Как работает и устроена дизельная форсунка

Что такое форсунки в автомобиле

В широком смысле форсунка – это нагнетательный насос, который используется для распыления различных жидкостей (а иногда и порошков) под высоким давлением. В автомобильных двигателях эти устройства выполняют ту же самую функцию. Основная область их применения – распыление топливной смеси в инжекторных бензиновых и дизельных двигателях внутреннего сгорания.

Первая механическая форсунка была сконструирована в 1864 году российским ученым Александром Шпаковым, а затем усовершенствована другим отечественным инженером, Владимиром Шуховым. В двигателях внутреннего сгорания устройство впервые применил Рудольф Дизель. С появлением инжекторных моторов оно стало нужно и на бензиновых силовых агрегатах.

Причины замены форсунок в фольксвагене

Форсунками, или инжекторами, называют механические распылители, которые необходимы для обеспечения бесперебойной работы силового агрегата. С их помощью топливо поступает в двигатель строго определенными дозами. Распылителями оснащают инжекторные автомобили, размещая их на топливной рампе. Они влияют на правильность работы системы питания ТС и силового агрегата. Эксплуатация авто приводит к загрязнению инжекторов, в связи с чем через каждые 30–40 тыс. км пробега им требуется чистка, а через каждые 100 тыс. км – замена.

Элемент подвергается повышенной нагрузке. Его работа заключается в подаче под высоким давлением топлива в камеру сгорания, что приводит к постепенному выходу распылителей из строя. Их ресурс зависит от качества горючего, периодичности чистки топливной системы, исправности прочих элементов системы, манеры вождения.

Проверка, восстановление, калибровка, замена насос-форсунок в фольксвагене должна выполняться квалифицированным сотрудником сервисного центра. Однако установить, какой элемент работает неправильно, вызывая посторонние шумы и дымность выхлопных газов, под силу практически любому.

О неисправности форсунок фольксвагена и необходимости их замены свидетельствуют:

• сложности с запуском ДВС;
• перебои в его работе;
• авто глохнет на холостых оборотах;
• слишком частое или редкое вращение коленчатого вала при холостых оборотах;
• двигатель не работает на полную мощность, он недостаточно приемист;
• во время движения отмечаются рывки и провалы в работе ДВС;
• увеличенный расход горючего;
• высокий процент СО и СН в отработанных газах;
• калильное зажигание, возникающее из-за негерметичности форсунок.

Автовладельцы могут столкнуться не со всеми перечисленными признаками, но заметив несколько из них, стоит обратиться в сервис.

Ремонт насос-форсункам требуется при появлении первичных признаков износа. Состояние распылителей зависит от качества используемого топлива и появления коррозии.

Замена форсунок фольксвагена требуется в следующих случаях:

• топливо неравномерно распыляется и впрыскивается;
• на топливных отверстиях появился нагар;
• между корпусом форсунки, проставкой и корпусом распылителя нарушена герметичность;
• подача топливо нарушена из-за закоксованности;
• снизилось давление открывания распылителя.

Принцип работы форсунки

Работу автомобильной форсунки для большей наглядности можно разделить на несколько этапов:

• топливо под давлением поступает на входной коллектор устройства;
• ЭБУ в зависимости от степени нажатия на акселератор посылает на катушку электроток того или иного напряжения;
• сердечник катушки перемещается, в результате чего игольчатый клапан переходит в открытое положение;
• топливо начинает поступать в сопло, располагающееся на конце иглы, после чего оказывается в цилиндре и формирует смесь с нагнетенным туда воздухом.

Если речь идет о механической форсунке, то принцип ее работы будет несколько отличаться:

• под действием топливного насоса на 3-м такте двигателя горючее начинает поступать во входной коллектор форсунки;
• под воздействием интенсивного давления, обеспеченного насосом, клапан устройства открывается и топливо попадает в цилиндр.

Подобным образом форсунки работают на дизельных двигателях.

Где в автомобиле находятся форсунки?

Типы форсунок

В современных транспортных средствах чаще всего используется три типа деталей:

• электромагнитная;
• электрогидравлическая;
• пьезоэлектрическая.

Поговорим про каждый из них более детально.

Электромагнитная

Клапаном, отвечающим за подачу горючего на сопло детали, в данном случае управляет индукционная катушка с подвижным сердечником. А ей, в свою очередь, управляют программные алгоритмы, внесенные в электронный блок управления. Они работают в зависимости от степени нажатия на акселератор.

На сегодняшний день электромагнитные форсунки являются одними из самых распространенных. Именно этот вид устройств устанавливают в подавляющее большинство бензиновых инжекторных моторов, которыми оборудуют легковые автомобили.

Подробнее устройство электромагнитного варианта устройства и принципа его работы описано выше.

Электрогидравлическая

Представляет собой гибрид электромагнитного и механического типа устройств. Используется в современных дизелях, оснащенных ЭБУ.

В основе работы этого типа устройства – разнице давления горючего. Когда клапан находится в закрытом состоянии, давление больше в области поршня, расположенного в камере управления, и менее интенсивно на игле. Когда необходимо произвести впрыск, с блока управления поступает соответствующий сигнал и электромагнитный клапан приоткрывается. При этом он распределяет топливо таким образом, что на поршень оно оказывает меньшее давление, чем на иглу. Благодаря подобному перераспределению он находиться в открытом состоянии. В результате этого игла приподнимается и бензин или ДТ может свободно поступать в цилиндр. Именно в этот момент и происходит собственно впрыск.

Пьезоэлектрическая

Представляет собой усовершенствованный вариант электрогидравлической форсунки. Имеет по сравнению с ней лучшие характеристики, так как очень быстро срабатывает. Благодаря этому за один такт можно произвести несколько впрысков топлива подряд (обычно 3 – 4). Это особенно важно для дизельных двигателей (что и обусловило область применения этой разновидности детали).

Конструкция пьезоэлектрической форсунки в точности повторяет таковую у электрогидравлической. Главное отличие состоит в том, что в данном случае вместо клапана-электромагнита на устройство устанавливают пьезоэлектрический элемент, который увеличивается в размерах при поступлении на него электрического тока.

Когда клапана находится в закрытом состоянии, на поршень камеры управления топливо оказывает интенсивное давление, а на иглу – низкое. При подаче тока на пьезоэлемент с ЭБУ он увеличивается, толкает поршень и тем самым открывает клапан. Давление перераспределяется – наиболее интенсивное оказывается на иглу. Топливо свободно сквозь нее проходит, в результате чего происходит впрыск.

Таким образом, количество поступающего в цилиндр топлива при использовании этой конструкции определяется длительностью воздействия электрического тока на пьезоэлемент, а также давлением топлива.

Следует отметить, что бывают и другие разновидности форсунок (например, механическая). Однако они постепенно выходят из употребления.

Принцип работы форсунки Common Rail

Форсунки Common Rail связаны с топливным аккумулятором высокого давления магистралями из толстостенных трубок, способных выдерживать давление до 2 500 бар. Форсунки системы Common Rail по аналогии с форсунками на дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива устанавливаются с зажимными скобами в головке цилиндра. Тем самым допускается возможность установки форсунок указанной системы на дизельные двигатели с непосредственным впрыском топлива без кардинальной модернизации головки блока цилиндров.

Необходимые время начала впрыска и величина подачи топлива (продолжительность впрыска) обеспечиваются открытием электромагнитного клапана каждой форсунки посредством команды от электронного блока управления ДВС, получающего сигналы о положении коленчатого вала и частоты его вращения через соответствующие датчики. Форсунка состоит из следующих основных функциональных блоков:

• распылительный узел
• система гидропривода
• клапанный узел

Принцип действия форсунки

1 – обратная топливная магистраль; 2 – катушка электромагнита; 3 – якорь электромагнита; 4 – шарик клапана; 5 – камера управляющего давления; 6 – конус иглы распылителя; 7 – сопловые отверстия распылителя; 8 – дроссельное отверстие отвода топлива; 9 – магистраль высокого давления; 10 – дроссельное отверстие подачи топлива; 11 – мультипликатор;

Форсунка в «состоянии покоя» (Рис А). Топливо подается по магистрали 9 высокого давления (см. рис. А) через подводящий канал к распылителю форсунки, а также через дроссельное отверстие 10 подачи топлива — в камеру 5 управляющего клапана. Через дроссельное отверстие 8 отвода топлива, которое может открываться электромагнитным клапаном, камера соединяется с обратной топливной магистралью 1. При закрытом дроссельном отверстии 8 гидравлическая сила, действующая сверху на мультипликатор 11 управляющего клапана и усилие пружины (ориентировочно, в зависимости от моделей ~30Н), превышает силу давления топлива снизу на конус 6 иглы распылителя. Вследствие этого игла прижимается к седлу распылителя и плотно закрывает сопловые отверстия 7 распылителя. В результате топливо в камеру сгорания не попадает.

Форсунка открыта, процесс впрыска (Рис В). При срабатывании электромагнитного клапана якорь электромагнита сдвигается вверх (на рис. 8), открывая дроссельное отверстие. Соответственно снижаются как давление в камере управляющего клапана, так и гидравлическая сила, действующая на мультипликатор. Под действием давления топлива на конус 6 игла распылителя отходит от седла и топливо через сопловые отверстия 7 впрыскивается в камеру сгорания цилиндра. Применение такого непрямого управления иглой вызвано тем, что непосредственного усилия электромагнитного клапана для быстрого подъема распылителя недостаточно. Также дополнительно для увеличения моментов (уменьшения времени срабатывания) применяются промежуточные вставки между мультипликатором и иглой распылителя — упругие стержни, способные сжиматься-распрямляться. А для исключения явления «отскока» шарика клапана в форсунках применяются демпфирующие устройства.

Форсунка закрывается/ закрыта (Рис. С). После закрытия клапана давление над мультипликатором повышается, вследствие чего он перемещается вниз и через упругий стержень воздействует на иглу распылителя. Благодаря упругому стержню (за счет его распрямления) скорость перемещения иглы увеличивается, а время опускания уменьшается. Игла полностью опускается и перекрывает доступ к сопловым отверстиям распылителя.

Более подробно и наглядно принцип работы форсунки Common Rail описан в анимационном ролике «Как работает форсунка Common Rail», размещенном на сайте нашей .

Классификация видов форсунок

Топливные форсунки имеют большое разнообразие в конструктивных исполнениях. Каждое из них имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее популярными инженерными решениями систем впрыска топлива стали:

• Механические. Относятся к наиболее старому типу форсунок. Отличаются низкой надежностью. Распыление топлива происходит при достижении давления в топливной магистрали. Время распыления определяется не электронным блоком управления, а пружиной. В наиболее продвинутом варианте используется две пружины. Это позволяет сделать подачу топлива ступенчато. Можно рекомендовать установку такого типа форсунок на автомобили с отсутствующей или проблемной электроникой;
• Электромагнитные форсунки. В системе присутствует контроллер, повышающий ее функциональные возможности. Управляющий сигнал подается на электромагнит. Закрытие сопла происходит под действием пружины, что является слабым местом данного типа форсунок. Электронный блок управления полностью контролирует дозировку топлива, обеспечивая преимущество рассматриваемой системы над предыдущей;
• Пьезоэлектрические. Данный тип форсунки работает с самым высоким быстродействием. Это обеспечивает возможность неоднократно подавать топливо в камеру сгорания за один такт. Данный тип форсунок рекомендуется устанавливать на турбированные двигатели. Также установка пьезоэлектрического впрыска оправдана для систем с высоким давлением в топливоводе;
• Элетрогидравлические. Считаются наиболее перспективным видом форсунок. Работа основана на разнице давлений над и под иглой. Контроль над всем процессом возложен на ЭБУ. Такие форсунки отличаются надежностью и простотой конструкции;
• Насос-форсунки. В основе лежат другие виды форсунок, управляемые контроллером. Форсунки имеют сложную конструкцию, поэтому часто ломаются. Тестирование показало, что их установка улучшает КПД, уменьшает расход топлива и делает выхлоп более экологически чистым.

Выбрать, какие форсунки лучшие в зависимости от их конструктивных особенностей, сложно. Каждый вид форсунок используется под конкретную топливную систему и двигатель. При приобретении новых форсунок, менять конструктивное исполнение возможно только при комплексной модернизации авто. В противном случае машина может перестать заводится. Неправильная смена форсунок может привести к ухудшению характеристик железного коня, поэтому при недостаточном понимании работы топливной системы лучше выбрать аналог оригинальных форсунок.