Форсунки двигателя виды и принцип работы

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.

Подготовка топливных форсунок к замене

Процесс разборки инжектора начинается с подготовки приспособлений. Специфика разборки может отличаться для разных моделей авто и типов впускных комплексов.

Проверенные бренды

Чтобы распылитель прослужил максимально долго, важно выбирать оригинальную продукцию. И это касается как электрических, так и механических моделей. Из качественных аналогов можно купить устройства от компаний Siemens, Bosch, Delphi, OMVI, Hana.

Как снять форсунку

Перед демонтажом детали следует спустить давление в системе. На многих моделях авто предусмотрен специальный механизм на топливной рейке. Это особый клапан, который срабатывает после нажатия и способствует вытеканию топлива.

Затем стоит достать рампу, где удерживаются распылители. Разборка производится посредством отключения разъемов с проводами. Извлечь элементы можно поворотом или раскачиванием механизма.

Замена на новую

Разобравшись, как снять форсунку, остается установить на ее место новую деталь. Для безошибочного выполнения действия нужно иметь базовые навыки в решении таких задач. Алгоритм действий может отличаться для каждой модели транспортного средства.

Если производится плановая чистка, нужно снять уплотнительные кольца со всех распылителей и выбросить их.

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.

Напряжение на форсунках

Остановимся подробнее на вопросе, какое напряжение подается на форсунки двигателя. В первую очередь необходимо понимать, что они управляются с помощью электрических импульсов. Причем “+” от аккумулятора подается сразу на форсунку через предохранитель, а вот “-” контролирует ЭБУ. То есть, в разный момент времени напряжение на форсунке постоянно. Однако если произвести замер с помощью осциллографа (мультиметр в данном случае может ничего не показать, поскольку импульсы очень кратковременны), то этот прибор покажет усредненное значение. Оно будет зависеть от того, с какой частотой поступают импульсы на форсунку.

Отличие скоростных форсунок от обычных

Выбирая газовую форсунку ГБО, следует, обратить внимание на скорость функционирования этих устройств. Т.к. инжекторы различаются скоростью закрытия и открытия штока. Также, отличаются сопротивлением катушки электрического клапана, типами штоков, внешним видом и разъемом. Именно, от двигателя и его объема будет зависеть, какая именно форсунка необходима для машины: скоростная или обычная.

Стоит отметить, что характеристики мощности ГБО, а также экономия пропана или метана будет зависеть от скорости срабатывания форсунок ГБО и от того, насколько точным будет впрыск газа в систему двигателя. К примеру, на машину, которая имеет мощный двигатель, следует устанавливать скоростные инжекторы (например, АЕВ или Hana). А если объем двигателя составляет 1,5 л, то устанавливают форсунки обычные (например, RAIL).

У скоростных форсунок сопротивление катушки составляет 1,9 Ом, а скорость срабатывания инжектора – 2мс, давление максимальное – 4,5 bar.

При этом, у обычных инжекторов сопротивление катушки составляет – 3 Ом, производительность – 15-35 л.с./цил., давление максимальное – 3,0 bar, давление рабочее – от 0,5 bar до 2,0 bar.

Расположение

Многие не знают про форсунки в автомобиле. Где находятся эти элементы? Их расположение зависит от типа впрыска:

  • При центральном впрыске топлива одна или пара форсунок находятся внутри впускного трубопровода, возле дроссельной заслонки. Так, форсунка является заменой уже устаревшего устройства – карбюратора.
  • При распределенном впрыске топлива для каждого цилиндра устанавливаются свои форсунки в автомобиле. Где находятся они в этом случае? У основания трубопровода для впуска, в который и осуществляется впрыск топлива форсункой.
  • При непосредственном впрыске топлива они располагаются в верхней области стенок цилиндра. Они впрыскивают топливо в саму камеру сгорания.

Устройство форсунки

 резиновая прокладка; фильтр; коннектор; индукционПо сути, современная форсунка представляет собой клапан на базе электромагнита с программным управлением. Она включает в себя следующие конструктивные элементы:

  • резиновая прокладка;
  • фильтр;
  • коннектор;
  • индукционная катушка с подвижным сердечником, управляемый ЭБУ;
  • возвратная пружина сердечника;
  • входной коллектор;
  • распылительная игла;
  • сопло.

Находятся форсунки на головке цилиндроблока. Сколько их там, зависит от общего количества цилиндров, так как для каждого требуется по одной. В подавляющем большинстве легковых автомобилей их 4.

Что касается схемы расположения, то в большинстве «легковушек» форсунки выстроены в один ряд и закреплены на полой металлической трубке, по которой в них и поступает топливо.

До того, как форсунки начали использовать на инжекУзнать, есть ли форсунки в конкретном двигателе и где они расположены проще всего прочитав технический паспорт транспортного средства.

До того, как форсунки начали использовать на инжекторных двигателях совместно с блоком управления, они имели несколько другое устройство. Вместо индукционной катушки с подвижным сердечником в них стоял клапан высокого давления, который срабатывал после нагнетания горючего топливным насосом при достижении определенного давления. Подобные устройства до сих пор используются на некоторых моделях дизельных двигателей.

Промывка

По той причине, что в топливе присутствуют вредные примеси, на форсунках часто оседает нагар. Их необходимо промывать. Операция эта подразумевает вымывание ненужной грязи из форсуночной системы. Форсунки можно промывать при помощи специальной жидкости. Ее еще называют специальной присадкой. При этом сами форсунки с двигателя можно даже не вынимать. Присадка эта добавляется в топливо, а двигатель заставляют поработать на этой смеси пару тысяч километров. Можно осуществлять и более быструю промывку, при этом не снимая форсунки с двигателя. Для этой цели применяют специальную установку. Она подсоединяется к мотору на место топливного насоса. В сами форсунки подается сольвенте. Это специальное топливо для промывания. Время такого процесса – около пятнадцати минут.

Форсунки от нагара можно очищать также при помощи ультразвука. Этот способ уже подразумевает снятие их с двигателя.

Принцип функционирования форсунок

Топливо от рамы к каждой отдельно взятой форсунке подается под необходимым определенным давлением. От блока управления на электромагнит форсунок поступают электрические импульсы. Именно они задействуют игольчатый клапан, предназначение которого – открывать и закрывать форсуночный канал. От длительности поступления электрического импульса зависит длительность открытия игольчатого клапана и количество подаваемого топлива. Эту длительность регулирует блок, управляющий двигателем. Кроме того, разные типы форсунок могут создавать несколько форм факела топлива, а также менять его направление. А это очень сильно влияет на смесеобразование в двигателе.

Для чего нужны форсунки в автомобиле?

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

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

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

Преимущества и недостатки

Преимущества топливных форсунок:

  • Экономия при расходе топлива благодаря точной системе дозирования;
  • Минимальный уровень токсичности двигателей, оснащенных топливными форсунками;
  • Возможность увеличения мощности силового механизма до 10%;
  • Простота и легкость при запуске в любую погоду;
  • Возможность улучшения динамических показателей любого автомобиля;
  • Отсутствие необходимости в частой замене и чистке

Недостатки форсунок:

  • Возможные сбои в работе или серьезные поломки в результате использования топлива низкого качества, которое губительно сказывается на чувствительном механизме форсунок.
  • Высокая стоимость ремонта и замены форсунки в целом и отдельных ее элементов.

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.

Чистка форсунок

Для того чтобы почистить форсунки используют два метода — ультразвуковую и химическую чистку. Каждый из перечисленных методов можно использовать при разных условиях. Так, в процессе загрязнения топливной системы и, в частности форсунки, на стенках образуются твердые и мягкие отложения. Сначала появляются мягкие, которые легко смываются под воздействием химических средств. Когда же мягкие отложения уплотняются, то они превращаются в твердые и избавиться от них можно лишь при помощи ультразвуковой чистки.

В идеале химическую чистку форсунок необходимо проводить приблизительно через каждые 20 тысяч километров пробега. А ультразвуковую не более 1-2 раз за весь период эксплуатации, так как она разрушает изоляцию обмотки.

Если же форсунка использовалась более 100 тысяч километров пробега, то химическая очистка для нее не только нецелесообразна, но и вредна. В ее процессе могут отколоться крупные частицы твердых отложений, и при выходе их наружу попросту забить иглу. Особенно это актуально для форсунок с непосредственным впрыском топлива.

Сравнение чистой (слева) и загрязненной форсунки (

Сравнение чистой (слева) и загрязненной форсунки (справа)

При использовании ультразвуковой чистке важно знать, на каком нормальном рабочем напряжении работает форсунка. Дело в том, что стандартное напряжение 12 В не обеспечивает высокой скорости открытия и закрытия форсунки. Поэтому в настоящее время многие автопроизводители используют пониженное напряжение. Например, форсунки от компании Toyota работают при напряжении 5 В, а форсунки компании Citroen — при напряжении 3 В. Соответственно, на них нельзя подавать распространенное напряжение 12 В, поскольку они попросту перегорят. О напряжении на форсунках мы поговорим немного ниже.

Самая лучшая очистка будет состоять в последовательном использовании метода ультразвуковой и химической очистки. Так, на первом этапе твердые отложения превращаются в мягкие, а на втором — они удаляются с помощью химических препаратов.

Также существуют специальные присадки для добавления в топливный бак. Их функция заключается в промывке форсунок, когда через них проходит топливо с чистящим средством.

Срок между периодическим использованием таких присадок отличается, и зависит от конкретной марки автомобиля и используемого топлива. Однако нужно понимать, что этот метод менее действенный, чем описанные выше. Его имеет смысл применять при замене топливных фильтров или периодически через несколько тысяч километров пробега. Дополнительную информацию о том, как почистить форсунку своими руками вы можете посмотреть тут.

Очистка форсунки в домашних условиях

Для исключения проблем в функционировании форсунок стоит периодически промывать их. Это делается стандартным путем, со специальным средством либо посредством ультразвука и проч., без снятия механизма с мотора.

Стандартный способ

Самый примитивный и легкий метод чистки топливных форсунок подразумевает заливку особого состава в бензобак. Методика используется владельцами новых транспортных средств либо машин с пробегом в несколько тысяч км. Она подразумевает добавление состава вместе с горючим в бак для поддерживания двигателя и сопутствующих систем в чистоте.

Стандартный способ  подразумевает заливку особого
Стандартный способ  подразумевает заливку особого состава в бензобак.

Для автомобилей со сложными загрязнениями метод не подходит, потому что усугубляет проблему. В таком случае нужно разобрать мотор на подготовленном стенде, демонтировать распылители и провести их поочередную очистку.

С помощью таких действий можно найти дополнительные поломки и заменить поврежденные компоненты.

Чистка без демонтажа двигателя

Чтобы промыть ТФ без демонтажа силового агрегата, необходимо подключить промывочную станцию сразу к мотору. Это позволит удалить накопившуюся грязь на поверхностях и топливной рампе. Достаточно включить мотор на 30 минут, используя нейтральную передачу, и постепенно подавать рабочую смесь под давлением.

Конструкция и принцип функционирования электромагнитной форсунки

Электромагнитное 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.

Ремонт элемента

Восстановление элемента допускается только при несложных поломках. Его практикуют на двигателях с прямой подачей топлива. Отремонтировать механическую деталь можно своими руками с помощью базовых запчастей и подручных средств.