Устройство форсунок дизельных двигателей: Тысячу раз в минуту
Инжекторные бензиновые двигатели, в которых топливо впрыскивается во впускной тракт или цилиндры с помощью форсунок, составляют серьезную конкуренцию дизельным по показателю экономичности и экологичности. Это послужило толчком к совершенствованию систем питания дизелей, в частности – форсунок.
 | | Инжекторные бензиновые двигатели, в которых топливо впрыскивается во впускной тракт или цилиндры с помощью форсунок, составляют серьезную конкуренцию дизельным по показателю экономичности и экологичности. Это послужило толчком к совершенствованию систем питания дизелей, в частности – форсунок. |
Форсунки – элементы системы питания дизельных двигателей, которые обеспечивают поступление топлива непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. Форсунка распыляет топливо в форме факела в надпоршневом объеме, а также участвует в процессе дозирования его продачи. И все это происходит с частотой от 400 до 2500 раз в минуту.
По своей конструкции все дизельные форсунки в зависимости от способа управления делятся на механические и электромеханические.
Проверенная механика
Работа классического дизеля основана на тех же принципах, что и сто лет назад, в эпоху создателя этого типа моторов Рудольфа Дизеля. Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль механической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно «по команде» высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.
Обычная механическая форсунка состоит из корпуса, распылителя с иглой и одной пружины (однопружинная). Игла свободно перемещается в пределах направляющего канала распылителя, обеспечивая в закрытом состоянии надежную герметизацию сопла. В нижней части она упирается в коническое уплотнение распылителя, к которому прижимается расположенной сверху пружиной.
Для преобразования энергии давления топлива, созданного ТНВД, в усилие подъема иглы на ее поверхности предусмотрена ступенька. Топливо подается в специальный объем корпуса непосредственно под ступенькой иглы. Когда давление превышает усилие пружины иглы, она поднимается вверх. При этом обеспечивается открытие каналов распылителя и происходит впрыск топлива. После того, как вся поданная насосом порция горючего проходит через распылитель в камеру сгорания, давление начинает падать, и игла под воздействием усилия пружины опускается. Подача топлива при этом прекращается. Давление впрыска топлива составляет 400 – 600 кг/см2.
Варьируя параметры форсунок (геометрию каналов распылителя и их количество, жесткость пружины и др.) и тем настраивая их на оптимальный режим работы, конструкторы научились управлять процессом сгорания топлива.
В некоторых двигателях (например, версиях TDI моделей Mercedes, VW, BMW, Audi и пр.) одна из форсунок может быть оснащена датчиком подъема иглы. Положение иглы важно «знать» блоку управления моторами с электронно управляемыми топливными насосами.
В особую группу форсунок следует выделить двухпружинные. Они имеют более сложную конструкцию, но зато точнее, чем классические однопружинные, управляют процессом топливоподачи. Благодаря этому снижаются жесткость процесса сгорания и шум. Положительный эффект обеспечивается двухступенчатым подъемом иглы, во время которого поочередно преодолевается сопротивление каждой из двух пружин. На холостом ходу и при малых нагрузках работает только первая ступень, «подкармливая» двигатель небольшим количеством топлива. На мощностных режимах поступают две порции топлива: сначала малая (до 20% общего объема), затем большая. Это смягчает, продлевает и делает более полным процесс сгорания. Кроме того, уменьшились расход топлива и токсичность отработавших газов. Давления открытия ступеней отличаются незначительно, например, у дизелей с разделенной камерой сгорания* составляют 130 и 180 кг/см2. Давление впрыска основной порции – порядка 800 – 1000 кг/см2.
Сегодня доля двухпружинных конструкций составляет около четверти от общего количества. Такие форсунки применяли в дизелях с непосредственным впрыском**, пока их не потеснила система питания Commоn Rail.
Эпоха электроники
В современных дизелях топливо подается с помощью электромеханических форсунок, у которых за открытие и закрытие иглы отвечает управляемый электроклапан. Пока ему не будет дана команда от ЭБУ, топливо не поступит к распылителю. Бортовой компьютер определяет момент начала впрыска и его продолжительность, тщательно дозируя горючее длиной импульсов в зависимости от частоты вращения коленвала, нагрузки, положения педалей, температуры двигателя и других факторов. Такая особенность позволяет электронике управлять подачей топлива с высокой точностью, в благоприятном режиме с точки зрения экономичности и экологичности.
Электромеханические форсунки в дизелях с системой питания типа Common Rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Этим удалось добиться более плавного нарастания давления газов на поршень и более качественного сгорания топлива, что в итоге снизило шум и количество вредных компонентов в выхлопе. Давление впрыска в данных системах питания удалось повысить до 1600 кг/см2. При этом еще больше улучшилась точность дозирования и равномерность распределения топлива по цилиндрам.
Един в двух лицах
Во второй половине 90-х годов некоторые дизели стали оснащать еще одной разновидностью системы питания – без ТНВД. Его функции переложили на насос-форсунки. Подкачивающий насос подает к ним топливо под небольшим давлением. Каждая форсунка снабжена своей плунжерной парой, которую приводят в действие кулачки распределительного вала. Преимуществ у таких систем питания несколько. Во-первых – большее давление топливоподачи (от 1200 до 2050 кг/см2), что обеспечивает более качественое распыление. Во-вторых, отсутствие громоздкого ТНВД с отдельным приводом и инерционных систем распределения горючего. Все это способствовало повышению точности начала впрыска и дозировки.
Насос-форсунки оборудованы электроклапаном и могут работать в двухимпульсном режиме. Как и в предыдущих случаях, это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Негативная особенность насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии даже по сравнению с Common Rail.
| |
| |
|
| Распылители | |
| |
|
Одна из наиболее ответственных деталей форсунки – распылитель. Они отличаются количеством распылительных отверстий и способом регулирования топливоподачи. Предкамерные и вихрекамерные дизели (т.е. с разделенной камерой сгорания), как правило, оснащают распылителями с одним отверстием и иглой. На конце их иглы может быть штифт. Такие форсунки называют штифтовыми (1). Благодаря тому, что штифт иглы большую часть цикла находится в отверстии, появляется возможность подавать основную часть топлива в короткое время в конце цикла, после полного подъема иглы. Таким образом обеспечивается благоприятный режим сгорания и более мягкая работа дизеля.Игорь Широкун
Фото Bosch
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Диагностика форсунок дизеля: возможные неисправности, ремонт, отзывы
Данные устройства в определенной дозировке впрыскивают топливо в камеру сгорания, где воздух нагрет до высоких температур и создано высокое давление. На форсунки оказываются самые высокие нагрузки – механизм постоянно работает в агрессивных средах, а сама работа связана с высокой интенсивностью. Поэтому форсунки часто выходят из строя. Диагностика форсунок дизеля – это первое, с чего нужно начинать ремонт топливной аппаратуры и только после переходить к другим элементам.
Принцип действия дизельного впрыска
Для лучшего понимания механизма форсунки следует описать схему цикла впрыска в дизельном двигателе.
Итак, ТНВД забирает определенный объем дизельного топлива из топливного бака. Далее насос закачивает топливо в рампу. Солярка подается в каналы, ведущие к форсункам. Затем топливо подается на распылители. Когда уровень давления на распылитель доходит до определенного установленного производителем уровня, форсунка открывается, и солярка подается в цилиндры.
Как работает форсунка на дизелях
На примере примитивной форсунки можно рассмотреть принцип действия. В боковой части имеется канал, через который непрерывно подается дизельное топливо. Внутри форсунки имеется камера – в ней есть барьер. Он может двигаться за счет пружины. Также в устройстве есть игла. Барьер может опускаться или подниматься по мере роста/спада давления. Игла под воздействием давления может подниматься, тем самым освобождая путь топливу. Так работает примитивная форсунка с одной пружиной.
Common-Rail
На силовых агрегатах с данной системой питания устанавливается два типа форсунок – это электромагнитные, а также пьезоэлектрические. Последние – это очень серьезный механизм, его сравнивают с автомобилями “Феррари”, и аналогия не случайна, учитывая частоту срабатывания. Для того чтобы облегчить диагностику форсунок дизеля в случае неисправностей, следует понимать ее устройство и принцип действия.
Электромагнитная форсунка представляет собой корпус с соленоидом внутри, мультипликаторным клапаном, плунжером, который воздействует на иглу в корпусе распылителя. Все это дополнено подводящими и отводящими каналами для топлива.
Работает все это следующим образом. Дизельное топливо по каналам высокого давления от рампы подается к игле туда, где она контактирует с распылителем, и в надплунжерную полость. Плунжер за счет этого пожимает иглу к ее посадочному месту. В нужный момент соленоид поднимется и откроет клапан – полость над плунжером соединится со сливным каналом. Так как давление над плунжером снижается, а вокруг иглы растет, то за счет давления игла поднимается и осуществляется впрыск топлива. Стоит только соленоиду вернуться на его законное место, давление над плунжером приходит в норму и игла мгновенно закрывается.
Пьезоэлектрическая форсунка работает примерно так же, но здесь другое устройство. В конструкции механизма имеется дополнительный гидрокомпенсатор – он является посредником между пьезоэлементом и мультиклапаном. В целом детали практически те же, что можно встретить в электромагнитной форсунки.
Вся прелесть в том, что при подаче электричества на пьезоэлемент он меняет свои характеристики и геометрию за какие-то 0,1 мс. Такая скорость работы дает ему возможность делить цикл впрыска на несколько процессов, при этом сохраняется настолько точная дозировка, что даже грамм солярки не прольется зря.
Для лучшего понимания
Один цикл впрыска топлива делится на три части – это предварительный впрыск, основная фаза и завершающая. Так, во время предварительной части в цилиндры подается лишь малая часть горючего – что-то в пределах 2 мл. Это необходимо для прогрева и подготовки воздуха в камере сгорания в подаче основной порции топлива. В тот же момент давление внутри цилиндра выравнивается. Основная фаза – это понятно, и дополнительно описывать ничего не нужно. А вот впрыск малой порции на завершающей фазе нужен, чтобы догорели остатки смеси в цилиндре. Это способствует лучшей очистке и регенерации сажевых фильтров.
Плюсы пьезофорсунок в том, что за один цикл она способна подать топливо несколько раз. Благодаря этому двигатель работает очень плавно и отличить его от бензиновых аналогов практически невозможно.
Что обычно ломается в электромагнитных форсунках
Начать стоит с электромагнитных механизмов. Основной и самый страшный враг любых форсунок – это плохое топливо и вода. Но конечно же, в процессе диагностики форсунок дизеля наблюдается и естественный износ.
Наиболее распространенная неисправность – износ посадочного места для шарика мультипликатора. Если плунжер закрыт неплотно, то это ведет к тому, что солярка течет в сливную магистраль. Если над плунжером не будет создано достаточного давления, то возможны утечки топлива через распылитель. Если утечек через распылитель нет, но имеется утечка по сливным каналом, то двигатель станет глохнуть при нагрузках. Если игла усаживается, наблюдаются усадки плунжера, если не отрегулирована игла или ее вообще нет, то это приведет к переливу. Мотор будет троить, на холостых из трубы возможен белый дым. Если провести диагностику форсунок дизеля Common, то, скорее всего, будут выявлены именно эти недостатки.
Теряет жесткость и пружина, прижимающая иглу. Вследствие коррозии клинит мультипликатор. Случаются и проблемы с соленоидом, открывающим клапан на впуск – все это не добавляет двигателю устойчивости в работе.
Каждая деталь в форсунке подвергается тем или иным негативным воздействиям, и даже незначительная мелочь может привести к нестабильной работе двигателя.
Неисправности пьезофорсунок
Что касается неисправностей, то здесь все приблизительно то же, что и у устройств устаревшей конструкции. Но из-за более сложного управляющего элемента можно добавить замыкание на «массу» пьезоэлемента. Это может привести к тому, что двигатель просто не запустится.
О неисправностях игл и распылителей сказано выше, но нужно добавить, что если форсунка переливает сильно, то из выхлопной трубы будет сильно дымить черным дымом. Это сигнал к диагностике форсунок дизеля.
Реже случается, то пьезоэлемент выходит из строя или теряет свои свойства. В случае потери свойств мотор может потерять тягу и троить. Нужно упомянуть и о закоксованности.
При жалобах на дымность работы ДВС, потерю тяги и другие вышеописанные симптомы первым делом выполняют компьютерную диагностику. И если в ходе процесса система выдает ошибки, то элементы демонтируют и передают в цех для дальнейшей диагностики форсунок дизеля на стенде.
Элемент устанавливается на стенд, где проверяют базовую работоспособность – не травит ли топливо по сливной магистрали, если есть утечка, то под каким давлением она происходит. Если диагностика на стенде показывает, что все в порядке, то элемент устанавливают на более серьезное оборудование, где практически полностью имитируется работа дизельного двигателя. В ходе такой диагностики работы форсунок дизеля автоматика будет поэтапно замерять все параметры и характеристики форсунки, это даст понимание причин и проблем.
Далее форсунка направляется в ультразвуковую ванну для того, чтобы убрать нагар и кокс. Далее деталь отправляется на специальный стенд, где ее разберут для последующего ремонта.
Диагностика своими руками
Можно выполнить своими руками диагностику форсунок дизеля Common Rail. Для этого есть два пути – проверка форсунок на рампе и самодельном стенде, проверка на двигателе.
Судя по отзывам, проще всего тестировать работу форсунок на моторе без ее снятия. Для этого двигатель должен работать на холостом ходу. Затем владелец по очереди должен выкручивать распылители. Если после снятия распылителя работа мотора стала хуже, то форсунка исправна. Так методом исключения можно найти неработающую форсунку – при откручивании распылителя работа двигателя не изменится.
Также можно проверить форсунки на утечки непосредственно на двигателе. Для этого понадобятся специальные пластиковые емкости и соединительные шланги. Шланги соединяются с форсунками. Емкости следует подвесить вертикально.
Далее заводят мотор и начинают наблюдение. Если одна из подготовленных прозрачных емкостей будет наполнятся быстрее, чем другие, то вот она проблема. При анализе форсунок следует следить, чтобы емкости не наполнялись больше чем на три четверти. Норма при таком тестировании – это разница в 10 %. Если разница в объеме топлива больше, то нужно искать утечку.
Такой способ диагностики простой и эффективный, однако не всегда проблема связана именно с утечками.
Заключение
Вот так выполняется диагностика дизель-форсунок. Ремонт подразумевает очистку ультразвуком, а также замену изношенных элементов. Проверяют каждую шайбу, ход соленоида, стопорные кольца, промеряют все втулки. Все, что изношено, меняется на новое.
Почему дизельные топливные форсунки выходят из строя и как их ремонтируют
Категория: Полезная информация.
Дизельный двигатель — это отличные тяговые качества и экономия на топливе, с одной стороны, и дорогостоящая топливная аппаратура, которая требует к себе особого отношения, с другой. Особенно внимательно владельцам стоит относиться к признакам неисправностей топливных форсунок.
Принцип работы топливных дизельных форсунок
Рассказ о том, что и почему может выйти из строя в форсунках, невозможен без краткого описания устройства и принципа работы этих элементов.
На современных дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail применяют форсунки двух типов – электромагнитные и пьезоэлектрические. Последние можно сравнить с «Феррари», это будет корректно и в плане скорости работы, и в плане стоимости замены элементов: пьезоэлектрические форсунки вообще не подлежат восстановлению и ремонту.
Электромагнитные форсунки
В корпусе такой форсунки установлен соленоид, клапан-мультипликатор и плунжер, который действует на иглу в корпусе распылителя. Плюс каналы для подвода и отвода топлива.
По каналам высокого давления топливо от топливной рампы подводится к игле в районе её контакта с распылителем и в полость над плунжером. Под давлением плунжер поджимает иглу к посадочному месту, и когда в нужный момент соленоид поднимается и открывает клапан-мультипликатор, происходит соединение полости над плунжером и полости сливного канала. Перепад давления (низкое над плунжером, высокое вокруг иглы) поднимает иглу: топливо впрыскивается в цилиндр.
Затем соленоид принимает прежнее положение, клапан закрывается и давление над плунжером восстанавливается. Распылитель при этом тут же закрывается иглой.
Так происходит каждый цикл впрыскивания ДТ в камеры сгорания.
Пьезоэлектрические форсунки
Принцип действий такой же, как у электромагнитной форсунки, но исполняется алгоритм иначе.
В конструкции пьезоэлектрической форсунки есть гидрокомпенсатор, который служит посредником между пьезоэлементом и клапаном-мультипликатором. При подаче тока на пьезоэлемент тот изменяет свою геометрию всего за 0,1 мс, что позволяет делать один цикл впрыска горючего на несколько стадий, сохраняя сверхточную дозировку количества топлива.
В обычном варианте цикл впрыска делится на три этапа: предварительный впрыск (до 2 мл топлива, которое немного греет и готовит воздух в цилиндре к последующему впрыску и выравнивает давление внутри камеры сгорания), основной впрыск, завершающий (для нормального дожигания остатков топливовоздушной смеси и запуска процесса регенерации сажевого фильтра на дизельных ДВС).
В случае с пьезофорсунками, каждый из трёх этапов нормативного впрыска можно делить ещё, впрыскивая в предельно краткое время топливо несколько раз. Это позволяет добиться плавной работы дизеля — настолько, что по культуре работы он не уступит бензиновому двигателю.
Что и почему ломается в форсунках
Главные враги простых электромагнитных форсунок — сомнительное топливо и вода. Плюс роль естественного износа со временем, конечно же.
Распространённые проблемы таких форсунок — износ посадочного гнезда под шарик клапана мультипликатора. Неплотное закрытие жиклёра приводит к тому, что топливо утекает обратно через сливную магистраль. Если недостаточно давления под плунжером, топливо будет утекать через распылитель.
- В первом случае машина будет глохнуть «на горячую», под нагрузкой.
- Во втором — в цилиндры будет поступать слишком мало либо слишком много топлива, а топливовоздушная смесь получится обеднённой или чрезмерно обогащённой. В результате двигатель будет «троить», или появится белый дым из выхлопной трубы при работе ДВС на холостых оборотах.
Ещё одна типичная неисправность электромагнитных форсунок — когда прижимная пружина иглы теряет жёсткость.
Коррозия может вызвать ситуацию с подклиниванием клапана мультипликатора.
Выход из строя соленоида, который открывает клапан на выпуск, тоже отразится на работе двигателя не в лучшую сторону.
В результате имеем ситуацию, когда неисправность мелкого элемента топливной форсунки расстраивает нормальную работу дизельного двигателя в целом:
- ДВС начинает глохнуть под нагрузкой
- из выхлопной трубы валит белый дым
- двигатель нестабильно работает на холостых оборотах
- мотор «троит»
- плавают обороты
Типичные неисправности пьезоэлектрических форсунок приблизительно такие же, как у более простых конструктивно электромагнитных собратьев. Но в силу сложного управляющего элемента к обозначенным поломкам может добавиться замыкание на «массу» пьезоэлемента. Если это произошло, мотор вообще откажется заводиться.
Другое отличие поломки пьезоэлектрических форсунок — если причина в неисправности пары игла-распылитель, и сливается много топлива, дым из выхлопной трубы будет не белым, а чёрным и обильным.
Если выходит из строя сам пьезоэлемент — дизельный мотор будет «троить» и терять в мощности, то есть перестанет выходить на нормальные обороты.
Как диагностируют и ремонтируют форсунки
В том случае, если в нестабильной работе ДВС владелец подозревает выход из строя топливной аппаратуры, в частности, неисправности форсунок, придётся отправиться на компьютерную диагностику. Когда она покажет ошибки в работе форсунок, их все, комплектом, снимут с мотора и отправят на диагностику на специальном стенде. Стендовая диагностика покажет, не стравливают ли форсунки топливо обратно в сливную магистраль, а если это происходит — под каким давлением.
Следующим этапом будет тестирование работы форсунок на оборудование, которое имитирует работу на двигателе, при участии ТНВД и топливных патрубков. Электронные датчики поочерёдно замерят все параметры работы каждой форсунки, и это даст направление для диагностики причин проблемы. После проверок форсунки отправляют в ультразвуковую ванну и чистят от нагара и других отложений.
После диагностики наступает этап осмотра каждой форсунки на стенде. Мастер аккуратно разбирает все мельчайшие элементы форсунки (можно сделать только на электромагнитных форсунках) и рассматривает их под микроскопом. Преимущества такого скрупулёзного подхода в том, что большинство производителей выпускают все необходимые «запчасти» для ремонта и восстановления форсунки. Установив проблему, например, с неработающим распылителем форсунки, можно заменить его на новый, тем самым вернуть элементу работоспособность бюджетным методом.
- Правда, для форсунок тех производителей, комплектующие которых не найти в продаже, остаётся только две стратегии — заменять дорогостоящий элемент на новый в сборе либо искать бюджетный аналог нужной детали, но другого производителя.
После того, как все нуждающиеся в замене элементы форсунок будут заменены, мастер собирает элемент воедино. Самый ответственный этап — регулировка собираемой форсунки, и это трудная задача: каждая собранная часть измеряется индикатором, если размер не соответствует нужному диапазону — деталь снова разбирается и регулируется шайбой или стопорным кольцом. И так с каждым элементом вплоть до полной сборки форсунки.
Немаловажно также затянуть верхнюю и нижнюю часть форсунки с предельно регламентируемым моментом затяжки с помощью динамометрического ключа.
После сбора отремонтированная форсунка снова отправляется на диагностический стенд, где проверяется во всех режимах работы.
Почему не стоит ремонтировать форсунки самостоятельно
Профессиональный ремонт и восстановление форсунок — недешёвая процедура. И тем она дороже, чем больше времени владелец не обращал внимания на начинающиеся перебои в работе двигателя.
Чтобы сэкономить, многие рассматривают вариант отремонтировать форсунки у знакомых гаражных мастеров или даже пробуют выкрутить и осмотреть элементы самостоятельно.
Но такой ремонт возможен только для простых механических форсунок, никак не для форсунок системы Common Rail — электромагнитных и уж тем более пьезоэлектрических, которые вообще не поддаются восстановлению, только замене в сборе. Для проверки и ремонта электромеханических форсунок нужно специальное оборудование, а затем их заново прописывают в память ЭБУ двигателя.
Единственное, что может сделать владелец, чтобы не навредить двигателю самостоятельным вмешательством — выбрать по каталогу и рекомендациям мастера необходимые для ремонта детали: ремкомплекты, уплотнительные кольца, регулировочные шайбы, пружины, распылители и прочие элементы топливной дизельной аппаратуры.
Как продлить жизнь дизельных топливных форсунок
Важно не только выбирать лучшее топливо из доступных и не допускать попадания в топливную систему влаги (например, с конденсатом со стенок пустого топливного бака зимой), но и вовремя реагировать на возникающие неисправности, обращаясь в сервис: чем больше владелец ждёт, тем серьёзнее и дороже будет ремонт, особенно если дело в форсунках.
Перечислим основные неисправности, когда придётся посетить сервис:
- загоревшийся индикатор «Check Engine»
- трудности с запуском и нестабильная работа «на холодную»
- чёрные клубы дыма из выхлопной трубы
- необычный звук мотора
- двигатель глохнет «на горячую»
- нестабильная работа ДВС, «троение»
- плавающие обороты
Во всех этих случаях можно подозревать некорректную работу форсунок, которые портятся от воды, плохого топлива и фактора времени.
Но проблемы с подачей топлива в цилиндры может вызвать и выход из строя элементов топливного насоса высокого давления (ТНВД) или износ подкачивающего насоса и его шестерён. И в том, и в другом случае в форсунку будет попадать мелкий абразив, металлическая стружка и пыль. Поэтому при обращении с жалобами на перебои в работе топливной системе проверять рекомендуется её всю целиком.
Итого
Дизельная топливная аппаратура Common Rail не прощает к себе халатного отношения владельца. Сомнительное топливо и игнорирование проблем выйдет боком и сильно ударит по бюджету, если речь идёт о неисправностях форсунок или ТНВД.
Не стоит экономить, надеясь на гаражных умельцев. Отдавайте дизельные топливные форсунки на диагностику и ремонт только профессионалам и будьте готовы к ремонту и замене отработавших свой ресурс элементов при пробеге порядка 200 тыс. км — очень редко форсунки служат дольше.
О том, как самостоятельно диагностировать неисправности дизельного двигателя, узнаете здесь.
Топливные дизельные форсунки найдёте в нашем каталоге
Посмотреть запчасти в наличии
Метки: Топливная аппаратура, Дизель, Форсунки, ТНВД, Топливный фильтр, Дизельные ДВС
Для чего нужны форсунки в дизеле?
В составе сложных современного двигателя внутреннего сгорания присутствуют сотни компонентов, частей и исполнительных механизмов. Есть базовые элементы, без работа которых невозможно представить работающий мотор. В нашей статье речь пойдет о форсунках для дизельного мотора.
Что такое форсунка и для чего она служит?
Это неотъемлемый компонент топливной системы, с помощью которого осуществляется дозированная подача дизельного топлива в двигатель. Назначение дизельных форсунок — доставка топлива из питающей магистрали в цилиндры (в камеру сгорания) в определенные моменты цикла. Алгоритмы и характеристики работы форсунок должны обеспечивать следующее:
- открываться/закрывать выпускное сопло в заданный временной интервал;
- четко дозировать порцию «солярки»;
- иметь такое геометрическое строение распылителя, чтобы обеспечивать заданную степень дисперсии и форму облака впрыска.
Зачем же так важно, чтобы форсунки максимально отвечали всем этим параметрам?
Все просто – стремление максимально «идеализировать» работу двигателя. Чтобы оставаться в жестких экологических рамках, приблизиться к максимально возможному физически КПД, а следовательно, и добиться большей экономичности, меньших вибраций, шумности – нужно, чтобы сгорание топлива в камерах было полным и контролируемым. Чего и позволяет добиться форма строения выпускных каналов (сопел/эжекторов), в сочетании с огромным давлением впрыска (до 200 кг/см2 и выше) и большой частотой срабатывая (до 4-5 раз за такт).
Сколько форсунок в дизеле?
В традиционных конструкторских решениях используют по одной форсунке на каждый цилиндр мотора. Хотя, существовали и другие инженерные разработки, которые не прижились в последствии.
Для качественного выполнения своих функций, форсунка, как и любой другой элемент двигателя особо прихотлива к качеству топлива и требует за собой должного ухода и профилактики в случае работы на топливе посредственного качества.
Система впрыска насос-форсунками дизельных двигателей
Из этой статьи можно узнать об истории появления и развития дизельных форсунок, их устройстве и особенностях функционирования, их плюсах и недостатках.
Насос-форсунка дизельных двигателей
Форсунку очень часто называют инжектором, предназначение которого состоит в подаче и дозировке горючего в камеры сгорания. Для систем подачи топлива автомобилей новых моделей использование форсунок является основой в их конструкции.
В наше время дизельные двигатели становятся все мощнее, экономичнее и их выбросы все более чистые. Чтобы держать эти показатели в норме, нужно чтобы в цилиндрах автомобиля образовывалась хорошая горючая смесь. Именно поэтому системы впрыска топлива должны иметь высокую эффективность.
Топливо должно быть точно дозировано, распылено до мельчайшей фракции и подано в рабочие цилиндры в определенное время. Насос-форсунка дизельных двигателей в состоянии удовлетворить такие большие требования. Даже Р. Дизелю в свое время хотелось в одном механизме соединить и насос для топлива, и форсунку.
Благодаря такому воссоединению можно было бы отказаться от использования топливопровода высокого давления. После этого давление впрыска значительно бы повысилось.
История развития
Применение технологии прямого впрыска впервые началось с авиационной индустрии в 3-ем десятилетии прошлого века. Где-то через 20 лет эти системы начали применяться в моторах спортивных машин. В 1954-м немецкий концерн Mercedes-Benz запустил серийный выпуск автомобилей, с механизированной системой прямого впрыска горючего. Создана она была другим немецким производителем электроники Bosch.
Приблизительно в то же время изобретатели из Америки опробовали систему прямой подачи топлива на некоторых автомобилях Pontiac, а также Chevrolet. Разработкой занималась Rochester в 1957 году. Попытка принесла не совсем удовлетворительные результаты. Система оказалась нестабильной и очень непростой. Через десяток лет получилось создать систему, управляемую электроникой.
На форсунки горючее подавалось с помощью электронасоса. Этот насос создавал стабильное давление спустя одинаковые временные интервалы. Год 1973-й был отмечен созданием системы прямой подачи горючего, в конструкцию которой входили электронасос и регулятор-распределитель. Тогда же получилось создать систему впрыска, контролируемой «умной» электроникой.
В начале второй половины XIX века угроза экологической катастрофы нарастала. В эти времена двигатели были большими и мощными. Об экономии задумывались мало. Для достижения большей резвости мотора очень часто аппаратура настраивалась на очень обогащенные смеси.
Это приводило к увеличению расхода топлива и выбросу в атмосферу очень вредных отработанных газов. Со временем, все чаще и все больше ученых и разработчиков начали обращать внимание на вопросы экологии и экономии. Одним из решений данных задач стало изобретение инжектора и целой системы подачи горючего в камеры сгорания.
Уже спустя десятилетие инжектор начал активно устанавливаться в системах подачи горючего. В эти годы начинался этап топливного дефицита. В 80-е продолжалось активное внедрение и эксплуатация инжекторов в связи с заострением экологической ситуации. К вопросу сохранности матушки природы подключались волонтеры и государственные программы.
Устройство форсунки и принцип действия
Принцип работы форсунки в дизелях состоит в топливоподаче и распылении его посредством высокого давления. Составляющие дизельной форсунки: управляющий клапан, запорный поршень, обратный клапан, плунжер, игла-распылитель. Топливное давление в форсунках дизельного двигателя создается благодаря плунжеру. Клапаны форсунок бывают:
- пьезоэлектрические;
- электромагнитные.
Главным компонентом клапана является игла. Пьезоэлектрический отличается от электромагнитного улучшенным быстродействием.
В строении инжектора пружина способствует четкому размещению иглы в седле. Запорный поршень, а также возвратный клапан способствуют регулировке давления горючего. В распылителе ответственность за впрыск горючего в рабочие камеры лежит на игле. Контроль функционирования форсунок происходит благодаря управляющей системе автомобиля.
Насос-форсунка — это управляемый насос, производящий впрыск распыление топлива. Система подачи топлива вместе с насос-форсунками создают высокое давление и производят впрыск необходимого количества горючего в нужный момент. При каждом цилиндре работает по одной такой форсунке, поэтому отпадает потребность в топливопроводах большого давления.
Насос-форсунки размещаются в головке блока двигателя. Кулачки распределительного вала приводят в действие плунжер форсунки с помощью коромысел. Форма кулачка выполнена таким образом, что достигается резкое опускание плунжера и его медленный подъем. Впрыск топлива возможен из-за подачи управляющего тока электронного блока управления.
Устройство форсунок дизельных двигателей в основном похожее для разных типов и видов форсунок. Незначительные отличия в конструкции лишь определяют их подвид, класс или специфическое использование.
На картинке ниже представлена схема устройства форсунки.
Горючая смесь
Хорошая смесь — залог полного и эффективного выгорания топлива. Если же будут отклонения в количестве топлива, давления и времени подачи, то в выхлопных газах увеличится содержание вредных элементов, шумность двигателя и перерасход топлива. Перед впрыском топлива производится предварительная подача небольшого количества горючего под невысоким давлением.
При этом предупреждающем сгорании в цилиндре поднимается температура и давление. Высокий уровень давления способствует мелкому распылению топлива и появлению хорошей горючей смеси. В работе форсунки дизельного двигателя может также быть дополнительный впрыск топлива для регенерации сажевого фильтра.
Для форсунок дизельных двигателей одним из весомых показателей в процессе работы двигателя есть время сдерживания самовоспламенения смеси.
Это время от впрыска до момента воспламенения. Если в этот временной отрезок идет подача большой дозы топлива, происходит резкое повышение давления и увеличивается шумность горения.
Наличие задержки между впрысками влияет на плавность повышения давления в цилиндрах. При окончании впрыска необходимо резкое падение давления и возвращение иглы распылителя обратно. Таким образом, в камеру не попадает топливо, плохо распыленное и с невысоким давлением. При этом наблюдается неполное сгорание смеси, и токсичность выхлопных газов повышается.
Виды форсунок
Электрогидравлическая дизельная форсунка имеет камеру управления, два дросселя (впускной и сливной) и электромагнитный клапан. Основой работы такой форсунки есть стабильное давление топлива при подаче и при завершении подачи горючего. В начале цикла работы электрический ток не подается на клапан, и он закрыт. Игла впрыска плотно прижата к седлу, поэтому впрыска не происходит.
При подаче электричества клапан срабатывает, подавая топливо. Дроссель для слива открывается, и топливо из камеры управления направляется в сливной трубопровод через сам дроссель. Дроссель впуска производит контроль над уравнением давления в камере и сливной магистрали. Давление форсунок понижается, и игла поднимается, производя впрыск топлива.
Пьезоэлектрическая форсунка
Сегодня такой тип форсунок считается наиболее эффективным механизмом впрыска топлива. В ее конструкцию входят: толкатель, клапан, пьезоэлемент и игла. В основе работы устройства лежит гидравлическое давление. Вначале высокое давление прижимает иглу плотно к седлу. При подаче электричества, пьезоэлемент растягивается, воздействуя на поршень.
Происходит открытие клапана, который направляет горючее на слив. Давление, которое действует на иглу, снижается и разница давлений на двух противоположных концах иглы поднимает ее, открывая отверстие и впрыскивая горючее.
Достоинства дизельных форсунок:
- Подача точной дозы горючего способствует экономии топлива;
- Количество вредных выхлопов в воздух значительно ниже за счет лучшего сгорания;
- Повышается мощность двигателя;
- Нечувствительность к плохой погоде при запуске мотора.
Недостатки дизельных форсунок:
- Достаточно сложная и хрупкая конструкция самих форсунок;
- Использование только качественного топлива;
- Недешевый ремонт.
Как проверить форсунки дизельного двигателя
В сегодняшнее время проверка форсунок дизельного двигателя — это не только желательный процесс, но и необходимый, учитывая, что качество отечественного топлива на заправках может быть невысокого качества. Симптомы, которые указывают на то, что форсунки забиты следующие:
- Увеличение расхода горючего;
- Мощность автомобиля снизилась;
- Трудности при запуске мотора.
Проверку форсунок можно проделать самому, но лучше довериться профессионалам, у которых есть соответствующее оборудование.
Топливные дизельные форсунки. Как увеличить их ресурс
Категория: Полезная информация.
Форсунки — важный и дорогостоящий элемент дизельной топливной аппаратуры. От их правильной работы зависит стабильная работа мотора. Когда топливные форсунки выходят из строя, это обходится владельцу в крупную сумму на ремонт и восстановление (чаще — замену) деталей.
Почему форсунки выходят из строя
Форсунки — механические распылители топлива, которые устанавливаются по штуке на цилиндр двигателя и подают топливную смесь в камеру сгорания перед основным впрыском.
В современных двигателях применяются форсунки разных типов:
- электромагнитные
- электрогидравлические
- пьезоэлектрические
Также встречается вариант, когда топливную смесь, которая подается в камеру сгорания, готовит насос-форсунка — механизм впрыска системы Common Rail, в котором в одном узле объединены и форсунка, и насос.
Большинство неисправностей топливных дизельных форсунок связаны с тем, что со временем сопла форсунок, через которые распыляется топливо в камеру, забиваются мусором — осадком из плохого топлива, металлической пылью и стружкой и др. В результате пропускная способность элемента падает, форсунка хуже распыляет топливо по цилиндру.
Другая причина, по которой форсунки выходят из строя, связана с некорректной работой управляющие электроники. В результате на форсунку перестает поступать питающее напряжение, и она, даже будучи внешне исправной, перестает работать.
Признаки неисправности форсунок
Существует ряд нарушений в работе двигателя, которые скажут владельцу, что проблема, вероятно, кроется в форсунках, их пора диагностировать и, вероятно, менять:
- мотор плохо запускается даже в теплую погоду, требует поддержки стартером;
- на низких оборотах двигатель работает неустойчиво, «троит», может заглохнуть;
- автомобиль заметно потерял в мощности, разгоняется неохотно;
- при резком нажатии на педаль газа ощущается провал в мощности, как будто машина еще и буксирует другой автомобиль;
- двигатель «коптит», из выхлопной трубы валит черный дым;
- без причины вырос расход топлива — в среднем на 1-3 литра;
- в холодное время года симптомы усиливаются.
Эти признаки, тем более их совокупность — повод как можно быстрее провести диагностику топливной системы дизеля.
- В легких случаях проблема может решаться заменой распылителя форсунки.
- В других ситуациях необходимо будет приобретать новые форсунки, причем менять их рекомендуется комплектом.
В любом случае, на качестве и бренде (производителе) форсунок не стоит экономить — работа двигателя с неисправными форсунками приведет к разрушению дорогостоящих узлов топливной системы дизеля и сократит ресурс самого мотора.
- Как и любая деталь в автомобиле, топливные форсунки имеют свой ресурс. В среднем, в зависимости от вида и производителя, а также от условий эксплуатации, форсунка живет 170 тыс. км.
- Форсунки нуждаются в качественном уходе: очистке и промывке.
Как еще можно продлить жизнь дорогостоящим элементам топливной системы? Давайте посмотрим.
Как увеличить ресурс форсунок
выбирать лучшее топливо из доступных
Современные форсунки, особенно с нежной конструкцией (пьезоэлектрические, например) — не выносят плохого топлива. Одна заправка «соляркой из-под трактора» может стать приговором для форсунок современного дизеля.
Так или иначе при выработке определенного количества моточасов топливная система дизеля изнашивается, загрязняется твердыми частицами топлива, и эта проблема типична для всех машин с не европейской «пропиской». Так стоит ли усугублять проблему?
Выбирайте только проверенные заправки и топливо, в качестве которого вы не сомневаетесь.
не допускать езды с пустым баком
Когда в автомобиле почти нет топлива, весь мусор со дна бензобака захватывается насосом вместе с остатками дизтоплива и попадает в магистраль, забивая элементы топливной системы, включая форсунки.
Другая проблема пустого топливного бака — вместе с остатками ДТ насос может «хлебнуть» воды, которая в виде конденсата оседает на стенках бака зимой (чем меньше топлива, тем больше конденсата), или воздуха, что приведет к завоздушиванию топливной системы.
В результате детали не получат смазки и от трения образуют металлическую пыль и стружку, которая пройдет по всей системе подачи топлива и забьет форсунки, и повредит элементы топливного насоса высокого давления (ТНВД).
своевременно менять фильтры
Топливный фильтр владельцам дизельных автомобилей рекомендуется менять ежегодно перед холодами, чтобы избежать проблем с запуском двигателя зимой. Соблюдение регламента замены масла (срок, сокращенный в полтора-два раза от рекомендованного производителем) и воздушного фильтра тоже косвенно, но определяет вероятность засорения форсунок.
Даже мелкие частицы грязи и пыли, забивая сопла распылителя и оставляя на нем микроцарапины, снижают ресурс форсунки.
установить дополнительный фильтр-сепаратор
Не предусмотренный производителем фильтр тонкой очистки топлива задержит микрочастицы, которые могут просочиться через штатный топливный фильтр. Тем самым предотвратит преждевременное повреждение распылителя форсунки.
Устанавливают его в топливную магистраль таким образом, чтобы топливо из бака проходило через штатный фильтр, а затем и через добавленный сепаратор.
чистить форсунки, менять распылители
Обе обозначенные меры относятся к профилактическим, поскольку от серьезных проблем с форсунками не избавит ни чистка, ни замена распылителя — деталь придется менять целиком.
Чистка форсунок на стенде — процедура, которую предлагают некоторые автосервисы в городе. Желательный интервал такой процедуры — 100 тыс. км пробега, а стоимость не настолько высокая, чтобы пренебрегать подобной мерой профилактики.
На отдельных моделях форсунок возможно провести замену распылителей, что продлит срок жизни детали. Замена распылителя поможет в том случае, если форсунка еще не выработала свой ресурс, просто со временем стала хуже распылять топливо. При значительном износе деталь придется менять целиком. Причем попытки восстановления отработавшей своей форсунки обойдутся дороже, чем замена ее на новую — учтите этот факт.
установить подогреватель на топливный фильтр
В некоторых автомобилях по умолчанию на топливный фильтр установлен бандаж подогревания. Он помогает прогреть топливо зимой, чтобы хлопья парафина, которые образуются в замерзающем ДТ, не повредили распылитель форсунки. Если в вашем авто нет такого бандажа, можно установить его в автосервисе или самостоятельно.
Альтернативный вариант — перед запуском двигателя в холода прогревать топливный бак и фильтр с помощью предпускового подогревателя или строительного (бытовой тоже подойдет) фена. Так вы минимизируете повреждение форсунок из-за частиц парафина в топливной системе.
Чего делать не стоит
В литературе можно встретить рекомендацию использовать для продления ресурса форсунок специальные «очищающие топливную систему» присадки для топлива. Такую «промывку» нужно заливать каждые 5 тыс. км проблега.
Но специалисты, которые плотно работают с топливными системами, не рекомендуют использование присадок в современных дизельных двигателях в принципе.
Чрезмерно агрессивная химия способна быстро вывести дорогостоящие и сложно устроенные элементы топливной системы из строя. А попытавшись применять подобные «очистители» на старом автомобиле или при большом пробеге, владелец рискует вообще вывести топливную систему из строя: химия может снять настолько крупные отложения в магистралях, что они просто намертво забьют систему.
Итого
Чтобы продлить ресурс топливных дизельных форсунок, выбирайте качественное топливо, не допускайте езды «на лампочке» и регулярно обслуживайте автомобиль. Также можно установить дополнительный фильтр тонкой очистки в топливную систему и подогреватель на топливный фильтр. Не стоит применять «очищающие» присадки, лучше раз в 100 тыс. км почистить форсунки на стенде и заменить распылитель, если пропускная способность снизилась.
В случае выхода из строя форсунки менять ее следует строго по коду ОЕМ на оригинальную деталь от производителя.
Выбирайте продавца тщательно и помните, что покупка и замена новой форсунки обойдется по стоимости так же, как восстановление старой — а ресурс будет в разы больше.
О том, как решить проблемы с запуском дизеля «на холодную», узнаете здесь.
Топливные дизельные форсунки найдете в нашем каталоге
ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ
Метки: Топливная аппаратура, Неисправности топливной системы, Топливо, Форсунки, ТНВД, Топливный фильтр, Присадки
Как устроены дизельные форсунки?
Как известно, для работы двигателя внутреннего сгорания нужен кислород и топливо в определенной пропорции. Сам процесс подачи горючего отличается у бензиновых и дизельных автомобилей. В последнем случае роль впрыска выполняют форсунки. Дизельные двигатели оснащаются разными типами данных элементов. В сегодняшней статье мы рассмотрим, что собой являют данные форсунки, каких типов бывают и поддаются ли они ремонту.
Характеристика
Итак, начнем с определения. Форсунки дизельных двигателей – это элемент системы питания, что обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания цилиндра. Механизм производит факельный распыл смеси в надпоршневом объеме.
Также форсунки дизельные производят дозирование топлива. В процессе работы элемент может открываться и закрываться до тысячи раз в минуту.Типы
Различают несколько видов данных механизмов:
- Электрогидравлические.
- Пьезоэлектрические.
Как работают и устроены данные элементы в дизельном двигателе? Ниже мы рассмотрим особенности каждого из них.
Электрогидравлические
Эти форсунки дизельных двигателей устанавливаются на автомобили с впрыском типа «Коммон Рейл». Устройство данного механизма предполагает наличие таких элементов:
- Камера управления.
- Сливной и впускной дроссель.
- Электромагнитный клапан.
Как работают электрогидравлические дизельные форсунки? Их алгоритм действия основан на использовании давления топлива при впрыске и его прекращении. Так, в исходном состоянии клапан форсунки закрыт и обесточен. А игла механизма плотно прижата к седлу под давлением топлива. В таком положении впрыск горючего не осуществляется в цилиндры.
Управляется форсунка от электроники. Специальный блок управления формирует сигнал, который поступает на электромагнитный клапан. В это время открывается сливной дроссель форсунки дизельной. Топливо вытекает через него и попадает на сливную магистраль. Впускной дроссель преграждает быстрое выравнивание давлений во впускной магистрали и камере управления. Далее игла поднимается относительно седла и горючее попадает в камеру. Затем от силы давления оно воспламеняется, и происходит рабочий ход. Сама форсунка возвращается в исходное положение. Далее цикл работы механизма повторяется.Пьезоэлектрические
Данные форсунки имеют более усовершенствованную конструкцию. Основной плюс пьезоэлектрических форсунок заключается в их быстроте реагирования. Электромагнитный клапан механизма срабатывает в четыре раза быстрее, нежели у гидравлических аналогов. Это дает возможность производить многократный впрыск горючего за один цикл. Пьезофорсунка устанавливается на системы «Коммон Рейл» нового поколения.
Управление данным механизмом основано на изменении длины пьезокристалла под определенным напряжением. В конструкцию пьезоэлектрических форсунок входит:- Толкатель.
- Игла.
- Переключающий клапан.
- Пьезоэлемент.
Все это размещено в небольшом корпусе. Принцип работы элемента основан на использовании гидравлики. Как и в предыдущем случае, иголка посажена на седло за счет давления топлива. Но как только в механизм поступает сигнал, увеличивается длина пьезоэлемента. Так происходит открытие переключающего клапана. Дизтопливо проникает в сливную магистраль.
Иголка благодаря высокому давлению, что образовалась в нижней части, поднимается. Таким образом осуществляется впрыск топлива. Такты сжатия, рабочего хода и выпуска аналогичны. А вот количество дизеля, что впрыскивается, определяется давлением горючего в топливной рампе и длительностью воздействия на пьезоэлектрический элемент.Ремонт
Основные элементы, выходящие из строя, — это:
- Мультипликатор. Является основным элементом «бошевской» форсунки. Состоит из штока и седла. Последний элемент изнашивается и разбивается. Также вырабатывается и шток. И если седло реставрируется, то производить ремонт дизельных форсунок с разбитым штоком не представляется возможным. Эта деталь восстановлению не подлежит. В таком случае мультипликатор подлежит замене.
- Распылитель. Производитель «Бош» дает гарантию на его безотказную работу в течение ста тысяч километров. Но в наших условиях распылитель выхаживает намного меньше. Он начинает заклинивать либо переливать топливо в цилиндр. Как решается данный вопрос? В большинстве случаев помогает чистка дизельных форсунок ультразвуком (поскольку они загрязняются на нашем топливе). Но если эта операция не помогла, распылитель меняется на новый.
Ремонт дизельных форсунок может и не потребоваться вашему автомобилю. Достаточно осуществить правильную регулировку. Но предварительно осуществляется проверка дизельных форсунок на специализированном оборудовании. Суть регулировки проста.
Она заключается в выставлении хода электромагнитного клапана и шарика. Зазор корректируется при помощи регулировочных шайб. В зависимости от типа форсунки, ход шарикового элемента может составлять от 0,025 до 0,07 миллиметра. После этого выставляется ход клапана. Стоит отметить, что данные операции выполняются на специализированных станциях технического обслуживания. В домашних условиях произвести такую операцию невозможно.Заключение
Форсунка – важный элемент любого дизельного автомобиля. От его исправности зависит работа всего двигателя. Поэтому важно вовремя осуществлять диагностику и при необходимости ремонт дизельных форсунок. Однако устройство данного механизма не позволяет производить подобные работы самостоятельно.