Как работает насос форсунка
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Как работает насос форсунка

Устройство и принцип работы топливной системы с насос-форсунками

Насос-форсунки предназначены преимущественно для использования в системах впрыска дизельных двигателях. Они представляют собой одновременно и насос, и распылитель топлива. Их применение позволяет добиться снижения расхода, повышения мощности автомобиля, уменьшения количества вредных выбросов в отработавших газах и снижения уровня шума двигателя. О том, как работают насос-форсунки, вы узнаете из статьи.

Устройство насос-форсунок

Насос форсунки дизельных двигателей устанавливаются индивидуально для каждого цилиндра. Они крепятся в головке блока цилиндров, при этом очень важно выполнить правильный монтаж.

Насос-форсунка в разрезе

Привод насос-форсунки осуществляется от распредвала двигателя. Состоит насос форсунка из следующих элементов:

  • Винт с шаровой головкой.
  • Плунжер, оснащенный пружиной — создаёт рабочее давление внутри форсунки. Он приводится в движение кулачковым механизмом распредвала и возвращается в исходную позицию под воздействием пружины.
  • Приводной кулачок.
  • Коромысло.
  • Уплотнители — обеспечивают герметичность форсунки.
  • Камера высокого давления.
  • Игла — выполняет впрыск топлива.
  • Клапан — может быть электромагнитным и пьезоэлектрическим. С его помощью осуществляется управление процессом впрыска. Пьезоэлектрический клапан является более современным.
  • Магистраль впуска — подает топливо в форсунку.
  • Сливная магистраль.
  • Обратный клапан и запорный поршень — поддерживают давление топлива на заданном уровне.

Пьезоэлектрический клапан срабатывает намного быстрее электромагнитного, при этом его работа контролируется лишь изменением подаваемого на него напряжения. Конструктивно он состоит из пьезопривода, расположенного в корпусе, оснащенном штекерным разъемом, а также рычажного мультипликатора и иглы распылителя.

Принцип работы насос-форсунки

Формирование и распределение топливовоздушной смеси в системе насос-форсунки происходит в три этапа:

  1. Предварительный впрыск — осуществляется для обеспечения плавного сгорания топливовоздушной смеси на основном этапе работы двигателя.
  2. Основной впрыск — выполняет образование топливовоздушной смеси в оптимальном для текущего режима соотношении.
  3. Дополнительный впрыск — предназначен для очистки системы от остатков сажи в фильтре (регенерации).

Насос форсунка и ее положение в головке блока цилиндров

Сам процесс работы насос-форсунок заключается в следующем:

Кулачковый механизм, расположенный на распредвале, воздействует на плунжер, перемещая его в нижнюю позицию. Это обеспечивает перетекание горючего по каналам топливной форсунки. Когда клапан закрывается, топливо перестает поступать в камеру и давление начинает повышаться до уровня 13 МПа. При достижении критического показателя игла форсунки преодолевает давление пружины и начинает перемещаться в верхнее положение, что и обеспечивает впрыск топлива.

В отличие от других систем двигатели с насос-форсунками не имеют общего ТНВД (топливного насоса высокого давления). Каждый инжектор сам по себе представляет небольшой ТНВД.

Далее, работа форсунки зависит от вида впрыска. При предварительном впрыске топливо поступает в магистраль впуска, и давление падает. В некоторых случаях этот режим может повториться. Во время основного впрыска топлива плунжер продолжает движение вниз, и клапан закрывается. Давление топлива повышается до 30 МПа и лишь по достижению этого уровня игла начинает подниматься, выполняя впрыск и образуя топливовоздушную смесь.

Регулировка количества топлива происходит в зависимости от уровня давления, максимум которого составляет 220 МПа. Завершение основного впрыска происходит открытием клапана, в результате чего уровень сжатия падает, и игла распылителя опускается в исходное положение. Дальнейшее движение плунжера вниз провоцирует дополнительный впрыск топлива (как правило, их два). При этом работа форсунки аналогична основному этапу.

Достоинства и недостатки систем с насос-форсунками

Положительными сторонами применения насос-форсунок являются следующие качества:

  • Возможность впрыска топлива под высоким давлением. Это обеспечивает эффективный распыл горючего, а следовательно, и его полное сгорание. Таким образом, дизельные двигатели, оснащенные насос-форсунками, получаются довольно мощными и отличаются экономным расходом топлива.
  • Системы впрыска с насос-форсунками работают с меньшим уровнем шума.
  • Высокая устойчивость к остановке двигателя в случае наличия поломок форсунок.
  • Более эффективный распыл обеспечивает низкий уровень сажи в выхлопах, а потому такие системы можно назвать более экологичными.
  • Отсутствие чувствительности к температуре окружающей среды и погодным условиям эксплуатации двигателя.

В числе недостатков можно отметить:

  • Сложное устройство форсунки и следовательно ее высокую стоимость. Также они практически не подлежат ремонту и в случае неисправности требуют полной замены.
  • Так же, как и для системы Common Rail, для корректной работы насос-форсунок требуется применение качественного топлива с минимальным количеством примесей и присадок.

Частой неисправностью форсунок является их загрязнение. Определить последнее можно по следующим симптомам:

  • Резкое повышение расхода топлива.
  • Существенное падение мощности двигателя автомобиля.
  • Ощутимые сложности при запуске мотора.

Несмотря на то что системы с насос-форсунками постепенно вытесняются двигателями Common Rail, они имеют несомненные преимущества, которые и обеспечивают их сферу применения в современном автомобилестроении.

Maksim0203 › Блог › Система впрыска насос-форсунками

Система впрыска насос-форсунками является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. В отличии от системы впрыска Common Rail в данной системе функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Собственно насос-форсунка и составляет одноименную систему впрыска.

Применение насос-форсунок позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива, выбросы вредных веществ, а также уровень шума.

В системе на каждый цилиндр двигателя приходится своя форсунка. Привод насос-форсунки осуществляется от распределительного вала, на котором имеются соответствующие кулачки. Усилие от кулачков передается через коромысло непосредственно к насос-форсунке.

Насос-форсунка имеет следующее устройство:

плунжер;
клапан управления;
запорный поршень;
обратный клапан;
игла распылителя.

К фото:
1 винт с шаровой головкой
2 плунжер
3 плунжерная пружина
4 игла электромагнитного клапана
5 электромагнитный клапан
6 сливная топливная магистраль
7 обратный клапан
8 питающая топливная магистраль
9 пружина распылителя
10 запорный поршень
11 игла распыления
12 головка блока цилиндров
13 термозащитная прокладка
14 уплотнительные кольца
15 камера высокого давления
16 приводной кулачек
17 коромысло

Плунжер служит для создания давления топлива. Поступательное движение плунжера осуществляется за счет вращения кулачков распределительного вала, возвратное – за счет плунжерной пружины.

Клапан управления предназначен для управления впрыском топлива. В зависимости от привода различают следующие виды клапанов:

электромагнитный;
пьезоэлектрический.
Пьезоэлектрический клапан пришел на смену электромагнитному клапану. Пьезоэлектрический клапан обладает большим быстродействием. Основным конструктивным элементом клапана является игла клапана.

Пружина форсунки обеспечивает посадку иглы распылителя на седло.

Усилие пружины при необходимости поддерживается давлением топлива. Данная функция реализуется с помощью запорного поршня и обратного клапана.

Игла распылителя предназначена для обеспечения непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания.

Управление насос-форсунками осуществляет система управления двигателем. Блок управления двигателем на основании сигналов датчиков управляет клапаном насос-форсунки.

Принцип действия насос-форсунки

Конструкция насос-форсунки обеспечивает оптимальное и эффективное образование топливно-воздушной смеси. Для этого в процессе впрыска топлива предусмотрены следующие фазы:

предварительный впрыск;
основной впрыск;
дополнительный впрыск.
Предварительный впрыск производится для достижения плавности сгорания смеси при основном впрыске. Основной впрыск обеспечивает качественное смесеобразование на различных режимах работы двигателя. Дополнительный впрыск осуществляется для регенерации (очистки от накопленной сажи) сажевого фильтра.

Работа насос-форсунки осуществляется следующим образом. Кулачек распределительного вала через коромысло перемещает плунжер вниз. Топливо перетекает по каналам форсунки. При закрытии клапана происходит отсечка топлива. Давление топлива начинает расти. При достижении давления 13 МПа игла распылителя, преодолевая усилие пружины, поднимается и происходит предварительный впрыск топлива.

Предварительный впрыск топлива прекращается при открытии клапана. Топливо переливается в питающую магистраль. Давление топлива снижается. В зависимости от режимов работы двигателя может осуществляться один или два предварительных впрыска топлива.

Основной впрыск производится при дальнейшем движении плунжера вниз. Клапан снова закрывается. Давление топлива начинает расти. При достижении давления 30 МПа, игла распылителя, преодолевая усилие пружины и давление топлива, поднимается и происходит основной впрыск топлива.

Чем выше давление, тем больше количества топлива сжимается и соответственно больше впрыскивается в камеру сгорания двигателя. При максимальном давлении 220 МПа впрыскивается наибольшее количество топлива, тем самым обеспечивается максимальная мощность двигателя.

Основной впрыск топлива завершается при открытии клапана. При этом падает давление топлива и закрывается игла распылителя.

Дополнительный впрыск выполняется при дальнейшем движении плунжера вниз. Принцип действия насос-форсунки при дополнительном впрыске аналогичен основному впрыску. Обычно производится два дополнительных впрыска топлива.

Устройство и принцип действия системы с насос форсунками

Что представляет из себя насос- форсунка?

Как уже говорит само название, насос-форсунка представляет собой впрыскивающий насос с узлом управления и форсунку в едином узле.

На каждый цилиндр двигателя приходится по насос-форсунке. Поэтому отсутствуют топливопроводы высокого давления, которые имеются на двигателе с ТНВД.

Как и ТНВД с форсунками, система впрыска с насос-форсунками выполняет следующие функции:

  • создает высокое давления для впрыска топлива
  • впрыскивает определенное количество топлива в определенный момент

Местонахождение:

Насос-форсунки расположены непосредственно в головке блока.

Крепление:

Насос-форсунки крепятся в головке блока. При установке насос-форсунок необходимо следить за правильным положением их.
Если насос-форсунка не стоит под прямым углом к головке блока, может ослабнуть крепежный болт. Вследствие этого возможно
повреждение как насос-форсунки, так и головки блока.

Устройство насос-форсунки

Привод

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

Читать еще:  В разрезе глушитель ваз

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 количество
топлива, 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 осуществляется
предварительный 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 быстро
возвратилась в исходное положение. При этом предотвращается попадание топлива в камеру сгорания под низким давлением и с
плохим 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 при
предварительном впрыске, повышенном давлении и быстром протекании процесса основного впрыска способствует улучшению
показателей 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 поджимает плунжер книзу; плунжер, в свою очередь, отжимает топливо из камеры
высокого давления в питающую магистраль. Протекание процесса впрыска топлива происходит под управлением блока управления
двигателя через электромагнитный клапан. По сигналу от блока управления двигателем игла электромагнитного клапана прижимается
к седлу, перекрывая путь топливу из камеры высокого давления в питающую магистраль. Вследствие этого происходит повышение
давления в камере. Когда давление достигает 180 бар, оно становится выше, чем усилие пружины распылителя. Игла
распылителя приподнимается, и начинается предварительный впрыск.

Начало предварительного впрыска
Демпфирование 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 по сверлению корпуса распылителя, топливо над иглой распылителя сможет поступать под давлением в зону размещения пружины только через зазор снизу демпферного клапана. Вследствие этого возникает
гидравлический буфер, который ограничивает ход иглы распылителя при предварительном впрыске.

Процесс впрыска
Конец предварительного впрыска

Непосредственно после открытия иглы форсунки заканчивается предварительный впрыск. Под действием увеличивающегося
давления перепускной клапан движется книзу, тем самым увеличивая объем камеры высокого давления. Вследствие этого давление
на 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 камере высокого давления опять поднимается. Электромагнитный клапан закрыт, и поршень насос-форсунки движется вниз. Когда давление достигает примерно 300 бар, оно становится больше, чем давление
пружины 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 выйти
через распылитель. При достижении двигателем максимальной мощности, а также при наибольшем крутящем моменте и одновременно
самым большом количестве впрыскиваемого топлива давление максимально.

Процесс впрыска
Конец основного впрыска

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 питающую
магистраль. Давление топлива падает. Игла распылителя закрывается, и перепускной клапан под действием пружины распылителя
возвращается в исходное положение. Основной впрыск закончился.

Схема топливного контура

Топливо засасывается механическим топливным насосом через фильтр из топливного бака и подается по питающей магистрали в головке блока к насос-форсункам. Избыточное топливо подается обратно в топливный бак через сливную магистраль в головке блока, датчик температуры топлива и охладитель топлива.

  1. Охладитель топлива охлаждает сливаемое топливо для предупреждения попадания в топливный бак слишком горячего топлива.
  2. Датчик температуры топлива определяет температуру топлива в сливной магистрали и посылает соответствующий сигнал блоку управления двигателю
  3. Ограничительный клапан поддерживает давление в сливной магистрали на уровне 1 бар. Благодаря этому достигается постоянство давления топлива на игле электромагнитного клапана.
  4. Байпас Если в топливной системе имеется воздух, к примеру при выработанном топливном баке, ограничительный клапан остается закрытым. Воздух выжимается поступающим топливом из системы
  5. Головка блока
  6. Магистрали. Через дроссельное отверстие отводятся пары топлива, которые могут быть в питающей магистрали
  7. Топливный насос подает топливо из топливного бака через фильтр к насос-форсункам
  8. Сетка-фильтр улавливает пузырьки воздуха и газа в питающей магистрали. Затем они отводятся через дроссельное отверстие и сливную магистраль
  9. Ограничительный клапан регулирует давление топлива в питающей магистрали. При давлении топлива более 7,5 бар клапан открывается, и топливо направляется в зону всасывания топливного насоса
  10. Обратный клапан предотвращает слив топлива от топливного насоса в топливный бак при остановке двигателя (давление открытия топлива 0,2 бар)
  11. Топливный фильтр защищает топливный контур от загрязнения и попадания в него инородных частиц и воды
  12. Топливный бак

Топливный насос

Топливный насос расположен непосредственно за вакуумным насосом на головке блока цилиндров. Топливный насос подает топливо из бака к насос- форсункам. Оба насоса имеют общий привод от распределительного вала и поэтому обозначаются как единый тандемный насос.

Насос-форсунка: устройство и принцип работы

Насос-форсунки – система впрыска, предназначена для подачи топливной смеси в дизельных двигателях. Использование подобной системы дает возможность увеличить мощность мотора, уменьшить топливные расходы и токсичность, уровень шума.

В системе впрыска данного типа за подачу топлива и его распределение отвечает единое центральное устройство – насос-форсунка. При этом каждой цилиндр оснащен своей собственной форсункой.

Система приводится в действие от распредвала, оснащенного специальными кулачками, которые через коромысло воздействуют на насос-форсунку, обеспечивая ее работу.

Как устроена система насос-форсунки

В состав системы насос-форсунка входят такие элементы, как: плунжер, поршень запорный, управляющий и обратный клапаны, игла распылителя.

Плунжер предназначен для создания рабочего давления внутри форсунки. При этом движение плунжера поступательного характера обеспечивается кулачками распредвала, а возвратное движение – пружиной.

Основной функцией управляющего клапана является впрыск топлива, а точнее управление впрыском. В подобных системах может применяться два вида клапанов – электромагнитные и пьезоэлектрические.

Клапан на основе пьезоэлемента является более совершенным за счет высокого быстродействия. Главным элементом конструкции управляющего клапана является его игла.

Пружина распылителя необходима для обеспечения надежной посадки иглы распылителя в седле. Пружинное усилие дополняется усилием давления топлива, и осуществляется это все при помощи запорного поршня, установленного с одной стороны от пружины и обратного клапана, расположенного с противоположной стороны от пружины.

Игла распылителя обеспечивает непосредственный впрыск дизельного топлива в камеру сгорания двигателя.

Управляются насос-форсунки посредством блока управления двигателем, который на основании данных, получаемых с датчиков, управляет работой клапана насос-форсунки.

Как работает система насос-форсунки

Эффективное получение и распределение ТВС в системе насос-форсунки происходит в три этапа – предварительного, основного и дополнительного впрыска топлива.

Предварительный впрыск

Этап предварительного впрыска предназначен для обеспечения плавного сгорания ТВС на этапе основного впрыска. Этап основного впрыска в свою очередь обеспечивает бесперебойную подачу топливной смеси на всех рабочих режимах ДВС.

Итак, на предварительном этапе подачи топлива насос-форсунка работает по следующей схеме. Кулачек распредвала передает механическое усилие на коромысло, которое опускает плунжер вниз.

Читать еще:  Самый популярный в россии внедорожник

Топливная смесь начинает подаваться по каналам, расположенным в корпусе форсунок. Далее происходит закрытие клапана с временным прекращением подачи топлива. При этом создается высокое давление ТС, достигающее 13 МПа.

При таком уровне давления игла, преодолевая усилие, которое оказывает на нее пружина, осуществляет предварительный впрыск горючей смеси.

Завершением этапа предварительной подачи топлива служит открытие входного клапана. Топливо попадает в магистраль, одновременно снижается его рабочее давление. На данном этапе может быть произведен один или два впрыска ТС в зависимости от режима работы дизеля.

Основной впрыск

Начало этапа основного впрыска сопровождается последующим опусканием плунжера. После закрытия клапана давление ТС продолжает нарастать и достигает 30 МПа. При таком давлении происходит поднятие иглы и основная подача топлива.

Высокое давление обеспечивает значительное сжатие топлива, вследствие чего в камеру сгорания поступает его большее количество. Самый большой объем горючей смеси подается при максимально возможном давлении в 220 МПа, чем достигается максимальная мощность двигателя.

Завершение этапа основного впрыска происходит аналогично предыдущему этапу после открытия входного клапана. Это сопровождается снижением давления топлива и опусканием распылительной иглы.

Дополнительный впрыск

Завершающим этапом является дополнительный впрыск, который используется для очистки сажевого фильтра от копоти, сажи и загрязнений. Дополнительная подача топлива осуществляется при опускании плунжера по схеме, аналогичной основному впрыску. На данном этапе, как правило, проводится два впрыска дизельного топлива.

Как работает и устроена дизельная форсунка

Сегодняшний дизельный мотор не чета своим предшественникам. Он почти ни в чем не уступают бензиновому двигателю по шуму, приемистости и экологическим показателям. И, в тоже время, по надежности, топливной экономичности и соотношению «крутящий момент – обороты коленвала», заметно превосходят.

Дизельный впрыск и работа форсунок

Горючее из топливной емкости подающей помпой направляется на вход ТНВД, которым оно распределяется и нагнетается в магистрали, соединенные с форсунками.При этом осуществляется их открытие, чтобы произвести очередной впуск горючего в цилиндры. При падении давления инжекторы закрываются.

В системе топливоподачи дизельных моторов топливным форсункам отводится особые функции. С их помощью обеспечивается прямая подача и дозирование горючего в цилиндры дизелей с частотой до 33 раз в секунду. Инжекторы эффективно распыляют топливо над поршнем в виде факела. Различные системы питания двигателей оборудуются форсунками разной конструкции и способов управления ими.

Одним из новшеств стали форсунки, имеющие датчики, фиксирующие подъем иглы, и подающие импульсы к специальным электронным блокам управления (ЭБУ), которые на их основе вырабатывают команды для ТНВД.

Новшество из двух пружин в дизельных форсунках также стало значительным шагом вперед. Несмотря на некоторое усложнение, это наделило процесс топливоподачи большей гибкостью. Сгорание рабочей смеси стало более мягким, а работа дизеля – тихой.

Особенности электромеханических форсунок

Большой толчок прогрессу систем питания дизельных моторов дали электромеханические форсунки. Принцип работы дизельной форсунки, относящейся к данному типу, следующий. Здесь давление горючего и сила сжатой пружины заменены специальным электромагнитным клапаном, контролируемым ЭБУ мотора.

Блоком управления формируются показатели топливоподачи: когда начать впрыск и какую выбрать дозу. Осуществляется это клапаном форсунки по командам от ЭБУ, которые зависят от оборотов двигателя, режима его работы, температуры и других параметров.

В результате топливно-воздушный микс в цилиндрах получается более однородным, улучшается распыл и сгорание, что обеспечивает плавное нарастание давления на поршень, которые оказывают газы от сгорающего топлива.

Благодаря более точной работе электронного впрыска у дизелей увеличилась мощность, улучшилась топливная экономичность и экологичность. Они стали заметно долговечней, уменьшилась вибрация и шум.

Насосы-форсунки

В этом способе топливоподачи ТНВД заменяется на насосы-форсунки. Работают они так. Солярка подкачивающей помпой подается на вход инжектора с собственной плунжерной парой, являющейся источником высокого давления, необходимого для впрыска горючего. Плунжерная пара приводится в действие непосредственно распределительным валом.

Отсутствие ТНВД придает такой системе компактность и экономичность. Наличие электрического клапана в насосах-форсунках обеспечивает впрыск горючего двумя импульсами. Вначале в двигатель подается небольшая доза горючего и только потом – основная.

Подача топлива системой на основе насосов-форсунок производится точно по времени и дозе. Такая система делает двигатель экономичным, его работа становится мягкой и бесшумной, а выхлоп – менее вредным.

Некоторые проблемы возникают из-за зависимости напора подачи горючего от оборотов коленчатого вала. Также их непросто ремонтировать и обслуживать из-за сложного устройства. Для насосов-форсунок требуется только качественные горюче-смазочные материалы.

Топливоподача посредством ТНВД

Традиционная схема подачи горючего с механическим ТНВД отличается надежностью и хорошо зарекомендовала себя в составе атмосферных моторов на дизельном топливе в прошлом. Данная схема топливоподачи представлена такими составляющими:

  • топливной емкостью;
  • фильтрами грубой и тонкой очистки;
  • топливоподкачивающей помпой;
  • ТНВД;
  • инжекторными форсунками;
  • трубопроводами небольшого напора;
  • каналами большого давления;
  • фильтром очистки воздуха.

ТНВД относится к главным узлам системы питания соляровых моторов. Он довольно непросто устроен, поскольку, кроме подачи сильно сжатого горючего, обеспечивает и его дозирование.
В прошлом веке механическими ТНВД оборудовались преимущественно дизельные двигатели, но их пытались устанавливать и на бензиновые моторы, как элемент, обеспечивающий непосредственный впрыск.

С помощью таких насосов можно задать нужный момент начала впрыска и подачу необходимого объема сжатого горючего в к/с цилиндров.

Топливоподача Common Rail

Ее сегодня относят к самой эффективной для подачи горючего в моторы, работающие на солярке. Ее появление датируется 1997 годом, которая через несколько лет стала очень распространенной. Common Rail или аккумуляторная топливная система теперь стоит почти на всех дизельных двигателях. Устройство дизельной форсунки здесь несколько иное.
По сравнению с другими, данная система обеспечивает значительную экономию горючего, повышенную экологическую безопасность, бесшумность, но основное – создает большее давление топливоподачи перед форсунками.

Принципиально отличает схему Common Rail от других то, что порядок получения большего напора и подача горючего разделенахронологически. Дизтопливо из емкости к системе подается подкачивающей помпой. Оно в фильтрах осветляется, оставляя примеси и прочие загрязнения на фильтр-элементах.

По низконапорным магистралям горючее попадает в механический ТНВД, закачивающий горючее в рампу, где топливо накапливается до впрыскивания к/с. В этой схеме напор горючего не связан с текущим режимом работы мотора.

На основе данных, выдаваемых датчиками на ЭБУ мотора, определяется доза, которую должен закачать насос внутрь топливной рампы. Это происходит путем открытия дозировочного клапана, после чего горючее попадает в рампу. В аккумуляторе оно имеет заданное давление, которое поддерживается регулятором.

После подачи в рампу необходимого объема топлива, ЭБУ выдает импульс для открытия инжекторов согласно работе мотора. Пока длится один цикл процесса, такая система осуществляет впрыск в три этапа:

  • предварительный (с его помощью повышается температура в к/с, что способствует быстрому процессу самовоспламенения). Их количество связано с режимом работы мотора: для без нагрузочного режима их может быть два, промежуточного – один, при максимуме мощности – ни одного;
  • основной (непосредственное обеспечение функционирования мотора);
  • дополнительный (им подогреваются газы, что способствует более полному выгоранию углерода и уменьшает вредные вещества в выхлопе).

Common Rail может дробить фазу подачи на 7-9 порций, а величина напора может достигать 300 МПа. Такие возможности позволяют увеличить цикловой объем впрыскиваемого в к/с цилиндров топлива, что незамедлительно ведет к повышению мощности автомобилей с дизельными двигателями.

Для этой системы питания требуются дизельные форсунки типа электрогидравлических и пьезоэлектрических. Управление первых происходит с помощью электромагнитных клапанов, а вторых – пьезокристаллов, что существенно повышает их быстродействие в работе.

Системе Common Rail требуется только высококачественное топливо, поскольку в них применяются сложно устроенные форсунки, собранные из высокоточных узлов и деталей. Причем требуется их полная герметичность. Если по каким-либо причинам положение клапана окажется открытым, давление в рампе упадет, и топливоподача прекратится.

Ремонт дизельных форсунок

Итак, надежное функционирование дизельных двигателей во многом зависит от того, в каком состоянии находятся топливные форсунки. Поэтому данные устройства нуждаются в постоянном внимании (диагностике) и своевременном техническом уходе. При поломке или окончательном износе их необходимо незамедлительно ремонтировать или заменять.

В автосервисе Дизель-Моторс выполняется любой ремонт дизельной форсунки, каким бы он ни был сложным, и устанавливающейся на дизельные моторы автомашин независимо от марки. При этом форсунка присваивается новый код. Нашими специалистами будет предложено наиболее качественное и недорогое обслуживание и ремонт силовой установки вашего автомобиля.

Устройство автомобилей

Система питания с насос-форсунками

Чем хороша насос-форсунка?

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.

Читать еще:  Из чего алюминиевый блок мотоцикла

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 насос-форсунки

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.

В 1994 году компания Volvo выпускает свой первый европейский грузовик FH12 с насос-форсунками, а через некоторое время такая система питания появляется на Scania и Iveco.

В сегменте легковых автомобилей первенство в освоении моторов с насос-форсунками принадлежит Volkswagen. На автомобилях этой компании дизельные моторы с насос-форсунками появились в 1998 году.
В конце 90-х годов двигатели с насос-форсунками занимали примерно 20% рынка топливной аппаратуры европейских дизелей.

Интерес к системам питания насос-форсунка (как, впрочем, и системы Common Rail) заметно возрос после появления компьютерных систем управления работой двигателя. Это позволяло эффективнее управлять подачей топлива в дизелях, используя сигналы различных датчиков, обрабатываемых электронным блоком управления. На смену механическим насос-форсункам пришли электронные.
Рассмотрим принцип работы каждой из таких форсунок.

Принцип работы механической насос-форсунки

Как указывалось выше, механическая насос-форсунка состоит из портативного топливного насоса высокого давления и распылительной части в одном корпусе. ТНВД находится в верхней части насос-форсунки, распылитель в нижней. Привод насоса высокого давления осуществляется от специальных кулачков, выполненных на распределительном валу двигателя, поэтому насос-форсунки, как правило, размещаются под клапанной крышкой и снаружи их не видно.

Принцип работы механической насос-форсунки незамысловатый. Кулачок распределительного вала через рычаг-коромысло толкает плунжер насос-форсунки, благодаря чему давление в ней резко возрастает и по достижении определенного значения поднимает иглу распылителя.
После этого топливо поступает в камеру сгорания по обычному сценарию, как и у классического дизеля. Рабочая смесь самовоспламеняется от сжатия, и расширяющиеся газы выполняют полезную работу, перемещая поршень.

Недостатки такой системы напрямую связаны с высоким развиваемым давлением, из-за чего сопрягаемые детали (кулачки распределительного вала, золотниковое запорное устройство и т. п.) интенсивно изнашиваются. Это отражается в неравномерности работы цилиндров из-за изменения фаз впрыска, и количества подаваемого топлива, появляются внутренние утечки топлива, и эффективность работы двигателя снижается. Кроме того, невозможно управлять впрыском, из-за чего механической насос-форсунке недоступен многократный впрыск, позволяющий эффективнее сжигать топливо в цилиндре двигателя.
Негативного влияния этих недостатков в значительной степени позволяет избежать применение управляемых электронных насос-форсунок, которые в последние годы постепенно вытесняют своих примитивных механических собратьев.

Электронные насос-форсунки

Управляемые электроникой насос-форсунки работают несколько иначе, чем механические. Давление создается также, как и в механической насос-форсунке – при помощи плунжера, но началом и продолжительностью впрыска «руководит» электронный блок управления двигателем. При этом количество впрыскиваемых в цилиндр порций топлива может доходить до десяти за один такт, распределенных на три основные фазы:

  • предварительный впрыск;
  • основной впрыск;
  • дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск производится для достижения плавности сгорания смеси при основном впрыске. Основной впрыск обеспечивает качественное смесеобразование на различных режимах работы двигателя. Дополнительный впрыск осуществляется для регенерации (очистки от накопленной сажи) сажевого фильтра.

Для управления впрыском топлива предназначен клапан управления, размещенный на корпусе насос-форсунки.
В зависимости от привода различают электромагнитный и пьезоэлектрический управляющие клапаны. Пьезоэлектрические клапаны пришли на смену электромагнитным клапанам благодаря высокому быстродействию. Основным конструктивным элементом клапана является игла клапана.

Форсунка с пьезоэлектрическим управлением (пьезофорсунка) является наиболее совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива. Ее основным преимуществом является быстродействие – пьезофорсунка срабатывает примерно в четыре раза быстрее форсунки, управляемой электромагнитным клапаном. Это позволяет подавать в цилиндр больше топлива за время впрыска, точнее дозировать порцию топлива, а также использовать преимущества многократного впрыска.

Управление пьезофорсунками осуществляется посредством пьезоэлемента (пьезокристалла), который способен деформироваться, т. е. изменять линейные размеры под воздействием электрических импульсов. Обычно в работе таких форсунок используется гидравлический принцип, когда в исходном положении запорная игла прижимается к седлу высоким давлением топлива. Полость, в которой размещена запорная игла такой форсунки, разделена на два объема – верхний и нижний, и в обычном состоянии давление топлива в них одинаковое. При этом усилие на иглу со стороны верхней полости превышает усилие со стороны нижней полости за счет разности поверхностей, на которых воздействует давление топлива.
Чаще всего плотная посадка иглы распылителя на седло дополнительно обеспечивается пружиной, усилие которой в системах, работающих по гидравлическому принципу, поддерживается давлением топлива.

При подаче блоком управления электрического сигнала на пьезоэлемент его длина изменяется и пьезокристалл воздействует на переключающий клапан, сбрасывая давление в верхнем объеме в сливную магистраль. Поскольку давление топлива в верхнем объеме полости резко падает, избыток давления в нижнем объеме поднимает иглу и в этот момент осуществляется впрыск.

Достоинства и недостатки насос-форсунки

Как уже отмечалось выше, насос-форсунки, в отличие от аккумуляторного впрыска системы питания Common Rail, позволяют впрыскивать топливо под давлением более 2000 бар благодаря отсутствию длинных топливопроводов высокого давления, которые нередко разрушаются при работе дизеля и являются слабым звеном классической системы питания и системы Common Rail. Повышение давления в насос-форсунках позволяет за очень короткий период впрыска подать в цилиндры больше топлива, при этом его распыление и смешивание с воздухом происходит эффективнее, и, следовательно, топливо сгорает полнее. Поэтому двигатели с насос-форсунками отличаются высокой удельной мощностью, экономичностью и экологичностью.

Помимо этого двигатели с такой системой впрыска работают тише своих собратьев с Common Rail или классической системой питания с механическим ТНВД с механическими форсунками. Кроме того, система впрыска с насос-форсунками компактнее.

Недостатки насос-форсунок не менее серьезные. Самый главный минус – это предельная требовательность насос-форсунок к качеству топлива. Вода, грязь и суррогатное топливо для них губительны.

Второй существенный недостаток – высокая стоимость насос-форсунки. Ремонт этого прецизионного узла трудноосуществим вне заводских условий. Поэтому владельцам автомобилей с такой системой питания приходится приобретать новые насос-форсунки взамен пришедших в негодность.
В качестве примера – минимальная стоимость насос-форсунки для VW Passat 2006 года – 18 тысяч рублей.

Еще одна неприятность – под колоссальным давлением насос-форсунки нередко разрушают посадочные гнезда в блоке дизельного двигателя.

Основная причина ухудшения мощностных показателей двигателей с насос-форсунками (например, система питания двигателей автомобилей FH12) – износ клапанов управления подачи топлива, следствием чего является увеличение хода клапана и резкое снижение гидравлической плотности всей системы управления. У специалистов этот дефект называется разрывом линии нагнетания.

Если сравнивать практичность насос-форсунок и системы Common Rail, то немаловажно, что система питания с насос-форсунками даже при выходе из строя одной форсунки, позволяет самостоятельно добраться до ближайшего сервиса.
Common Rail при выходе из строя хотя бы одной форсунки останавливает двигатель, блокирует его запуск до устранения неисправности и стирания из памяти блока управления возникших ошибок.

Особенности эксплуатации насос-форсунок

Самые распространенные неисправности насос-форсунок связаны с износом клапанного узла и распылителей. Причина выхода из строя этих узлов связана, прежде всего, с плохим качеством топлива и неправильной эксплуатации автомобиля с этой системой.

Ни в коем случае нельзя добавлять в бак автомобиля с насос-форсунками бензин, керосин, тормозную жидкость и прочие добавки для повышения морозоустойчивости летнего дизельного топлива.

Для повышения срока службы насос-форсунок необходимо сократить интервал замены топливных фильтров. Причем устанавливать необходимо только оригинальные, разрешенные заводом-изготовителем фильтрующие элементы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector