Система впрыска насосфорсунками дизельных двигателей

Где находится насосфорсунка

Насос-форсунка устанавливается непосредственно в головке блока цилиндров. Часть с насосом находится снаружи блока и крепится к кулачкам распредвала, которые регулируют работу насоса. Часть с форсункой устанавливается внутрь блока — распылитель во время работы как бы “выглядывает” в камеру сгорания, рядом с выходом свечи накала, которая помогает воспламенить смесь.

Так как привод насоса идет от распредвала, насос-форсунки стоят под клапанной крышкой, поэтому снаружи собранного двигателя их не видно.

Признаки неисправных насосфорсунок

О поломках в системе впрыска говорят следующие факторы:

  • двигатель не заводится вообще, либо заводится с трудом;
  • резкое увеличение расхода топлива;
  • двигатель работает неравномерно;
  • мощность работы двигателя падает на любых оборотах;
  • сильное задымление выхлопа.

Форсунки для дизельных двигателей – ухаживаем за ними правильно

Форсунки для дизельных двигателей – это детали топливной аппаратуры, которые наиболее подвержены износу. Считаются самыми простыми в обслуживании и проведении диагностики в условиях сервисных центров. От того, насколько эффективно работают форсунки, зависит качество сгорания топлива в цилиндрах двигателя, его запуск, динамика разгона автомобиля, экономичность и количество вредных выбросов.

Привод

На распределительном валу имеется четыре кулачка для привода насос-форсунок. Посредством коромысел усилие передается на плунжеры насос форсунок.

Требования к процессам смесеобразования и сгорания

Требования к процессам смесеобразования и сгорания

Обязательным условием эффективного сгорания является хорошее смесеобразование. Для этого топливо должно подаваться в цилиндр в нужном количестве, в нужный момент и под высоким давлением. Уже при незначительных отклонениях от требуемых параметров распыления топлива отмечается увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах, повышение шумности процесса сгорания и увеличение расхода топлива. Важным моментом для процесса сгорания в дизельном двигателе является малая величина задержки самовоспламенения. Задержка самовоспламенения представляет собой промежуток времени между началом впрыска топлива и началом повышения давления в камере сгорания. Если в этот временной промежуток подается большое количествотоплива, то это ведет к резкому повышению давления в камере сгорания и, тем самым, к увеличению уровня шума процесса сгорания.

Предварительный впрыск

Для достижения максимально возможной плавности протекания процесса сгорания перед основным впрыском осуществляетсяпредварительный впрыск малого количества топлива под небольшим давлением. Благодаря сгоранию этого малого количества топлива в камере сгорания повышаются давление и температура. Вследствие этого происходит ускоренное самовоспламенение топлива, поданного в ходе основного впрыска. Предварительный впрыск и наличие паузы между предварительным и основным впрыском способствует тому, что давление в камере сгорания повышается не скачкообразно, а относительно равномерно. Вследствие этого достигается снижение шумности процесса сгорания и уменьшение эмиссии окислов азота.

Основной впрыск

При основном впрыске необходимо достичь хорошего смесеобразования для возможно полного сгорания топлива. Благодаря высокому давлению впрыска достигается очень тонкий распыл топлива, что позволяет получить весьма равномерную смесь топлива и воздуха. Полное сгорание топлива обеспечивает уменьшение выброса вредных веществ и повышение мощности двигателя.

Конец впрыска топлива

Для хорошей работы двигателя важно, чтобы в конце процесса впрыска давление впрыска резко упало, а игла распылителя быстровозвратилась в исходное положение. При этом предотвращается попадание топлива в камеру сгорания под низким давлением и сплохим распылом. Такое топливо сгорает не полностью, что ведет к увеличению токсичности выхлопа.

Процесс впрыска топлива, обеспечиваемой системой впрыска с применением насос- форсунок, с уменьшенным давлением припредварительном впрыске, повышенном давлении и быстром протекании процесса основного впрыска способствует улучшениюпоказателей работы двигателя.

Заполнение камеры высокого давления

При процессе заполнения камеры высокого давления плунжер под действием пружины движется кверху, что ведет к увеличению объема камеры. Электромагнитный клапан управления насос-форсункой бездействует. Игла клапана находится в положении, открывающем путь топливу из питающей магистрали в камеру высокого давления. Топливо под давлением поступает из питающей магистрали в камеру высокого давления.

Процесс впрыска Начало предварительного впрыска

Кулачок распределительного вала через коромысло по

Кулачок распределительного вала через коромысло поджимает плунжер книзу; плунжер, в свою очередь, отжимает топливо из камерывысокого давления в питающую магистраль. Протекание процесса впрыска топлива происходит под управлением блока управлениядвигателя через электромагнитный клапан. По сигналу от блока управления двигателем игла электромагнитного клапана прижимаетсяк седлу, перекрывая путь топливу из камеры высокого давления в питающую магистраль. Вследствие этого происходит повышениедавления в камере. Когда давление достигает 180 бар, оно становится выше, чем усилие пружины распылителя. Иглараспылителя приподнимается, и начинается предварительный впрыск.

Начало предварительного впрыскаДемпфирование хода иглы распылителя

В процессе предварительного впрыска ход иглы распылителя демпфируется гидравлическим буфером, что дает возможность точно дозировать количество впрыскиваемого топлива.

Это происходит таким образом:на первой трети хода ничто не мешает ходу иглы. При этом в камеру сгорания предварительно впрыскивается топливо

Как только демпферный клапан начнет перемещаться п

Как только демпферный клапан начнет перемещаться по сверлению корпуса распылителя, топливо над иглой распылителя сможет поступать под давлением в зону размещения пружины только через зазор снизу демпферного клапана. Вследствие этого возникаетгидравлический буфер, который ограничивает ход иглы распылителя при предварительном впрыске.

Процесс впрыска
Конец предварительного впрыска

Процесс впрыска Конец предварительного впрыска

Непосредственно после открытия иглы форсунки закан

Непосредственно после открытия иглы форсунки заканчивается предварительный впрыск. Под действием увеличивающегосядавления перепускной клапан движется книзу, тем самым увеличивая объем камеры высокого давления. Вследствие этого давлениена короткое время падает, и игла форсунки закрывается. Предварительный впрыск закончился. Вследствие движения книзу перепускного клапана пружина распылителя сжимается сильнее. Поэтому для повторного открытия иглы форсунки при последующем основном впрыске необходимо давление топлива больше, чем при предварительном впрыске.

Процесс впрыска Начало основного впрыска

Вскоре после запирания иглы распылителя давление в

Вскоре после запирания иглы распылителя давление в камере высокого давления опять поднимается. Электромагнитный клапан закрыт, и поршень насос-форсунки движется вниз. Когда давление достигает примерно 300 бар, оно становится больше, чем давлениепружины распылителя. Игла распылителя снова поднимается, и в камеру сгорания впрыскивается основная порция топлива.Давление при этом поднимается до 2050 бар, поскольку в камере высокого давления сжимается больше топлива, чем может его выйтичерез распылитель. При достижении двигателем максимальной мощности, а также при наибольшем крутящем моменте и одновременносамым большом количестве впрыскиваемого топлива давление максимально.

Процесс впрыска Конец основного впрыска

Конец впрыска наступает, когда с блока управления

Конец впрыска наступает, когда с блока управления двигателя перестает поступать сигнал на электромагнитный клапан.При этом игла клапана под действием пружины отходит от седла, и сжимаемое плунжером топливо может поступать в питающуюмагистраль. Давление топлива падает. Игла распылителя закрывается, и перепускной клапан под действием пружины распылителявозвращается в исходное положение. Основной впрыск закончился.

Обслуживание и ремонт насосфорсунок

Специфика современных впрысковых систем заключается в высокой механической сложности узлов. Поэтому насос-форсунка не имеет срока службы и четко определенного перечня регламентных работ.

Спорным вопросом остается применение очищающих присадок в топливо и сама процедура чистки форсунок. Как и в случае с чисткой двигателя вообще, на результат могут повлиять разные факторы — в итоге можно как окончательно угробить насос-форсунки, так и наоборот продлить им жизнь. По сути если работа двигателя вас не беспокоит, то и делать ничего не нужно.

Помните, что современные топливные системы, особенно дизельные, очень чувствительны к качеству топлива.

Если какие-то из признаков неисправности заставили Вас обратиться на специализированный сервис, то они могут попробовать отремонтировать насос-форсунку с помощью следующих действий:

  • проверить и исправить параметры работы насос-форсунки на стенде;
  • провести чистку в ультразвуковой ванне только нижней форсуночной части или всех деталей насос-форсунки в разобранном виде;
  • продефектовать и заменить изношенные компоненты;
  • отрегулировать насос-форсунку на стенде после сборки.

Очистка насос-форсунок в ультразвуковой ванне

Регулировка насос-форсунок на стенде после сборки

Если ремонт не помогает, насос-форсунка меняется целиком. Самостоятельно отремонтировать насос-форсунку вряд ли возможно. Во-первых

, компоненты и ремкомплекты в основном продаются только специализированным сервисам и найти их очень сложно.Во-вторых , для работы нужен специнструмент и специализированное оборудование.В-третьих , настроить параметры работы форсунки невозможно без специального регулировочного стенда.

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.

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.

История изобретения и совершенствования


Первые модели дизельного двигателя, разработанные и изготовленные в конце позапрошлого века при непосредственном участии Рудольфа Дизеля, предусматривали наличие так называемой компрессорной форсунки и применение в качестве топлива керосина. Появление ТНВД позволило использовать намного более компактные и удобные бескомпрессорные форсунки.

Исторические факты

Эта система впрыска – не новая разработка. Насос-форсунка дизельного двигателя устанавливалась на автомобили в конце 30-х годов. Впервые конструкция была опробована на дизельных двигателях для железнодорожной, морской, а также грузовой техники. Всю эту технику объединяло одно – небольшая скорость. Особенности этих двигателей — в наличии отдельного насоса на каждый цилиндр и в коротких напорных линиях, которые идут к форсунке. Приводом для элементов служат толкатели и буферы.

Серийно стали применять такие системы на грузовиках с 1944 года. На легковых авто – с 1988 года. В 1938 году , которая принадлежала тогда концерну «Дженерал Моторс», был создан первый такой агрегат, в котором и применялась система питания дизельного двигателя с насос-форсунками. Несмотря на то, что устройство было разработано в США, конструкции такого типа разрабатывались также и в СССР.

Первые моторы ЯАЗ-204 оснащались такими форсунками уже в 1947 году. Но производились эти узлы по лицензии «Детройт-Дизель». Этот силовой агрегат, а затем и модифицированный шестицилиндровый двигатель производился до 1992 года.

В 1994 году устройство и работа насос-форсунки дизельного двигателя были замечены инженерами «Вольво». Компания выпускает первое грузовое авто FH12 с форсунками такого типа. Затем такими же узлами начнут оснащать свои грузовики «Скания» и «Ивеко».

Среди легковых автомобилей впервые эту систему начали использовать на «Фольксвагенах». Насос-форсунка дизельного двигателя «Фольксваген» появилась в 1998 году. В конце 90-х моторы с такой системой заняли 20 % автомобильного рынка.

Насосфорсунка для коммерческих автомобилей

Насос-форсунка, управляемая электронным блоком, представляет собой одноцилиндро­вый модуль впрыска топлива с встроенным насосом высокого давления и распылителем. Насос-форсунка устанавливается непосред­ственно в головке блока цилиндров дизельного двигателя. Кулачок на распределитель­ном валу приводит в действие индивидуальную для каждого цилиндра насос-форсунку непо­средственно через коромысло или посред­ством штанги толкателя и коромысла.

Насос-форсунка для коммерческих автомобилейБыстродействующий электромагнитный клапан, в соответствии с параметрами, опреде­ляемыми в программной карте двигателя, обе­спечивает точную регулировку времени начала впрыска топлива и скорости потока (рис. «Насос-форсунка для коммерческих автомобилей» ). Значения этих переменных могут быть выбраны из хранящихся в памяти ЭБУ запрограммиро­ванных значений. В обесточенном состоянии электромагнитный клапан открыт. В отклю­ченном состоянии электромагнитный клапан обеспечивает неограниченный проход потока топлива от насоса к линии низкого давления си­стемы. Электромагнитный клапан включается во время хода подачи плунжера насос-форсунки, перекрывая перепускной клапан, герметизируя, таким образом, линию высокого давления. Как только превышается давление открытия распы­лителя, топливо подается к форсунке.

Впрыск топлива заканчивается, когда электромагнитный клапан открывается. Таким образом, момент закрытия клапана определяет начало впрыска, а момент откры­тия — количество впрыскиваемого топлива.

Компактная конструкция устройства озна­чает, что объем камеры высокого давления очень мал, а гидравлическая жесткость очень велика. Это облегчает достижение высоких давлений впрыска. В зависимости от типа на­соса, пиковое давление при полной нагрузке составляет от 1800 до 2200 бар.

Сочетание таких высоких значений дав­ления впрыска и электронного управления процессом впрыска позволяет значительно снизить содержание токсичных веществ в отработавших газах с одновременным сохра­нением низкого расхода топлива. Система насос-форсунка удовлетворяет как суще­ствующим, так и будущим нормам по пре­дельной токсичности отработавших газов.

Предварительный впрыск топлива (двой­ная активация электромагнитного клапана) в нижней части диапазонов частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя по­зволяет значительно снизить уровень шума в процессе сгорания топлива и улучшить пуск холодного двигателя.

Кроме того, система позволяет отсекать подачу топлива в отдельные цилиндры дви­гателя, например, когда двигатель работает в режиме неполной нагрузки.

Система питания с насосфорсунками

Чем хороша насосфорсунка?

Как и следует из названия, насос-форсунка представляет собой своеобразный гибрид между насосом высокого давления и форсункой, в котором ТНВД выполняется для каждой форсунки «персонально».

Несмотря на относительную сложность и дороговизну такой конструкции, по крайней мере, в сравнении с другой современной и широко распространенной системой питания — Common Rail, система с насос-форсунками имеет ряд неоспоримых достоинств. В первую очередь – это возможность впрыскивать топливо под очень высоким давлением, которое способно разрушить паразитические элементы классической системы питания и системы Common Rail – трубопроводы высокого давления.

Именно трубопроводы высокого давления чаще всего устанавливают предел давлению впрыска в таких системах – трубки нередко лопаются, не выдерживая колоссальных динамических нагрузок – пульсирующего под большим давлением топлива и вибрации, которая неизбежно сопровождает работу двигателя. Насос форсунка не нуждается в длинных трубопроводах, поэтому способна работать при несравненно высоком давлении. Давление в системе подачи топлива насос-форсунками такое мощное, что при утечке струя топлива может легко «разрезать» одежду и кожу на теле человека.

Более высокое давление впрыска позволяет эффективнее наполнять цилиндры топливом, поскольку при одинаковой продолжительности впрыска система с высоким давлением пропустит через отверстия распылителя форсунки большую порцию топлива. Кроме того, качество распыливания тоже напрямую зависит от того, под каким давлением впрыскивается топливо.

Итак, преимущества системы очевидны, осталось выяснить, почему же она лишь в последние годы привлекла пристальное внимание конструкторов и получила заслуженную популярность.

История изобретения насосфорсунки

Системы питания дизелей типа насос-форсунка начали серийно применяться на грузовых автомобилях с 1994 года, а на легковых с 1998 года. Однако первые испытания таких систем имели место значительно ранее – в первой половине прошлого века.

В 1938 году американской компанией Detroit Diesel, (Детройт) принадлежащей General Motors (Дженерал Моторс), был построен первый в мире серийный дизель с системой питания насос-форсунками. Работа над аналогичными системами велась в это время и в нашей стране, но она была прервана Великой Отечественной войной. Тем не менее, первые дизельные двигатели – четырехцилиндровые двухтактники ЯАЗ-204 были оснащены насос-форсунками уже в 1947 году. Справедливости ради следует отметить, что они были изготовлены по лицензии все той же фирмы Detroit Diesel. Двигатель ЯАЗ-204, а также сделанный на его базе шестицилиндровый аналог, с некоторыми доработками выпускались до 1992 года.

Недостатки

Но существуют и недостатки. Самый серьезный минус – высокая требовательность к качеству горючего. Достаточно малейшего засора, чтобы система прекратила свою работу. Второй минус – это цена.

Ремонтировать этот точный узел вне заводских условий практически невозможно. Еще одни недостаток – при воздействии большого давления эти узлы частенько разбивают посадочные гнезда в блоке двигателя.

Расположение и принцип работы

По типу топливной системы форсунка может находится в нескольких местах, а именно:

  • центральный впрыск — это моноинжектор, обозначающий, что в топливной системе используется лишь одна форсунка, установленная на впускном коллекторе, непосредственно перед дроссельной заслонкой. Представляет собой промежуточное звено между карбюратором и полноценным инжектором;
  • распределенный впрыск — инжектор. Форсунка установлена во впускном коллекторе, смешивается с воздухом попадая в цилиндр. Отмечается стабильной работой, благодаря тому, что топливо омывает впускной клапан, он менее подвержен обрастанию нагаром;
  • непосредственный впрыск — форсунки вмонтированы непосредственно в головку блока цилиндров. Ранее система использовалась только на дизельных моторах, а к 90-м годам прошлого века автоинженеры начали тестировать непосредственный впрыск на инжекторе, с применением ТНВД (топливный насос высокого давления), благодаря чему получилось повысить мощность и экономичность, относительно распределенного впрыска. Сегодня непосредственный впрыск широко применен, особенно на турбированных моторах.

Назначение форсунок

К основным функциям, возложенным на форсунку относят:

  • подача топлива в цилиндр;
  • герметизация камеры сгорания;
  • распыление на мелкодисперсные частички;
  • максимально равномерное распределение солярки по камере сгорания;
  • резкое начало впрыска топлива и такое же быстрое завершение процесса;
  • точное дозирование необходимого количества горючего.

Работа дизельных форсунок сопряжена с агрессивной средой. Постоянно меняющееся давление, которое может достигать 11 МПа. Температурное воздействие также изнашивает систему впрыска. Подача топлива происходит при температуре около 700°С. При сгорании солярки форсунка поддается влиянию 2000°С.

Для стабильной работы двигателя, форсунка должна обеспечивать оптимальную дисперсность. Чем выше степень дробления капель солярки, тем больше их общая площадь поверхности. Это позволяет топливу сгореть в более короткий промежуток времени, что положительно сказывается на экологичности, динамике и экономичности. При этом капли не должны быть слишком мелкими, так как в таком случае они не достигнут краев камеры сгорания. На данный момент топливные форсунки впрыскивают солярку со скоростью, достаточной чтобы обеспечить полное заполнение всего объема при размере частиц от 30 до 50 мкм.

Какие могут быть неисправности

Загрязненный распылитель насос-форсунки

Если диагностика выявит что проблемы с двигателем возникают из-за неисправностей в работе насос-форсунок, то выйти из строя могли следующие компоненты:

  • клапанный узел (наиболее часто встречающаяся проблема);
  • распылитель (примерно каждый третий случай);
  • электромагнитные компоненты, плунжер, пружины или корпус (выходят из строя очень редко).

Самому определить что именно сломалось в насос-форсунке невозможно — полноценную диагностику способны провести только эксперты специализированных дизельных сервисных центров.

Вывод

Топливные форсунки серьезно влияют на эксплуатацию автомобиля. Если они в хорошем состоянии, были выбраны и установлены правильно, вы сможете раскрыть весь потенциал двигателя. Если эти моменты не были соблюдены, можно с уверенностью говорить об обратном: выхлоп ухудшится, двигатель начнет троить, вибрировать. Советуем относиться к обслуживанию форсунок со всей серьезностью. Их очистка не стоит больших денег, но если вы будете закрывать глаза на проблему, может понадобиться серьезный ремонт мотора. О ресурсе форсунок говорить сложно. Если вы будете следить за их состоянием, состоянием фильтров и заправляться качественным топливом, они у вас могут и вовсе не выходить из строя на протяжении всего жизненного цикла авто.

Подбор и покупка насосфорсунок

Для надежной работы системы впрыска топлива насос-форсунку подбирают по артикулу, который можно определить по коду детали, или используя VIN-код автомобиля. На каждый мотор устанавливаются только форсунки определенной модели, поэтому выбор сводится только к бренду производителя, которых не так много. Основные мировые производители, продукция которых устанавливается на конвейере — это Bosch, Denso, Siemens, Delphi.

Связанные термины

  • Головка блока цилиндров
  • ЭБУ (электронный блок управления)