Что отвечает за открытие форсунок

Устройство и принцип работы инжектора

На сегодняшний день инжекторный (или, говоря по-научному, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшие карбюраторные двигатели. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

Виды инжекторных систем

Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электрические элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.

Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же электронный блок управления.

Всего существует 3 типа инжекторных систем, различающихся по типу подачи топлива:

Центральная (моновпрыск) инжекторная система

Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.

Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.

Распределенная (мультивпрыск) инжекторная система

Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У этого инжектора топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.

Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.

К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.

Система непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска – разновидность распределенной и на данный момент самая совершенная. Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом. Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она очень сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.

Виды электронных форсунок

Существует классификация электронных форсунок, основывающихся на способе впрыска топлива. Выделяют такие три разновидности:

Принцип работы инжектора

Принцип работы инжектора на автомобилях можно условно поделить на 2 части — механическую составляющую и электронную.

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей. Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенную со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Современная форсунка – электромагнитная, в ее основе лежит соленоид. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от всех датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

На основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.

При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.

Преимущества инжектора и его недостатки

Если бы в этой системе не было преимуществ, инжекторы не получили бы столь широкое распространение. Надежность инжектора многие могут оспорить, ведь автомобилисты нередко сталкиваются с проблемами и неизлечимыми болезнями системы. Тем не менее, в технологии намного больше плюсов, которые привлекают покупателей и дарят определенные выгоды в поездке.

Несмотря на то, что инжектор дороже в обслуживании и более прихотлив к качеству бензина, его надежность и возможность широкой настройки параметров опережает на сотни шагов вперед карбюратор. В конце концов, за определенный пробег два типа мотора могут выйти одинаково в цене, только карбюратору нужно будет чаще уделять внимание, а инжектор сделать один раз и надолго.

И напоследок представляем вашему вниманию видео для более полного понимания принципа работы инжектора.

Источник

Устройство форсунки двигателя

Автомобильная форсунка — устройство, отвечающее за непосредственное распыление топлива внутри камеры сгорания. Непосредственный впрыск — модификация распределенного впрыска горючего, где горючее впрыскивается в цилиндры напрямую. Форсунка — основной связывающий компонент между топливным насосом и мотором. Существует несколько модификаций данного устройства. На современных двигателях используют форсунки, которые оснащены электронным управлением впрыска. Главное предназначение форсунок:

Принцип действия форсунки

Топливо в форсунку подается под давлением. При этом блок управления мотором посылает электроимпульсы на электромагнит инжектора, которые активируют работу игольчатого клапана, отвечающего за состояние канала (открыто/закрыто). Количество поступающего топлива определяется длительностью поступающего импульса, влияющего на промежуток нахождения игольчатого клапана в открытом состоянии.

По методу впрыска современные топливные форсунки делятся на три вида – электромагнитные, электрогидравлические и пьезоэлектрические.

Проблемы и неисправности форсунок двигателя

Для поддержания нормальной работы топливной системы необходимо проводить периодическую чистку форсунок. По мнению специалистов, процедура должна выполняться каждые 20-30 тыс. км пробега, но на практике необходимость в таких работах возникает уже после 10-15 тыс. км. пробега. Это связано с некачественным топливом, плохим состоянием дорог и не всегда правильным уходом за машиной.

К самым актуальным проблемам, преследующими форсунки любого типа, относится появление на стенках деталей отложений, являющихся следствием использования низкокачественного топлива. Результатом является появление загрязнений в системе подачи горючей жидкости и возникновение перебоев в работе, потеря мощности мотором, чрезмерный расход ГСМ. Причинами, влияющими на работу форсунок, могут быть:

Надвигающиеся неполадки можно определить по ряду признаков, таких как появление незапланированных сбоев при старте двигателя, увеличение расхода топлива, появление выхлопа черного цвета, нарушение ритмичности работы мотора на холостом ходу.

Способы чистки форсунок

Существует три метода чистки форсунок:

Ультразвуковая чистка, пожалуй, самая эффективная, но имеет ряд недостатков. Так, с помощью данного метода очищаются лишь сами форсунки, другие же части топливной системы не затрагиваются. Кроме того, данный метод исключен для форсунок, в конструкции которых содержатся элементы керамики (они разрушаются под действием ультразвука).

Метод чистки инжектора через топливную рампу подразумевает присоединение к ней трубок, через которые подается специальный химический состав под высоким давлением. Подобную процедуру выполняют, как правило, на сервисе. Стоимость ее довольно высока. После данной процедуры в обязательном порядке следует заменить свечи зажигания.

Прочистка форсунок посредством специального химического состава, заливаемого в бак, зачастую малоэффективна. Химические соединения, как правило, не способны справиться с сильным загрязнением. Данный способ хорош в профилактических целях, но не для чистки непосредственно. В состав подобных соединений для чистки входят жидкие компоненты, нацеленные на удаление налета, а также мелкодисперсные частицы с абразивными свойствами. Они должны очищать топливопровод от продуктов окисления и налета, а форсунки под их воздействием должны очищаться от нагара. В результате форма распыла топлива вновь должна приобрести правильную конусообразную форму.

Источник

Общие сведения о форсунках

Калькулятор расчета производительности форсунки

Калькулятор расчета производительности форсунки онлайн

Форсунки — исполнительный механизм, предназначенный для распыления топлива во впускном тракте топливной системы или в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Существует следующие виды этих устройств — механические, электромагнитные, гидравлические, пьезоэлектрические. Форсунки для бензиновых и дизельных двигателей отличаются по принципу работы. Также в разных марках автомобилей форсунки работают с разным напряжением и давлением. Обо всем этом и многом другом мы расскажем вам в данном материале.

Типы форсунок

Охарактеризуем каждый из перечисленных типов в отдельности, и начнем с электромагнитных форсунок. Они устанавливаются в бензиновые двигатели. Форсунки состоят из следующих составных частей — электромагнитного клапана, распылительной иглы и сопла.

Электромагнитная инжекторная форсунка

Дизельная электрогидравлическая форсунка

Принцип их работы достаточно прост. При поступлении команды от ЭБУ автомобиля на электромагнитный клапан подается напряжение, благодаря чему в нем создается магнитное поле, которое втягивает иглу, тем самым освобождая канал в сопле. Соответственно, через него проходит топливо. Как только напряжение на клапане исчезает, игла под воздействием обратной пружины вновь перекрывает сопло и бензин более не подается в цилиндры.

Следующий тип — электрогидравлические форсунки. Они используются в дизельных двигателях, в том числе, созданных по системе Common Rail. Такие форсунки имеют более сложную конструкцию. В частности, в их состав входят впускной и сливной дроссели, электромагнитный клапан и камера управления. Работа форсунки выполняется следующим образом.

Движение основано на использовании давления топлива как во время впрыска, так и по его прекращению. В начальном положении электромагнитный клапан обесточен, и соответственно, закрыт. При этом игла форсунки прижата к своему седлу под естественным давлением топлива на поршень в камере управления. То есть, впрыск топлива не происходит. Поскольку диаметр иглы гораздо меньше диаметра поршня, то давление на нее больше.

Когда на электромагнитный клапан подается сигнал от ЭБУ тот открывает сливной дроссель. Соответственно, топливо начинает вытекать в сливную магистраль. Однако впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений между камерой управления и впускной магистралью. Соответственно, давление на поршень снижается медленно, а давление на иглу не меняется. Поэтому игла под разностью давлений поднимается и происходит топливный впрыск.

Третий тип — это пьезоэлектрические форсунки. Они считаются самыми совершенными, и используются на дизельных двигателях, снабженных системой подачи топлива Common Rail. В конструкцию такой форсунки входят пьезоэлемент, толкатель, переключающий клапан, игла.

В момент, когда топливо не поступает через форсунку, ее игла сидит плотно в своем седле, так как на нее давит высокое давление топлива. Когда от ЭБУ поступает сигнал на пьезоэлемент, который является исполнительным механизмом, то в этот момент он увеличивается в размере (в длину), и таким образом выталкивает поршень. Вследствие этого происходит открытие клапана, и через него топливо попадает в сливную магистраль. Давление в верхней части иглы снижается и игла поднимается. При этом происходит впрыск топлива.

Основное преимущество пьезоэлектрических форсунок заключается в высокой скорости их срабатывания (приблизительно в 4 раза быстрее гидравлических). Это дает возможность осуществлять многократный впрыск топлива за один рабочий цикл двигателя. В процессе подачи количество подаваемого топлива можно контролировать двумя путями — временем воздействия на пьезоэлемент, а также давлением топлива в рампе. Однако у пьезоэлектрических форсунок есть один существенный недостаток — их неремонтопригодность.

Работа электромагнитной форсунки инжекторного двигателя

Работа форсунки в системе Common Rail

Поскольку принцип работы дизельных форсунок несколько сложнее, чем бензиновых, то имеет смысл рассмотреть более детально алгоритм их работы на примере форсунки Common Rail ранних выпусков.

Как работает дизельная форсунка

На основании полученной информации ЭБУ управляет разными элементами двигателя, в том числе и топливными форсунками. В частности, на какой промежуток времени и когда именно их открывать (момент открытия).

Форсунка дизельного двигателя работает в трех фазах:

Далее перейдем к рассмотрению алгоритма, в соответствии с которым работает форсунка дизельного двигателя:

Любая топливная форсунка характеризуется следующими техническими параметрами:

При выходе за допустимые пределы хотя бы одного из перечисленных параметров форсунка будет работать некорректно, и образовывать некачественную топливно-воздушную смесь. А это, в свою очередь, плохо скажется на работе двигателя вашего автомобиля.

Также существуют отдельный вид форсунок для инжекторных двигателей с непосредственным впрыском. Их основное отличие — высокая скорость срабатывания, а также повышенное напряжение, на котором они работают. Рассмотрим их более детально.

Форсунки для двигателя с непосредственным впрыском

Устройство форсунки FSI

Эти форсунки имеют также другое название — GDI (FSI). Оно было придумано в недрах компании Mitsubishi, когда ее инженеры стали производить двигатели с непосредственным впрыском топлива, работающих на сверхобедненных смесях. В основе их работы лежит точный выбор времени срабатывания поднятия и опускания рабочей иглы.

Так, в обычных инжекторных двигателях время открытия форсунки составляет порядка 2. 6 мс. А форсунки в двигателях, работающих на сверхобедненных смесях — около 0,5 мс. Поэтому обычная подача стандартных 12 В на форсунку уже не может обеспечить необходимую скорость срабатывания. Для реализации этой задачи они работают по технологии Peak-n-Hold, что в переводе означает “пиковое напряжение и удержание”.

Суть этого метода заключается в следующем. На форсунку подается высокое напряжение (например, на форсунки упомянутой компании Mitsubishi подается напряжение со значением около 100 В). Благодаря этому катушка очень быстро достигает насыщения. При этом ее обмотка не перегорает по причине имеющейся противоЭДС. А для удержания сердечника в катушке необходимо магнитное поле с меньшим значением. Соответственно, нужен и меньший ток.

График тока и напряжения на форсунке GDI

То есть, рабочий ток в катушке сначала очень быстро нарастает, а потом быстро падает. В этот момент наступает фаза Hold (удержания). То есть, время впрыска горючего составляет от начала подачи импульса до второго индуктивного выброса. Такие методы используют автопроизводители Mitsubishi и General Motors.

Однако производители Mercedes и VW пользуются разработками компании BOSCH. В соответствии с их методом система не уменьшает напряжение, а использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Задача по реализации этого алгоритма возложена на специальный блок — Driver Injector. Как правило, он расположен неподалеку от форсунок (например, компании Toyota и Mercedes располагают блок в горизонтальном положении в районе чашки амортизаторов, что является на сегодняшний день оптимальным решением).

ШИМ на форсунке FSI

Все двигатели FSI мощностью более 90 л.с. оснащаются усовершенствованной топливной системой. Ее отличием является:

Что касается эксплуатации двигателей GDI, то стоит отметить, что он очень чувствителен к качеству топлива, своевременной замене топливного фильтра. Необходимо не забывать проводить чистку топливной системы и своевременно менять масло.

Преимущества и недостатки топливных форсунок

Несомненно, топливные форсунки обладают преимуществами перед традиционным карбюратором. В частности, к ним относят:

Однако у форсунок есть и свои недостатки. Среди них:

Однако несмотря на имеющиеся недостатки, на сегодняшний день форсунки используются в большинстве автомобильных бензиновых и дизельных двигателей как более технологичные и экологичные системы впрыска горючего. Что касается дизельных моторов, то там произошла замена старых механических форсунок на более новые с электронным управлением.

Расположение форсунок

В зависимости от типа форсунок и метода впрыска расположение форсунок может быть различным. В частности:

Независимо от того, где установлена форсунка, в процессе своей работы она загрязняется. Поэтому необходимо проводить периодическую проверку их состояния и производительности. В соответствующих статьях на сайте вы можете узнать подробно: как проверить состояние дизельных форсунок коммон рейл, осуществить проверку насос-форсунок или проверить инжекторные форсунки.

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.

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 (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.

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.

Графики импульсов напряжения на форсунках

Приведенные на рисунке графики помогут нам ответить на вопрос — какое напряжение подается на форсунку. Чем длительнее импульсы напряжения, подаваемого на форсунку, тем усредненное рабочее напряжение будет выше (длительность импульсов у большинства машин находится в пределах 1. 15 мс). А длительные импульсы подаются на высоких рабочих оборотах двигателя. Соответственно, чем выше эти самые обороты — тем выше будет усредненное рабочее напряжение на форсунках. То есть, на форсунки подаются рабочие 12 В (на самом деле немного меньше из-за незначительного падения напряжения на управляющем транзисторе), однако в импульсе.

Некоторые автовладельцы пытаются открыть форсунку простой подачей тока от АКБ с целью почистить ее. Необходимо понимать, что напряжение напрямую от аккумулятора подавать на форсунку нельзя, поскольку существует риск того, что она выйдет из строя (сгорит ее обмотка). Импульс на устройство подается через транзисторный ключ. Действует он кратковременно, так как обмотка в форсунке быстро нагревается и может попросту сгореть. В процессе работы двигателя время открытия контролирует ЭБУ, а ее естественное охлаждение, пусть и незначительное, осуществляет поступающее топливо.

Как указывалось выше, автопроизводители используют форсунки с разным рабочим напряжением. Поэтому идеальным решением будет посмотреть эту информацию в мануале автомобиля или на сайте изготовителя. Если же вы не можете найти эти сведения, то к подбору напряжения для открытия форсунки нужно подойти осторожно.

На практике чтобы открыть форсунку, опытные автомобилисты советуют использовать специальный стенд. Однако можно обойтись и более простыми приспособлениями. Например, купить китайский блок питания с выходным напряжением, регулируемым в пределах 3. 12 В (обычно с шагом в 1,5 В). Схема подключения обязательно должна иметь кнопку без устойчивого положения (например, от квартирного звонка). Для открытия форсунки стоит подавать сначала самое маленькое напряжение, увеличивая его в случае, если форсунка не открылась.

Также можно воспользоваться аккумуляторной батареей от шуруповерта. Разобрав ее, вы увидите так называемые “банки” — маленькие аккумуляторы. Каждая из них выдает напряжение 1,2 В. Соединяя их последовательно, можно добиться нужного напряжения для открытия форсунки.

Управление форсунками

Как упоминалось выше, управление форсунками происходит с помощью электронного блока управления (ЭБУ) автомобиля. На основе информации, поступающей от многочисленных датчиков, его процессор принимает решения о том, какие импульсы подавать на форсунку. От этого зависят обороты двигателя и режим его работы.

Так, входными данными для контроллера являются:

Программа, вшитая в контроллер ЭБУ, позволяет выбрать оптимальный режим работы двигателя с тем, чтобы сэкономить топливо, выбрать номинальный режим работы двигателя и обеспечить комфортную эксплуатацию автомобиля.

Заключение

Несмотря на простоту своего устройства, топливные форсунки при ненадлежащем уходе за ними, могут принести автовладельцу немало хлопот. Так, в случае, если они забились, машина утратит свои динамические характеристики, появится перерасход горючего, в выхлопных газах будет большое количество гари. Поэтому рекомендуем вам следить за состоянием топливных форсунок двигателя вашего автомобиля, и периодически очищать их. Помните, что неисправности с этими, по сути, пустяковыми и дешевыми деталями могут обернуться проблемами с более дорогостоящими узлами вашего автомобиля.

Источник