективность сгорания топлива, в связи с тем, что сначала производится впрыск небольшого его количества, а потом — сжигания основной части.

Система HEUI хорошо подходит для двигателей, установленных на крупногабаритной технике, — тракторах, погрузчиках, самосвалах.

Ну а выбрать форсунки вы уже сейчас можете в ООО «ИНЖЭКС». Товар всегда в наличии, доставку производим от 1 дня удобной вам транспортной компанией в любой город. А также следите за нашими акциями и приобретайте запчасти со скидкой!

Механические, Инжекторные и Электромагнитные, Принцип Работы и Управление, Для Низкого и Высокого Давления, Какие Характеристики и Устройство

Топливная система претерпела значительные изменения со времён создания первого автомобиля. Такие преобразования коснулись и механизма впрыска, который стал более совершенным. Дозированная подача топливной смеси позволяет плавно регулировать обороты, что приводит к меньшему расходу горючего. Для решения таких задач используются форсунки двигателя, которые и составляют инжекторную систему. Эта технология давно пришла на смену карбюратору и превосходит его по всем параметрам.

Назначение форсунок в работе двигателя

Дозированная подача обеспечивает лёгкость в управлении машиной благодаря детально рассчитанным порциям топлива. Назначение подобной системы позволяет не только уменьшить выброс вредных веществ, но и сделать вождение безопасным. Заложенная в управляющий блок микропрограмма делает автомобиль отзывчивым на малейшие изменения в движении. Набор мощности двигателем в этом случае происходит более динамично, что позволяет учесть малейшие особенности дороги.

Каждая форсунка высокого давления является важным механизмом топливной системы. Точно рассчитанная подача горючего имеет огромное значение для силовой установки машины и позволяет увеличить срок её службы. В современных автомобилях инжектор (форсунка) управляется электроникой и бывает нескольких видов. Подобное оснащение успешно используется на бензиновых и дизельных двс, что делает такую технологию наиболее перспективной. В зависимости от вида и характеристик двигателя, форсунки различаются по методу впрыска, каждый из которых имеет свои особенности.

Электромагнитная форсунка

Такой тип инжектора использует бензиновые форсунки и получил широкое распространение. Простая конструкция этого оборудования показывает отличные результаты в автомобильной технике, оснащённой системой непосредственного впрыска. Любая электромагнитная форсунка состоит из управляемого клапана, иглы и сопла. Функционирование этой системы выполняется в соответствии с заложенной программой, что позволяет добиться высокой точности подачи горючего.

Электронный блок полностью контролирует все операции, что исключает любые ошибки при впрыске топливной смеси. Согласно заложенной программе напряжение подаётся на обмотку клапана, что приводит к созданию электромагнитного поля. Под его воздействием сопло освобождается, вследствие чего и производится впрыск топлива. Прекращение подачи напряжения приводит к обратному результату, и пружина возвращает иглу в прежнее положение. Такой метод впрыска топливной смеси имеет высокую точность и задействован на большей части бензиновых двигателей.

Электрогидравлическая форсунка

Использование такой системы можно часто увидеть в автомобилях, оснащённых дизелем. Эту технологию также допускается применять на агрегатах, имеющих систему впрыска Common Rail. Такие инжекторные форсунки состоят из сливной и впускной дроссели, электромагнитного клапана и камеры. Путём изменения давления топлива легко добиться возможности управлять его подачей на цилиндры, и эта особенность является главным отличием инжектора от аналогичных механизмов.

Понять, как осуществляется управление форсункой электрогидравлического типа достаточно просто. В состоянии ожидания электромагнитный клапан всегда закрыт, причём игла форсунки высокого давления прижата к седлу топливом. В этом положении подача горючего невозможна по элементарным физическим причинам. Давление в системе, воздействующее на иглу намного меньше чем на поршень, что не позволяет запустить механизму впрыска.

При подаче сигнала с управляющего блока происходит включение электромагнитного клапана, которое заключается в открытии дроссельной заслонки. Подобный принцип работы форсунки не допускает мгновенного выравнивания давления, что приводит к подъёму иглы и подаче топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка

Практичное устройство современной форсунки представляет собой наиболее совершенную технологию впрыска. Установка подобного оборудования выполняется на дизельные двигатели, оснащённые системой Common Rail. Состоят такие виды форсунок из переключающего клапана, пьезоэлемента, толкателя и иглы. Скорость циклов впрыска подобного устройства в 4 раза превосходит срабатывание механизмов других типов. Такие возможности позволяют реализовать многократный впрыск топлива за один цикл, а дозировка горючего более совершенна.

Получить такие возможности удалось благодаря использованию особых компонентов. Подача напряжения влияет на характеристики сердечника что обеспечивает впрыск топлива. Пьезокристалл, изменяясь в размерах, давит на поршень толкателя в результате чего открывается клапан и горючее поступает в сливную магистраль. За счёт увеличения давления в топливной системе подымается игла, и происходит впрыск горючей смеси.

В работе такого устройства также используется гидравлический принцип, в основе которого лежит разница давления. Для точно рассчитанного срабатывания не менее важен и пьезоэлемент, в состав которого входят цирконий и палладиум. Такая технология обеспечивает огромную скорость срабатывания и довольно большое усилие, направленное на открытие клапана. Для регулировки количества горючего для впрыска используется соотношение давления в рампе и время воздействия на пьезоэлемент.

Принцип работы форсунок

Система впрыска топлива отвечает за подачу горючего в цилиндр или впускной коллектор двигателя. Чтобы понять, как работает форсунка инжектора, требуется рассмотреть описание топливной системы. Управляемый процесс подачи горючего наиболее важная часть в обеспечении работоспособности двигателя. Инжектор обычно устанавливают перед расположением дроссельной заслонки, именно на этом месте в более старых моделях устанавливался карбюратор. Система впрыска топлива может иметь различную конфигурацию, так насос-форсунка или ТНВД значительно отличаются от Common Rail.

Распределённый впрыск топлива присущ большинству современных автомобилей. Существуют несколько типов форсунок, принцип работы которых имеет свои особенности.

  • Одновременный – подача горючего осуществляется сразу на все цилиндры, что характеризуется равными показателями расхода топлива на каждый инжектор;
  • Попарно-параллельный – открытие канала выполняется в парном режиме, причём одна форсунка осуществляет подачу топлива перед циклом впуска, а другая выпуска;
  • Фазированный – каждый из инжекторов автоматически открывается перед впуском, обеспечивая высокую точность впрыска;
  • Прямой – подача топлива происходит напрямую в камеру сгорания, что является наиболее продуктивным вариантом.

С помощью насоса высокого давления происходит подача горючего на форсунку, которая может иметь механическое или электрическое исполнение. Ведущие производители автомобилей с начала 90-х перестали устанавливать механические форсунки ввиду несовершенства этой технологии. Ужесточение требований к выхлопным газам и изменение характеристик такой форсунки в процессе эксплуатации привели к переходу на более современные методы подачи горючего.

Устройство инжектора и его назначение

Использование сразу двух топливных форсунок получило широкое распространение и считается самым удобным в работе двигателя. Что касается устройства инжектора, наиболее востребованы одноканальные модели. В такой системе впрыска под определённым давлением подходит распыляемая жидкость, пар или газ, необходимый для распыления. При более детальном рассмотрении схемы инжектора будет хорошо заметен гидравлический разъем, который служит для установки на посадочное место форсунки, которая крепится на рампе.

Такая система имеет высокие требования к герметичности, и уплотнительные кольца обеспечивают надёжную установку инжектора. В нижней части такого устройства имеются специальная распылительная пластина, а электрический разъём используется для управления соленоидом. С помощью насоса регулируется давление форсунок, которое зависит от типа топливной системы. Наиболее важным элементом инжектора является сопло, обеспечивающее впрыск горючего.

Среди таких устройств, форсунки высокого давления занимают особое место. Системы Common Rail или ТНВД создают необходимые условия для впрыска, а струя распыла топлива зависит от геометрии камеры внутреннего сгорания. Детали инжектора, кроме функциональных элементов, включают фильтрующую сетку, распылитель и пружину, обеспечивающую обратное движение иглы.

Преимущества использования инжектора

Ресурс, которым обладают форсунки высокого давления, не идёт ни в какое сравнение с карбюраторной моделью управления. Система, контролируемая электроникой, имеет ряд преимуществ, которые ощутимы сразу после запуска двигателя.

  • Система дозированного впрыска даёт ощутимую экономию топлива;
  • Увеличение мощности силового агрегата и его динамических показателей;
  • Огромный ресурс работы и отсутствие необходимости в обслуживании;
  • Простота запуска силовой установи независимо от погодных условий;
  • Меньший износ двигателя и плавность при наборе скорости;
  • Приемлемый уровень выхлопных газов.

Эффективность работы инжекторного двигателя превосходит системы прошлого поколения и представляет собой точно отлаженный механизм. Электронное управление даёт возможность задействовать форсунки низкого давления или систему Common Rail для наиболее точной подачи топлива. Карбюратор чрезвычайно редко выходит из строя, а отсутствие необходимости периодической настройки делает такую систему удобной в эксплуатации.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

ИНЖЕКТОР ОБЫЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ (CRIE)

Общее описание
Форсунки Common Rail обеспечивают точный электронный контроль времени и количества впрыска топлива, а более высокое давление, обеспечиваемое технологией Common Rail, обеспечивает лучшее распыление топлива. Чтобы снизить уровень шума двигателя, электронный блок управления двигателем может впрыснуть небольшое количество дизельного топлива непосредственно перед событием основного впрыска («пилотный» впрыск), таким образом уменьшая его взрывоопасность и вибрацию, а также оптимизируя время впрыска и количество для изменений в качество топлива, холодный запуск и тд.
Некоторые усовершенствованные топливные системы Common Rail выполняют до пяти впрысков за такт.
Внешний вид
На рис. 1 показан типичный электромагнитный инжектор Common Rail.


Фиг.1

Принцип работы электромагнитной форсунки common rail

Электромагнитный клапан TWV (двухходовой клапан) открывает и закрывает выпускное отверстие для управления как давлением в камере управления, так и началом и окончанием впрыска.Принцип работы показан на рис. 2.


Фиг.2

Без впрыска

Когда на соленоид не подается ток, сила пружины превышает гидравлическое давление в камере управления. Таким образом, электромагнитный клапан опускается вниз, эффективно закрывая выпускное отверстие. По этой причине гидравлическое давление, которое прикладывается к управляющему поршню, заставляет пружину сопла сжиматься. Это закрывает иглу форсунки, и в результате топливо не впрыскивается.

Фаза впрыска

Когда ток первоначально подается на соленоид, сила притяжения соленоида подтягивает электромагнитный клапан вверх, эффективно открывая выпускное отверстие и позволяя топливу вытекать из камеры управления. После того, как топливо вытечет, давление в камере управления снижается, подтягивая командный поршень вверх. При этом игла сопла поднимается и начинается впрыск. Топливо, которое проходит через выпускное отверстие, попадает в трубу утечки и под командный поршень.Топливо, которое течет под поршнем, поднимает иглу поршня вверх, что помогает улучшить реакцию форсунки на открытие и закрытие. Ток открытия 85В, 7А. Ток удержания 12В, 2А.

Конец фазы впрыска

Когда ток продолжает подаваться на соленоид, сопло достигает максимального подъема, при этом скорость впрыска также находится на максимальном уровне. Когда ток на соленоид отключается, электромагнитный клапан опускается, что приводит к немедленному закрытию иглы форсунки и прекращению впрыска.

• Проверить сопротивление

  1. Убедитесь, что зажигание выключено и двигатель не запускается
  2. Отсоединить двухштырьковый разъем форсунки.
  3. Подключить точный омметр между выводами разъема форсунки.
    Сопротивление должно быть от 0,4 до 0,8 Ом.
  4. Вставить разъем форсунки.

• Проверка выходного сигнала

Зависимость напряжения форсунки от тока

  1. Установите первый вход осциллографа на 100 В (полная шкала).
  2. Подсоедините активный измерительный провод этого канала к одному из проводов форсунки. Затем подключите заземляющий провод к заземлению корпуса.
  3. Подключите токовые клещи переменного / постоянного тока к другому каналу осциллографа. Установите диапазон клещей постоянного / переменного тока на 20 А.
    Важное примечание: Следует зажимать только один из двух проводов, а не оба. Неважно, какой провод будет зажиматься токовыми клещами: положительный или отрицательный. Это повлияет только на полярность измеряемого тока.
  4. Запустите двигатель, прогрейте его до рабочей температуры и оставьте на холостом ходу.
  5. Сравните результат с осциллограммой на рис. 2.


Рис. 3
Примечание: Испытательная установка может немного искажать записанные сигналы.

Напряжение форсунки

  1. Установите все входы осциллографов на 100 В (полная шкала).
  2. Подключите активный измерительный провод канала № 1 к одному из проводов первого инжектора.
    Затем подключите заземляющий провод к заземлению корпуса.
  3. Подсоедините активный измерительный провод канала № 2 к одному из проводов второго инжектора.
  4. Подсоедините активный измерительный провод канала № 3 к одному из проводов третьей форсунки.
  5. Подключите активный измерительный провод канала № 4 к одному из проводов четвертой форсунки.
  6. Запустить двигатель, прогреть его до рабочей температуры и оставить на холостом ходу
  7. Сравните результат для каждой форсунки с осциллограммой на рис.3

Фиг.4

• Возможное повреждение форсунок:

  1. Обрыв или короткое замыкание на плюс или массу в проводе (ах)
  2. Отсутствие проводимости разъемного соединения или плохое его соединение
  3. Заземление ослаблено или корродировано
  4. Механическая неисправность в элементе

Войны инжекторов: пьезо и соленоид

Соперничающие поставщики дизельных топливных форсунок борются в технологической дуэли, чтобы выиграть новый бизнес, поскольку до конца десятилетия вступят в силу более жесткие правила ЕС по выбросам.

Немецкие поставщики Роберт Бош и Siemens VDO Automotive и итальянская Magneti Marelli заявляют, что форсунки, использующие пьезотехнологию, - это единственный способ, которым более крупные дизельные двигатели могут соответствовать будущим нормам Евро-5. Но конкурент Delphi заявляет, что он может улучшить характеристики обычных электромагнитных форсунок в достаточной степени, чтобы не вкладывать средства в пьезоинжекторы.

Пятый и самый маленький из ведущих производителей инжекторов, Denso из Японии, планирует продолжить разработку обеих технологий.

Споры о инжекторах противопоставляют хорошо зарекомендовавшую себя

технологию, которая приближается к известным пределам производительности, против более дорогостоящей неразвитой технологии с возможно большим потенциалом.

Поставщики отказываются обсуждать доходы от форсунок, но для каждого цилиндра автомобильного двигателя требуется одна единица сложной детали. В результате общий объем производства инжекторов в Европе превысит 80 миллионов единиц в год.

До тех пор, пока Delphi не решила попытаться расширить использование соленоидных форсунок, многие руководители отрасли ожидали, что стандарты Euro 5 для оксидов азота (NOx) и выбросов твердых частиц вынудят большинство производителей перейти на пьезоинжекторы.

Первоначальное предложение ЕС по стандартам Euro 5 предусматривало сокращение выбросов NOx до 200 миллиграммов на километр с 250 мг / км и твердых частиц до 5 мг / км с 25 мг / км для дизельных двигателей. Но к тому времени, когда Евро 5 станет законом, возможно, в 2008 или 2009 годах, предел NOx, вероятно, будет еще ниже 170 мг / км.

Улучшение сгорания

Если производители дизельных двигателей хотят избежать добавления новых дорогих систем для очистки выхлопных газов после сгорания, они должны улучшить процесс сгорания дизельного топлива.Лучший способ добиться этого - использовать более качественные топливные форсунки. Работы, проводимые поставщиками, были сосредоточены на новых форсунках:

  • Повышенное давление впрыска
  • Многоканальный впрыск
  • Улучшенное время впрыска.
Поставщики работают над новым поколением дизельных форсунок с давлением впрыска 2000 бар, которое выше примерно 1600 бар, и улучшенными характеристиками парообразования.

Компания Siemens VDO использует пьезоинжекторы с 2000 года и считает, что технология лучше всего подходит для соответствия стандартам Euro 5 и даже более жестким стандартам в будущем.

Но Delphi утверждает, что ее последняя версия традиционной соленоидной технологии на 2000 бар работает не хуже пьезо.

«Мы сравнили пьезо с соленоидом и не увидели разницы», - говорит Детлев Шёппе, технический директор дизельных систем Delphi. «Наша система также на 20 мм компактнее».

Выбор Delphi удивил отраслевых источников.

«Это интересно. Причиной может быть стоимость, особенно для французских автопроизводителей, которые имеют более низкую рентабельность », - говорит Эндрю Фулбрук, менеджер по прогнозам трансмиссии в офисе CSM Worldwide в Лондоне.«Но NVH [шум, вибрация и резкость] могут быть недостатком».

Стефан Гейгер, аналитик лондонского офиса консультанта Global Insight, сомневается, что пьезотехнология необходима для соответствия 5 евро. Он говорит, что этого также можно добиться. с существующей технологией, дополнительными фильтрами и настройками систем управления двигателем.

«Французы и раньше пошли легким путем, установив фильтры твердых частиц, вместо того чтобы оптимизировать сгорание дизельного топлива внутри», - говорит Гейгер.

Delphi сообщает, что французские автопроизводители тщательно исследовали традиционные соленоиды.

«Но некоторые другие OEM-заказчики должны быть уверены в преимуществах соленоидов», - говорит Шёппе.

Электромагнитные форсунки по-прежнему являются основной дизельной технологией PSA / Peugeot-Citroen, говорит представитель компании Марк Бок.

«Но мы исследуем пьезотехнологию для прямого управления клапанами, более точного времени и измерения», - добавляет Бок.

Denso, имеющая прочные связи с Toyota, стремится привлечь больше клиентов в Европе. Denso будет разрабатывать как пьезо, так и традиционные соленоидные форсунки.Он имеет новый усовершенствованный пьезоинжектор с тремя фазами и девятью отверстиями для форсунок вместо семи.

Гонка технологий

Обе системы, скорее всего, будут соответствовать стандартам Euro 5. Многие считают, что пьезотехнология имеет преимущество перед возможным стандартом Euro 6, который ожидается к 2014 или 2015 году, но только исследования определенно ответят на этот вопрос.

«Чтобы соответствовать более строгим ограничениям, чем Евро 5, [вам нужно] больше, чем просто более высокое давление», - говорит Шинья Оми, генеральный менеджер по корпоративным коммуникациям Denso Europe.«Вам необходима полная очистка выхлопных газов с каталитическим нейтрализатором NOx и сажевыми фильтрами».

По мере увеличения рабочего давления становится все труднее сбалансировать силы, такие как предотвращение обратного потока топлива в конце фазы впрыска.

«Соленоидная система лучше подходит для уравновешивания таких сил», - говорит Шёппе из Delphi.

Аналитики считают, что пьезотехнология выигрывает у традиционных соленоидов, как для дизельных, так и для бензиновых двигателей, поскольку пьезо-форсунки хорошо подходят для бензиновых двигателей с прямым впрыском, и это область роста.

«Производители более дорогих моделей премиум-класса будут использовать пьезосистему, в то время как производители объемного звука, как ожидается, останутся на рентабельных соленоидных системах», - говорит один из руководителей поставщика.

Global Insight оценивает текущую долю дизельного топлива в производстве автомобилей в Европе в 47,4 процента, или 10,2 миллиона единиц, с небольшим увеличением до 48,1 процента к 2010 году.

Источники в отрасли оценивают объем производства пьезодизельных форсунок в 2010 году в 20-22 миллиона единиц. единиц, полагая, что к тому времени она захватит от 45 до 47 процентов дизельного рынка.

Аналитики не видят особых изменений в рыночных долях поставщиков, за исключением того, что Siemens VDO получит некоторую прибыль за счет Bosch из-за Volkswagen. Когда VW отказался от своей собственной дизельной системы с насос-форсунками, он создал совместное предприятие с Siemens VDO по производству пьезо-форсунок.

По словам представителя группы Siemens VDO Йоахима Тёпфера: «Благодаря этому мы несколько увеличим нашу долю на рынке».

Исследование электромагнитных моделей высокоскоростных электромагнитных клапанов для форсунок Common Rail

Новая формула, легко применяемая с высокой точностью Предлагается в этой статье, чтобы соответствовать кривой - магнитомягких материалов, и это подтверждается путем сравнения с предсказанными и экспериментальными результатами.Он может точно описывать нелинейный процесс намагничивания и характеристики магнитного насыщения магнитомягких материалов. На основе принципа электромагнитной переходной связи на языке Фортран разработана электромагнитная математическая модель высокоскоростного соленоидного клапана (HSV), которая учитывает явления насыщения электромагнитной силы. Точность модели подтверждается сравнением смоделированных и экспериментальных статических электромагнитных сил.Экспериментально сделан вывод, что увеличение тока возбуждения способствует повышению эффективности преобразования электромагнитной энергии HSV при низком токе возбуждения, но мало влияет на высокий ток возбуждения. Путем моделирования было обнаружено, что на характеристики преобразования электромагнитной энергии HSV влияют ток возбуждения и полное сопротивление, состоящее из сопротивления зазора и сопротивления железного сердечника и магнитомягких материалов якоря.Эти два фактора влияния в рамках различных приводных токов имеют разный вклад в эффективность преобразования электромагнитной энергии.

1. Введение

Топливная система имеет жизненно важное значение для общей производительности дизельного двигателя, а система Common Rail высокого давления позволяет точно и гибко контролировать количество циклического впрыска, время впрыска и закон впрыска топлива. . Следовательно, дизельный двигатель, оснащенный системой Common Rail высокого давления, имеет потенциал для достижения оптимизированных проектных целей, заключающихся в высокоэффективном сгорании и сверхнизком уровне выбросов [1–5].Форсунка Common Rail является одним из важнейших компонентов системы Common Rail высокого давления, который оказывает непосредственное влияние на колебания количества впрыска топлива в цикле, характеристики двухфазного потока газа и жидкости в форсунке высокого давления, характеристики распыления топлива в форсунке. цилиндр и качество топливовоздушной смеси [6–9]. Форсунка Common Rail представляет собой сложную, нелинейную и многомерную систему, в которой сочетаются электромагнитные, механические и гидравлические явления. Для детального изучения динамических характеристик форсунки Common Rail и ее оптимизации эффективным методом является имитационный анализ ее динамических характеристик.Таким образом, необходима имитационная модель HSV с высокой точностью.

Характеристика динамического отклика является важным показателем оценки HSV в топливной форсунке. Это связано с тем, что быстрая скорость отклика HSV полезна для достижения множественных впрысков и более точного управления моментом впрыска топлива в системе Common Rail высокого давления. Динамический отклик HSV определяется как его характеристикой электромагнитной силы, так и качеством движущихся частей, но первое имеет более значительное влияние.Только когда максимальная статическая электромагнитная сила HSV удовлетворяет его требованиям, требования к времени отклика фаз открытия и закрытия HSV могут быть удовлетворены с помощью схемы возбуждения. Следовательно, исследование электромагнитной силы имеет большое значение для конструкции HSV.

При исследовании статической электромагнитной силы ВПГ большинство ученых использовали метод конечных элементов (МКЭ). Лю и др. [10] изучили правила влияния основных параметров конструкции и взаимодействия между ними на электромагнитную силу, используя комбинацию конструкции поверхности отклика и МКЭ.Sun et al. [11] изучали правила влияния длины железного сердечника, площади поперечного сечения главного и боковых полюсов, витков катушки и ширины воздушного зазора на электромагнитную силу E-образного HSV для насоса электронного блока с помощью FEM. Было обнаружено, что ток возбуждения значительно влияет на преобразование электромагнитной энергии, поскольку увеличение тока возбуждения без необходимости не улучшает электромагнитную силу HSV, а только увеличивает потребляемую мощность и, таким образом, снижает эффективность преобразования электромагнитной энергии.Cheng et al. [12] исследовали с помощью МКЭ распределение плотности потока HSV, чей железный сердечник сделан из магнитомягкого материала на основе наночастиц. Было обнаружено, что электромагнитные клапаны из разных магнитомягких материалов имеют разные характеристики электромагнитной силы. Miller et al. [13], Shin et al. [14], а также Bianchi et al. [15] провели исследование по оптимизации статической электромагнитной силы HSV для получения оптимальных параметров конструкции с помощью МКЭ. Однако из-за длительного времени решения и высоких требований к производительности компьютера для FEM эффективность исследований по оптимизации и анализу структурных параметров невысока, особенно при проведении итеративного структурного анализа для детального проектирования параметров HSV.Таким образом, разработка статической электромагнитной математической модели для HSV, которая может быть применена удобно и с высокой точностью, стала важным направлением исследований.

Элмер и Джентл [16] предложили относительно простую математическую модель пропорционального электромагнитного клапана. Модель упростила расчет электромагнитного процесса электромагнитного клапана как расчет эквивалентной схемы RL. Ma et al. [17], Шамдани и др. [18], а также Bianchi et al. [19] определили влияние тока привода и воздушного зазора на электромагнитную силу методом полиномиальной аппроксимации на основе данных испытаний статической электромагнитной силы.Wang et al. [20] и Chung et al. [21] рассмотрели характеристики магнитного насыщения HSV, скорректировав коэффициент формулы подгонки, чтобы ограничить максимальную электромагнитную силу клапана. Huber и Ulbrich [22] и Chung et al. [23] разработали математическую модель динамических характеристик для форсунки Common Rail. Его электромагнитная подмодель была построена на основе карты, состоящей из электромагнитной силы, тока возбуждения и воздушного зазора. Однако электромагнитные характеристики HSV - это не только простое функциональное соотношение между электромагнитной силой и током возбуждения и воздушным зазором.В системе Common Rail высокого давления нелинейные переходные характеристики связи электромагнитной, механической и гидравлической систем определяют преобразование электромагнитных характеристик HSV. Следовательно, этот метод отвечает требованиям инженерного применения, но он не может выявить внутренние электромагнитные свойства HSV, как статические электромагнитные характеристики, так и динамические электромагнитные характеристики.

Большая часть литературы по HSV имеет тенденцию игнорировать влияние магнитного магнитного сопротивления материала при разработке электромагнитной модели электромагнитного клапана.Topçu et al. [24], Jin et al. [25], Насерадинмусави и Натарадж [26], а также Мехмуд и др. [27] считают, что сопротивление магнитного материала железного сердечника намного меньше, чем сопротивление воздушного зазора; следовательно, нелинейным процессом намагничивания и характеристиками магнитного насыщения магнитного материала железного сердечника можно пренебречь. Сефкат [28] предположил, что магнитное поле не насыщается в течение всего рабочего процесса электромагнитного клапана, а интенсивность магнитной индукции всегда линейно увеличивается с увеличением напряженности магнитного поля; иными словами, для их модели не произошло явления насыщения электромагнитной силы.Однако Wang et al. [29] и Sun et al. [11] обнаружили, что явление насыщения электромагнитной силы для электромагнитного клапана существовало в их экспериментальных исследованиях, и магнитное насыщение магнитомягких материалов HSV было основной причиной этого. В фактическом процессе управления HSV, чтобы улучшить скорость открытия, высокое напряжение было загружено на HSV, чтобы быстро получить большой ток. Таким образом легко добиться магнитного насыщения электромагнитного клапана. Когда электромагнитный клапан достигнет магнитного насыщения, с увеличением управляющего тока электромагнитная сила HSV будет увеличиваться очень медленно; следовательно, экономика HSV снизилась.Простое рассмотрение характеристики магнитного насыщения или отсутствие ее учета приведет к очевидным ошибкам в расчетах при определении характеристик электромагнитной силы. Следовательно, необходимо учитывать нелинейные характеристики намагничивания и характеристики магнитного насыщения магнитных материалов электромагнитного клапана при построении математической модели HSV.

Coppo et al. В [30] была создана полная математическая модель форсунки Common Rail.Для его электромагнитных подмоделей процесс намагничивания электромагнитного клапана был разделен на фазу линейного намагничивания и фазу намагничивания насыщения, которые описываются простыми кусочными линиями. В математической модели HSV, разработанной Liu et al. В [31] сопротивление магнитомягких материалов было включено для учета нелинейной характеристики намагничивания, но наиболее важное - кривая намагничивания - была определена на основе экспериментальных данных методом проб и ошибок для расчета магнитного сопротивления магнитомягких материалов.Математические модели электромагнитного клапана, разработанные Jin et al. [25] и Vu et al. В [32] рассматривались характеристики магнитного насыщения, краевой эффект воздушного зазора и рассеивание магнитного потока, но не было предоставлено подробное описание кривой намагничивания, которая определяет сопротивление магнитомягких материалов и вычисляет их переходную проницаемость.

Из приведенных выше ссылок видно, что определенная исследовательская недостаточность электромагнитной математической модели HSV все еще существует.Некоторые электромагнитные математические модели используют формулу подгонки электромагнитных сил, основанную на экспериментальных данных, некоторые модели не учитывают магнитное сопротивление магнитомягких материалов, а некоторые учитывают только сегментарные магнитные свойства магнитных материалов. Поэтому, чтобы предоставить более ценную информацию о преобразовании электромагнитной энергии HSV и более глубоко понять процесс электромагнитного преобразования электромагнитного клапана, в этой статье было проведено более подробное исследование электромагнитной математической модели HSV.Полученная модель учитывает нелинейные характеристики намагничивания и характеристики магнитного насыщения HSV. На основе этой математической модели можно провести исследование характеристик электромагнитной силы форсунки Common Rail HSV и ее ключевых факторов влияния. Он обеспечивает определенную теоретическую основу и инструменты проектирования для проектирования HSV.

2. Электромагнитная модель HSV
2.1. Модель магнитной цепи HSV

На рисунке 1 показана структурная схема HSV.В основном он состоит из стального сердечника, катушки и якоря. Чтобы получить сильную электромагнитную силу, для железного сердечника и якоря часто применяют магнитомягкий материал с высокой плотностью индукции насыщения и низкой остаточной намагниченностью.


Для HSV функциональная взаимосвязь между полным магнитным потоком и полным сопротивлением магнитной цепи описывается следующим образом: где - общий магнитный поток; - витки катушки; это ток; - полное сопротивление магнитной цепи.

Чтобы точно описать нелинейное намагничивание и магнитное насыщение HSV, математическая модель должна учитывать магнитное сопротивление железного сердечника и магнитомягких материалов якоря. Из-за различных эквивалентных площадей поперечного сечения основного и боковых полюсов при нормальных условиях реактивное сопротивление зазора между основным полюсом, боковым полюсом и якорем описывается отдельно в математической модели, а краевые эффекты воздушного зазора и поток утечки игнорируется.На основе эквивалентной магнитной цепи, показанной на рисунке 2, полное сопротивление HSV выражается следующим образом: где - сопротивление зазора между основным полюсом и якорем; - реактивное сопротивление зазора между боковым полюсом и якорем; - сопротивление якоря; сопротивление железного сердечника. Соответствующие сопротивления описываются следующим образом: где - эквивалентная площадь поперечного сечения главного полюса HSV; - эквивалентная площадь поперечного сечения боковой стойки HSV; воздушный зазор HSV; - эквивалентная длина магнитной цепи железного сердечника в осевом направлении; - эквивалентная длина магнитной цепи железного сердечника в радиальном направлении; - эквивалентная длина магнитопровода якоря в радиальном направлении; - проницаемость магнитомягкого материала в зависимости от - основной кривой намагничивания; - эквивалентная площадь магнитного потока железного сердечника в радиальном направлении; - площадь эквивалентного магнитного потока якоря в радиальном направлении.Каждая эквивалентная длина магнитной цепи выражается как


. Наконец, электромагнитная сила вычисляется как

2.2. - Кривая намагничивания Модель

Проницаемость магнитомягкого материала показывает свое влияние двумя аспектами в электромагнитной математической модели HSV. С одной стороны, сопротивление магнитомягкого материала влияет на электромагнитное преобразование, а с другой стороны, ток возбуждения влияет на сопротивление.Электромагнитная связь HSV точно реализуется проницаемостью магнитомягкого материала в математической модели электромагнитной силы. Следовательно, точность формулы аппроксимации кривой напрямую влияет на точность результатов, предсказываемых электромагнитной математической моделью HSV.

Джайлс и Атертон [33] предложили модель Джайлса-Атертона (модель J-A) для описания явлений намагничивания и магнитного гистерезиса. Модель широко используется в области электромагнитного моделирования, например, для двигателей.Однако при применении модели необходимо определить пять ключевых параметров путем подбора на основе данных испытаний сложным математическим методом. Leite et al. [34] использовали генетический алгоритм для определения пяти параметров и проверили их, используя наименьшую среднеквадратичную ошибку между экспериментальными и смоделированными результатами. Джаафар [35] изучил влияние пяти параметров на процесс намагничивания и обнаружил, что каждый параметр существенно влияет на точность прогнозирования математических моделей намагничивания и гистерезиса.Следовательно, точное определение пяти параметров затрудняет инженерное применение модели J-A. Поэтому очень необходима математическая модель основной кривой намагничивания магнитомягкого материала, которую можно легко применить с высокой точностью.

Chan et al. [36] предположили, что петля гистерезиса магнитного материала симметрична основной кривой намагничивания, и получили следующую математическую модель для основной кривой намагничивания:

. Одномерное коммерческое программное обеспечение AMESim [37] использовало (10) для описания - основная кривая намагничивания для электромагнитного расчета, где коэффициент определяется по (11): где - намагниченность насыщения; - остаточная плотность магнитного потока; - плотность индукции насыщения; - напряженность магнитного поля, соответствующая плотности индукции насыщения; коэрцитивность; - постоянная проницаемость вакуума.

Как описано выше, в предыдущих исследованиях использовались различные формулы подбора для основной кривой намагничивания; поэтому необходимо изучить применимость приведенной выше формулы, чтобы получить наиболее последовательную формулу, описывающую процесс намагничивания магнитомягкого материала. Как показано на рисунке 3, уравнение, предложенное Чаном, обеспечивает хороший прогноз на этапах начальной намагниченности и магнитного насыщения, но дает плохой прогноз в переходном процессе от начальной намагниченности до магнитного насыщения, который находится вблизи точки перегиба изгиб.


Как показано на рисунке 4, результаты, предсказанные (10) и (11), не могут адекватно описать реальный процесс намагничивания магнитных материалов. Уравнение (10) само по себе может обеспечить относительно хороший прогноз, регулируя его коэффициент (равный 5000 в преобладающих обстоятельствах), но оно также обеспечивает прогноз в переходном процессе от начальной намагниченности до магнитного насыщения.


На рисунке 5 показана - основная кривая намагничивания магнитных материалов, включая магнитотвердые материалы и магнитомягкие материалы.При увеличении сначала быстро увеличивается, но его рост становится медленным и постепенно приближается к плотности индукции насыщения. Таким образом, выбранная формула подгонки может точно описывать физические явления основной кривой намагничивания.


Во многих функциональных формах кривая логарифмической функции приближается к кривой на рисунке 5. Кроме того, когда она бесконечна, использование логарифмической функции может гарантировать, что она все еще продолжает немного увеличиваться при дальнейшем увеличении.Это может сделать проницаемость () ненулевой во всем диапазоне и гарантировать, что (5) и (6) имеют физический смысл. Чтобы уменьшить количество коэффициентов в формуле подбора основной кривой намагничивания, в качестве основной функциональной формы выбран натуральный логарифм. Однако для каждого типа магнитного материала основная кривая намагничивания начинается от начала координат; таким образом, когда равно нулю, равно нулю. Поскольку натуральный логарифм не проходит через эту точку, уравнение необходимо изменить на форму; таким образом, формула подгонки пройдет через начало координат.Принимая во внимание вышеуказанные факторы, основная функциональная форма аппроксимирующей формулы основной кривой намагничивания определяется следующим образом:

Каждый магнитный материал имеет различную плотность индукции насыщения и максимальную проницаемость. определяет характеристики магнитного насыщения магнитного материала и определяет его нелинейный процесс намагничивания. Для обеспечения универсальности предложенной формулы подгонки введены два коэффициента и. применяется для регулировки плотности индукции насыщения и применяется для регулировки процесса преобразования кривой намагничивания от начального намагничивания до критического магнитного насыщения.Уравнение (13) вводит коэффициент на основе (12). Как показано на рисунке 6, плотность индукции насыщения аппроксимирующей кривой постепенно увеличивается с увеличением. Когда равно 0,2, плотности индукции насыщения моделирования и эксперимента особенно хорошо совпадают. Однако независимо от того, какое значение имеет, существует относительно большая ошибка между моделированием и экспериментом на начальной стадии намагничивания. Следовательно, уравнение не может описывать нелинейный процесс намагничивания магнитных материалов на начальной стадии намагничивания:


Уравнение (14) вводит коэффициент на основе (12).Как показано на рисунке 7, с увеличением значения аппроксимирующая кривая и экспериментальные данные все больше и больше совпадают на начальной стадии намагничивания. Когда равно 0,0009, (14) может особенно точно описать начальный процесс намагничивания магнитного материала. Однако, поскольку он не вводится для ограничения максимальной интенсивности магнитной индукции, прогнозируемая плотность индукции насыщения будет увеличиваться с:


Из приведенного выше анализа можно заметить, что два коэффициента и должны быть введены для точного описания фундаментального намагничивания. кривая в (12).Уравнение (15) вводит и, которое может быть определено методом наименьших квадратов:

Как показано на рисунке 8, существует относительно значительная ошибка в фазе магнитного насыщения и фазе перехода из ненасыщенного режима в насыщенное состояние между смоделированными результаты из (15) и экспериментальные результаты. Причина в том, что скорость роста интенсивности магнитной индукции относительно больше в фазе магнитного насыщения. Чтобы этого избежать, используется квадратный корень логарифмической функции в (15).Окончательная формула подбора основной кривой намагничивания показана следующим образом:


Как показано на рисунке 9, результаты моделирования из (16) и экспериментальные результаты близко совпадают во всем процессе намагничивания, а их коэффициент определения -квадрат составляет 0,96. Это доказывает, что предложенная формула подгонки может точно описывать не только явление магнитного насыщения магнитных материалов, но и процесс нелинейного намагничивания.


3.Валидация электромагнитной модели HSV
3.1. Стенд для испытания электромагнитной силы HSV

Для экспериментальной проверки точности электромагнитной модели HSV был использован стенд для испытания статической электромагнитной силы, изображенный на рисунке 10. Железный сердечник размещается на свободном конце стенда, а якорь и датчик силы (Chengdu Xingpu Transducer Co., Ltd., CZLYB-3) размещаются на неподвижном конце стенда. Высота свободного конца регулируется так, чтобы ось стального сердечника и ось якоря находились на одной горизонтальной линии.Общий воздушный зазор изменяется путем регулирования расстояния между свободным концом и неподвижным концом. Управляющий ток соленоида подается с помощью усилителя мощности с регулируемым током и измеряется с помощью токового пробника (Agilent Technology 1146A). Якорь притягивается к железному сердечнику после включения постоянного тока в катушку, и датчик силы генерирует слабый сигнал напряжения. Этот сигнал напряжения представляет собой величину электромагнитной силы в осевом направлении после прохождения через высокоточный усилитель.Экспериментальные результаты были получены путем изменения воздушного зазора и тока возбуждения. Точность измерения основного оборудования приведена в таблице 1.

B Тип

Оборудование Датчик силы Датчик тока

1146A
Производитель Chengdu Xingpu Transducer Co., Ltd. Agilent Technology
Диапазон измерения 0500 N 1100 A
9027 Точность измерения

(a) Принципиальная блок-схема испытательного стенда
(b) Испытательная установка
(a) Принципиальная структурная схема испытательного стенда
(b) Испытательная установка
3.2. Проверка модели

Таблица 2 показывает подробные структурные параметры HSV, изученного в этой статье. Железный сердечник и якорь изготовлены из одного и того же магнитомягкого материала, основная кривая намагничивания которого показана на рисунке 11. Воздушный зазор между якорем и электромагнитом отрегулирован на 0,1 мм и 0,12 мм на испытательном стенде статических характеристик статического устройства. HSV. На катушку HSV подается питание для разных приводных токов для вышеуказанных рабочих воздушных зазоров, и статические электромагнитные силы HSV в различных рабочих воздушных зазорах и приводных токах получаются датчиком силы.

9027 9027 мм (мм) Высота (мм)

Параметры Справочное значение

Железный сердечник
20,4
Диаметр отверстия (мм) 7
- изгиб Из рисунка 11
Катушка
Количество витков 52 52 ) 7.6
Внутренний диаметр (мм) 12
Наружный диаметр (мм) 17,7
Якорь
Толщина (мм) 1,8 мм 1,8 ) 20
- кривая Из рисунка 11
Сборка
Рабочий зазор (мм) 0,1; 0,12
Control
Управляющий ток (A) 118


Сравнение результатов моделирования различных электромагнитных токов и экспериментальных сил и рабочие воздушные зазоры показаны на рисунках 12 и 13.Легко видеть, что результаты моделирования и эксперимента близко совпадают при разных токах возбуждения для двух рабочих воздушных зазоров, а максимальная погрешность составляет 15%, что может соответствовать требованиям инженерных приложений. В конце концов, разработанная нами численная электромагнитная модель HSV может предсказывать электромагнитную силу с приемлемой точностью.



4. Результаты и обсуждение

Как показано на Рисунке 14, электромагнитная сила HSV увеличивается с увеличением тока возбуждения при рабочих воздушных зазорах, равных 0.1 мм и 0,12 мм, и он больше при рабочем воздушном зазоре 0,1 мм, чем при рабочем воздушном зазоре 0,12 мм при том же приводном токе. Это связано с тем, что электромагнитная сила HSV обратно пропорциональна сопротивлению при постоянном токе возбуждения и оборотах катушки на основании (1) - (4) и (9). При этом чем меньше рабочий воздушный зазор, тем меньше сопротивление воздушного зазора. Следовательно, электромагнитная сила при рабочем воздушном зазоре 0,1 мм больше, чем при рабочем зазоре 0.12 мм при том же приводном токе. Влияние управляющего тока на электромагнитную силу более сложное. С одной стороны, ток возбуждения влияет на общий магнитный поток HSV, а с другой стороны, он также влияет на переходную магнитную проницаемость магнитомягких материалов и, таким образом, на сопротивление железного сердечника и якоря. Следовательно, чтобы глубоко проанализировать механизм влияния управляющего тока на преобразование электромагнитной энергии HSV, соотношение между увеличением электромагнитной силы и управляющим током получается путем обработки данных испытаний на Рисунке 14, как показано на Рисунке 15.



Из рисунка 15 видно, что с увеличением тока возбуждения приращение электромагнитной силы сначала увеличивается, а затем уменьшается, достигая максимума при токе возбуждения 4 А. Когда привод ток меньше 4 А, приращение электромагнитной силы при рабочем воздушном зазоре 0,1 мм всегда больше, чем при рабочем зазоре 0,12 мм; когда ток возбуждения больше 4 А, приращение электромагнитной силы почти совпадает в различных рабочих воздушных зазорах, и электромагнитная сила медленно увеличивается по мере постепенного уменьшения приращения.Фактически, на изменение электромагнитной силы влияет ток возбуждения и полное сопротивление, состоящее из сопротивлений воздушного зазора и магнитомягких материалов железного сердечника и якоря. Вклады этих двух факторов в электромагнитную силу различны в диапазоне разных приводных токов. Следовательно, угол закона изменения полного сопротивления с током возбуждения может лучше объяснить закон изменения на рисунке 15.

Из рисунка 16 можно увидеть, что полное сопротивление увеличивается с увеличением тока возбуждения при различных воздушных зазорах, когда ток привода менее 4 А.Однако степень увеличения сопротивления относительно мала и недостаточна для значительного уменьшения электромагнитной силы HSV. В этом случае увеличение управляющего тока вносит доминирующий вклад в электромагнитную силу HSV. Соответственно, приращение электромагнитной силы быстро увеличивается с увеличением управляющего тока при малых значениях управляющего тока (показано на рисунке 15). Когда ток возбуждения больше 4 А, на увеличение общего сопротивления значительно влияет увеличение тока возбуждения, и общее сопротивление быстро увеличивается с увеличением тока возбуждения.Хотя увеличение общего магнитного потока с увеличением тока возбуждения благоприятно сказывается на увеличении электромагнитной силы, доля общего сопротивления в уменьшении электромагнитной силы является приоритетной. Со временем приращение электромагнитной силы постепенно уменьшается.


Из рисунка 16 видно, что полное сопротивление HSV отличается в разных рабочих воздушных зазорах, когда ток возбуждения меньше 4 А, и чем меньше рабочий воздушный зазор, тем меньше полное сопротивление. .Соответственно, приращение электромагнитной силы при малом рабочем воздушном зазоре больше, чем при большом рабочем воздушном зазоре в определенном диапазоне приводного тока. По мере того, как ток возбуждения продолжает увеличиваться, кривая изменения полного сопротивления практически совпадает при различных рабочих воздушных зазорах. Другими словами, изменение полного сопротивления определяется сопротивлением магнитно-мягкого материала, а не рабочего воздушного зазора (однако это также объясняет, что влияние магнитно-мягкого материала следует учитывать в математической модели. ВПГ).Следовательно, изменения электромагнитной силы в основном зависят от полного сопротивления HSV в данный момент, согласно закону изменения, показанному на рисунке 15. То есть, когда ток возбуждения относительно велик, приращение электромагнитной силы на разных уровнях Рабочие воздушные зазоры имеют такой же закон изменения, а приращение электромагнитной силы постепенно уменьшается.

5. Выводы

(1) - математическая модель кривой, легко применяемая с высокой точностью, предложена и подтверждена путем сравнения предсказанных и экспериментальных результатов.Он может точно описывать явления нелинейного намагничивания и магнитного насыщения во всем процессе намагничивания магнитного материала, включая начальную фазу намагничивания, фазу магнитного насыщения и фазу перехода из ненасыщенного режима в насыщенное состояние. (2) На основе В соответствии с принципом электромагнитной переходной связи, электромагнитная математическая модель HSV разработана на языке Фортран, которая учитывает характеристики магнитного насыщения и подтверждается экспериментальными данными статической электромагнитной силы.(3) Проведены экспериментальные исследования зависимости изменения статической электромагнитной силы ВПН от его приводного тока при различных рабочих воздушных зазорах. Сделан вывод, что при увеличении тока возбуждения приращение электромагнитной силы сначала быстро увеличивается, а затем уменьшается при различных рабочих воздушных зазорах, и существует значение тока возбуждения, при котором приращение электромагнитной силы достигает своего максимального значения. 4) На основе установленной электромагнитной математической модели HSV установлено, что на характеристики преобразования электромагнитной энергии HSV влияют ток возбуждения и полное сопротивление, и что эти два фактора влияния в рамках различных токов возбуждения имеют различный вклад в эффективность преобразования электромагнитной энергии.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Эта работа поддержана Фондом естественных наук провинции Хэйлунцзян в Китае (LC201422), Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC 51279037, 51379041, 51475100 и 51679048), Фондом фундаментальных исследований для центральных университетов. (HEUCF160304) и Программа найма высококлассных иностранных экспертов Государственного управления по делам иностранных экспертов (GDW20162300256).

Как работают форсунки Bosch и некоторые связанные с ними формы неисправностей

Давайте начнем здесь:

Как работают форсунки Bosch и некоторые связанные с ними формы неисправностей

Роль форсунки в системе Common Rail заключается в том, чтобы точно распылять топливо в камеру сгорания в нужное время, чтобы топливо полностью сгорело.

Каждый масляный канал форсунки Common Rail включает в себя часть низкого напряжения и часть высокого давления:

Форсунка состоит из пяти основных компонентов:

Корпус форсунки (1) скрепляет сопло с несколькими отверстиями (2) с узлом электромагнитной катушки (3) и содержит корпус клапана (4).Якорь соленоида (5) движется вместе с шариком. Шар открывает и закрывает так называемую А-дроссельную заслонку. Корпус клапана имеет два отверстия (A- и Z-дроссели), регулирующие давление в управляющей камере (6), и соответствующий управляющий поршень (7). Управляющий поршень находится в непосредственном физическом соединении с иглой форсунки (8).

Когда форсунка не работает, игольчатый клапан форсунки блокирует отверстие, предотвращая впрыск топлива под высоким давлением в камеру сгорания. Когда катушка соленоида инжектора получает сигнал ЭБУ, якорь всасывается из-за электромагнитной энергии, генерируемой катушкой, в то же время шар клапана и держатель шара клапана поднимаются под давлением масла, так же как и игольчатый клапан форсунки.В этот момент отверстие открывается, топливо в хорошей форме распыляется и распыляет его в цилиндр. Количество распыляемого топлива также точно контролируется ЭБУ, и каждый полный процесс впрыска можно разделить на следующие пять этапов:

(1) выкл. (Без впрыска)

(2) открыто (начало впрыска)

(3) Полное открытие (непрерывный впрыск)

(4) Выкл. (Уменьшение объема впрыска)

(5) полностью закрыто (остановка впрыска)

Проанализировав отказ основных частей следующих форсунок Common Rail, мы можем узнать основную причину отказа форсунок, а затем разработать профилактические меры.

(1) Электромагнитный клапан

Ошибка плавления электромагнитной катушки: слишком большое напряжение питания или слишком продолжительное время работы, что вызвало плавление электромагнитной катушки.

Профилактический способ: Запрещается искусственно подавать внешнее напряжение на форсунки.

Форма отказа показана на следующем рисунке:

(2) Ослабление разъема высокого давления форсунки:

Соединитель высокого давления форсунки не герметичен через кожух.

Причина неисправности: при снятии трубки высокого давления соединение поворачивается, а затем ослабляется.

Профилактический способ: при демонтаже маслопровода высокого давления зафиксировать соединение высокого давления гаечным ключом

(3) Коррозия внутри форсунки Common Rail высокого давления

Профилактические мероприятия: проверять качество мазута и периодически сливать воду в период грубой фильтрации

Форма отказа показана на следующем рисунке:

(4) Форсунка Common Rail высокого давления: изношены внутренние детали (например, компоненты клапана и т. Д.))

Признаки: горит сигнальная лампа неисправности автомобиля, при ускорении подачи газа идет черный дым, а мощность недостаточна.

Причина неисправности: Топливо содержит большое количество примесей

Профилактические меры: убедиться в качестве фильтра, особенно в качестве фильтра тонкой очистки (использование нестандартных фильтров категорически запрещено). Установите воздушный фильтр на вентиляционное отверстие топливного бака, чтобы избежать загрязнения топлива песком и пылью во внешней среде и обеспечить качество топлива.

Форма отказа показана на следующем рисунке:

(5) Стальная уплотнительная прокладка: в цилиндр подается воздух

Признак: Горючие газы проникают в возвратное масло и вызывают недостаточную мощность двигателя.

Причина неисправности: примеси вызывают образование ямок на поверхности медной прокладки, что снижает герметичность.

Меры предосторожности: повторное использование медных прокладок запрещено. Чтобы обеспечить чистоту медной прокладки, дна монтажного отверстия двигателя и крышки форсунки при установке форсунки, используйте только медную прокладку, чтобы не допустить оставшуюся прокладку в монтажном отверстии двигателя.

Форма отказа показана на следующем рисунке:

(6) Форсунка Common Rail: внешнее повреждение

Признак: топливная форсунка не работает должным образом, из-за чего двигатель работает нестабильно.

Причина неисправности: неправильная установка и неправильная работа.

Меры предосторожности: Затяните крышки электромагнитных клапанов, клеммы и разъемы жгута проводов при установке форсунки

% PDF-1.4 % 10 0 obj > эндобдж xref 10 78 0000000016 00000 н. 0000002194 00000 н. 0000002285 00000 н. 0000002326 00000 н. 0000002672 00000 н. 0000002947 00000 н. 0000003354 00000 п. 0000003565 00000 н. 0000003976 00000 н. 0000004049 00000 н. 0000004098 00000 н. 0000004151 00000 п. 0000004837 00000 н. 0000005424 00000 н. 0000005846 00000 н. 0000006521 00000 н. 0000007132 00000 н. 0000007795 00000 н. 0000008457 00000 н. 0000009102 00000 п. 0000009485 00000 н. 0000010126 00000 п. 0000010838 00000 п. 0000011100 00000 п. 0000012362 00000 п. 0000012533 ​​00000 п. 0000012735 00000 п. 0000012906 00000 п. 0000013075 00000 п. 0000013857 00000 п. 0000014069 00000 п. 0000014268 00000 п. 0000014289 00000 п. 0000014392 00000 п. 0000014494 00000 п. 0000014615 00000 п. 0000015298 00000 п. 0000015381 00000 п. 0000015697 00000 п. 0000015851 00000 п. 0000016099 00000 п. 0000016249 00000 п. 0000180959 00000 н. 0000181049 00000 н. 0000181353 00000 н. 0000181436 00000 н. 0000181748 00000 н. 0000181902 00000 н. 0000182148 00000 н. 0000182298 00000 н. 0000342963 00000 н. 0000343053 00000 н. 0000343358 00000 п. 0000343441 00000 н. 0000343754 00000 н. 0000343908 00000 н. 0000344160 00000 п. 0000344314 00000 н. 0000375925 00000 н. 0000376015 00000 н. 0000376351 00000 н. 0000376434 00000 н. 0000376768 00000 н. 0000380818 00000 н. 0000381398 00000 н. 0000384915 00000 н. 0000385343 00000 п. 0000388140 00000 н. 0000388471 00000 н. 0000391384 00000 н. 0000391692 00000 н. 0000392777 00000 н. 0000393026 00000 н. 0000395907 00000 н. 0000396209 00000 н. 0000398506 00000 н. 0000398782 00000 н. 0000001856 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 87 0 объект > поток xb``f``kƀ XcL @ bQ! V

Оптическое устройство для измерения открытия форсунок в системах Common Rail

  • AMESim (2004).Руководство пользователя. ПРЕДСТАВИТЬ.

    Google Scholar

  • Амиранте Р., Дистасо Э., Тамбуррано П. и Райтц Р. Д. (2015a). Измеренные и прогнозируемые выбросы частиц сажи от двигателей, работающих на природном газе. SAE Paper No. 2015-24-2518.

    Google Scholar

  • Амиранте, Р., Касавола, К., Дистасо, Э. и Тамбуррано, П. (2015b). На пути к развитию системы измерения давления в цилиндрах на основе тензометрических датчиков для двигателей внутреннего сгорания. SAE Paper No. 2015-24-2419.

    Google Scholar

  • Амиранте Р., Каталано Л. А., Дадоне А. и Ломбардо В. (2006). Об использовании быстродействующих датчиков давления в дизельной системе впрыска Common Rail. Proc. 8-я биеннале ASME Conf. Проектирование и анализ инженерных систем .

    Google Scholar

  • Amirante, R., Catalano, L.A., Полони, К. и Тамбуррано, П. (2014). Гидродинамическая оптимизация конструкции гидравлических пропорциональных распределителей. Инженерная оптимизация 46 , 10 , 1295–1314.

    Артикул Google Scholar

  • Амиранте, Р. и Тамбуррано, П. (2014). Высокотемпературный газо-газовый теплообменник на твердой промежуточной среде. Успехи в машиностроении , артикул 353586.

    Google Scholar

  • Бай, Й., Фан, Л. Й., Ма, Х. З., Пэн, Х. Л., Сон, Э. З. (2016). Влияние параметров форсунок на количество впрыска в системе впрыска Common Rail для дизельных двигателей. Внутр. J. Автомобильные технологии 17 , 4 , 567–579.

    Артикул Google Scholar

  • Карлуччи, А.П., Де Ризи, А., Лафорджа, Д. и Наккарато, Ф. (2008). Экспериментальное исследование и анализ горения двухтопливного дизельного двигателя с прямым впрыском на природном газе. Энергия 33 , 2 , 256–263.

    Артикул Google Scholar

  • Каталано, Л. А., Тондоло, В. А. и Дадоне, А. (2002). Динамический рост давления в системе впрыска Common-Rail. SAE Paper No. 02 января 2002 г.

    Google Scholar

  • Катания, А. Э., Феррари А., Манно, М. и Спесса, Э. (2008). Экспериментальное исследование влияния динамики на производительность системы Common Rail с многократным впрыском. J. Разработка газовых турбин и энергетики 130 , 3 , 032806.

    Артикул Google Scholar

  • CeliKten, I.(2003). Экспериментальное исследование влияния давления впрыска на характеристики двигателя и выброс выхлопных газов в дизельном двигателе с непрямым впрыском. Прикладная теплотехника 23 , 16 , 2051–2060.

    Артикул Google Scholar

  • Чанг, Дж., Ким, М. и Мин, К. (2002). Обнаружение пропусков зажигания и детонации в двигателях с искровым зажиганием с помощью вейвлет-преобразования сигналов вибрации блока цилиндров. Измерительная наука и техника 13 , 7 , 1108.

    Артикул Google Scholar

  • Чой, С., Мён, К. Л. и Пак, С. (2014). Обзор характеристик выбросов наночастиц и морфологии ТЧ из двигателей внутреннего сгорания: Часть 2. Int. J. Автомобильные технологии 15 , 2 , 219–227.

    Артикул Google Scholar

  • Чанг, Дж., Мин, К. и Суну, М. (2016). Эмпирическая модель NOx в реальном времени, основанная на измерениях давления в цилиндрах для дизельных двигателей малой мощности. Внутр. J. Автомобильные технологии 17 , 4 , 549–554.

    Артикул Google Scholar

  • Эом Д. С., Канг С. Х. и Ли С. В. (2017). Характеристики выбросов наночастиц и стратегии сокращения выбросов за счет контроля давления наддува и стратегий впрыска в легковом дизельном двигателе. Внутр. J. Автомобильные технологии 18 , 1 , 1–17.

    Артикул Google Scholar

  • Фан, К., Биан, Дж., Лу, Х., Тонг, С. и Ли, Л. (2014). Обнаружение пропусков зажигания и управление повторным зажиганием с помощью обратной связи по сигналу ионного тока при холодном пуске в двухступенчатых двигателях с прямым впрыском. Внутр. J. Исследования двигателя 15 , 1 , 37–47.

    Артикул Google Scholar

  • Ficarella, A., Laforgia, D. и Landriscina, V. (1999). Оценка явлений нестабильности в системе впрыска Common Rail для высокоскоростных дизельных двигателей. SAE Paper No. 1999-01-0192.

    Google Scholar

  • Giannadakis, E., Gavaises, M. и Arcoumanis, C. (2008). Моделирование кавитации в форсунках дизельных двигателей. J. Гидравлическая механика, 616 , 153–193.

    Артикул МАТЕМАТИКА Google Scholar

  • Heimgärtner, C. and Leipertz, A. (2000). Исследование первичного разбрызгивания вблизи форсунки системы впрыска дизельного топлива высокого давления с общей топливораспределительной рампой. SAE Paper No. 2000-01-1799.

    Google Scholar

  • Ху, К., Ли, А. и Чжао, X. (2011). Стратегия многомерного статистического анализа для обнаружения множественных пропусков зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Механические системы и обработка сигналов 25 , 2 , 694–703.

    Артикул Google Scholar

  • Лим, О. Т. и Ли, С. Дж. (2016). Влияние диаметра отверстия сопла и диаметра сопла на распыл Dme для получения аналогичной теплотворной способности с распылением дизельного топлива с использованием камеры постоянного объема. Внутр. J. Автомобильные технологии 17 , 6 , 1023–1031.

    Артикул Google Scholar

  • Лю Б., Чжао К., Чжан Ф., Цуй Т. и Су Дж. (2013). Обнаружение пропусков зажигания дизельного двигателя с турбонаддувом с помощью искусственных нейронных сетей. Прикладная теплотехника 55 , 1 , 26–32.

    Артикул Google Scholar

  • Лю, W.и Ван Дж. (2012). Моделирование регулирования давления в магистрали Common Rail в системе впрыска топлива высокого давления. Внутр. Proc. Компьютерные науки и информационные технологии, 51 , 508.

    Google Scholar

  • Марсер, Р., Одиффрен, К., Виль, А., Бувье, Б., Уолботт, А. и Аргейрол, Б. (2010). Соединение одномерных моделей AMESim и 3D CFD EOLE для моделирования впрыска дизельного топлива. 23-я ежегодная конференция. Системы жидкого распыления и распыления .

    Google Scholar

  • Мён, К. Л., Ко, А. и Парк, С. (2014). Обзор характеристик выбросов наночастиц и морфологии ТЧ из двигателей внутреннего сгорания: Часть 1. Int. J. Автомобильные технологии 15 , 2 , 203–218.

    Артикул Google Scholar

  • Ой, С.и Ча, Г. (2015). Влияние топлива, типа впрыска и системы доочистки на выбросы твердых частиц от легковых автомобилей, использующих различные виды топлива, в испытательных циклах FTP-75 и HWFET. Внутр. J. Автомобильные технологии 16 , 6 , 895–901.

    Артикул Google Scholar

  • Папагианнакис, Р. Г., Хунталас, Д. Т. и Ракопулос, К. Д. (2007). Теоретическое исследование влияния количества пилотного топлива и момента его впрыска на производительность и выбросы двухтопливного дизельного двигателя. Преобразование энергии и управление 48 , 11 , 2951–2961.

    Артикул Google Scholar

  • Прель, К., Ламарк, Ф. и Ревель, П. (2006). Отражающий оптический датчик для перемещения на большие расстояния с высоким разрешением. Датчики и исполнительные механизмы A: Физические 127 , 1 , 139–146.

    Артикул Google Scholar

  • Сейкенс, Х.Л. Дж., Сомерс, Л. М. Т. и Бэрт, Р. С. Г. (2004). Моделирование системы впрыска Common Rail и влияние свойств жидкости на процесс впрыска. Proc. ВАФСЕП , 6–9.

    Google Scholar

  • Сейкенс, X. Л. Дж., Сомерс, Л. М. Т. и Бэрт, Р. С. Г. (2005). Детальное моделирование процесса впрыска топлива Common Rail. MECCA 3 , 2-3 ​​, 30–39.

    Google Scholar

  • Сенкевич, Ф.и Шукла, А. (1997). Простой оптоволоконный датчик для использования в большом диапазоне перемещений. Оптика и лазеры в технике 28 , 4 , 293–304.

    Артикул Google Scholar

  • Сух, Х. К. и Ли, К. С. (2008). Экспериментальное и аналитическое исследование характеристик распыления диметилового эфира (DME) и дизельного топлива в системе впрыска Common Rail в дизельном двигателе. Топливо 87 , 6 , 925–932.

    Артикул Google Scholar

  • Штумпп, Г. и Рикко, М. (1996). Common Rail - привлекательная система впрыска топлива для дизельных двигателей DI легковых автомобилей. Бумага SAE № 960870.

    Google Scholar

  • Танака Т., Андо А. и Ишизака К. (2002). Исследование пилотного впрыска дизельного двигателя DI с использованием системы впрыска Common-Rail. Обзор JSAE 23 , 3 , 297–302.

    Артикул Google Scholar

  • Ванегас А. и Петерс Н. (2009). Экспериментальный анализ влияния очень раннего пилотного впрыска на образование загрязняющих веществ для дизельного двигателя PCCI. На пути к чистым дизельным двигателям: 7-е межд. Symp. , Ахен, Германия.

    Google Scholar

  • Вирди, М.(2004). Измерение смещения с субнанометрической точностью с использованием маломассивных и шероховатых поверхностей в качестве подвижных целей Оптика и лазерные технологии 36 , 2 , 107–115.

    Артикул Google Scholar

  • Ван Ф., Хе З., Лю Дж. И Ван К. (2015). Геометрия сопла дизельного двигателя зависит от характеристик струи с моделью струи в сочетании с кавитирующим потоком сопла. Внутр. J. Автомобильные технологии 16 , 4 , 539–549.

    Артикул Google Scholar

  • Сюй, М., Сун, Ю. К., Цуй, Ю., Дэн, К. Ю. и Ши, Л. (2016). Одномерная модель проникновения топлива в брызгах дизельного топлива с потоком газа. Внутр. J. Автомобильные технологии 17 , 1 , 109–118.

    Артикул Google Scholar

  • типов форсунок и принцип действия

    Форсунка или форсунка - важный механизм топливной системы, предназначенный для своевременной и дозированной подачи и впрыска топливной смеси в камеру сгорания ДВС.Современные системы впрыска в большинстве дизельных и бензиновых двигателей оснащены топливными форсунками. Если форсунки и другие детали автомобиля повреждены, ремонт не всегда имеет смысл. Если повреждение серьезное, лучше обратиться в компанию, которая занимается переработкой авто: https://towingandscrapcarremoval.ca/scrap-car-removal-north-york.

    Типы форсунок

    По способу впрыска современные топливные форсунки делятся на три типа - электромагнитные, электрогидравлические и пьезоэлектрические.

    Форсунки электромагнитные

    Форсунки этого типа часто устанавливаются в бензиновые двигатели. Такие форсунки имеют простое и понятное устройство, состоящее, собственно говоря, из электромагнитного клапана, распылительной иглы и форсунки.

    Принцип работы электромагнитных форсунок также довольно прост. Подача напряжения на обмотку возбуждения клапана происходит строго в установленное время, согласно заложенной программе.

    Напряжение создает определенное магнитное поле, которое вытягивает груз с иглой из клапана, тем самым освобождая сопло.Результатом всего этого действия является впрыск нужного количества топлива. По мере снижения напряжения игла возвращается в исходное положение.

    Электрогидравлические форсунки

    Следующий тип форсунок используется в дизельных двигателях, а также в двигателях с топливной системой Common Rail. Электрогидравлические форсунки, в отличие от предыдущего типа, имеют более сложное устройство, основными элементами которого являются дроссели (впускной и выпускной), электромагнитный клапан и управляющая камера.

    Работа форсунок данного типа основана на использовании высокого давления топливной смеси как в момент впрыска, так и при его остановке.На начальном этапе электромагнитный клапан закрывается и игла инжектора максимально прижимается к своему гнезду в камере управления. Сила зажима - это сила давления топлива, которая направлена ​​на поршень, расположенный в камере управления.

    В то же время, с другой стороны, топливо также давит на иглу, но поскольку площадь поршня заметно больше площади иглы, из-за этой разницы сила давления на поршень больше, чем сила давления на игле, которая плотно прижимается к седлу, перекрывая подачу топлива.В настоящее время топливо не подается.

    Сигнал, полученный от блока управления, запускает клапан с одновременным открытием сливного дросселя. Топливо вытекает из камеры управления в напорный трубопровод. Ограничитель впуска в это время предотвращает быстрое выравнивание давления в камере сгорания и во впускном трубопроводе.

    В этот момент, когда давление на поршень уменьшается, тяга поршня вниз ослабевает, а поскольку давление на иглу не изменяется, оно увеличивается, и в этот момент происходит впрыск топлива.

    Пьезоэлектрические форсунки

    Последний тип форсунок считается наиболее совершенным и перспективным среди всех описанных типов. Пьезо-форсунки используются на дизельных двигателях с системой подачи топлива Common Rail. Конструктивно такие форсунки состоят из пьезоэлемента, толкателя, переключающего клапана и иглы.

    Пьезо-форсунки работают по принципу гидравлического механизма. Первоначально игла помещается в седло, когда она подвергается воздействию высокого давления TC. При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент он изменяется в размере (увеличивается его длина), из-за чего пьезоэлемент буквально толкает поршень толкателя, который, в свою очередь, давит на поршень переключающего клапана.

    При этом открывается переключающий клапан, топливо устремляется через него в нагнетательную линию, давление в верхней части иглы снижается и из-за неизменного давления снизу игла поднимается. Когда игла поднимается, топливо впрыскивается.

    Основным преимуществом форсунок этого типа является их скорость срабатывания (до 4 раз быстрее, чем в клапанной системе), что позволяет осуществлять многократный впрыск за один цикл двигателя. Объем впрыскиваемого топлива зависит от двух параметров - от продолжительности воздействия пьезоэлемента и от давления топлива в рампе.

    Достоинства и недостатки форсунок

    И в заключение хотелось бы сказать несколько слов о достоинствах и недостатках топливных форсунок, если сравнивать их с карбюраторами.

    Преимущества топливных форсунок:

    Экономия топлива за счет точной системы дозирования;

    Минимальный уровень токсичности двигателей с топливными форсунками;

    Возможность увеличения мощности силовой передачи до 10%;

    Простота и удобство запуска в любую погоду;

    Возможность улучшить динамические характеристики любого транспортного средства;

    Нет необходимости в частой замене и чистке

    Недостатки форсунок:

    Возможны неисправности или серьезные поломки в результате использования некачественного топлива, что губительно сказывается на чувствительном механизме форсунок.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *