Топливные форсунки: устройство и принцип действия
Форсунки — основной элемент дизельных двигателей и бензиновых двигателей с системой впрыска топлива (инжекторов). На сегодняшний день существует несколько принципиально разных типов форсунок, которые находят применение в двигателях различных конструкций. Обо всем этом — читайте в представленной статье.
Назначение и виды форсунок
В дизельных и инжекторных бензиновых двигателях применяются системы впрыска топлива, в которых главную роль играют форсунки — специальные устройства, распыляющие топливо в камере сгорания. В основе работы бензиновых и дизельных форсунок лежит одинаковый принцип: топливо распыляется, проходя под высоким давлением через сопло особой формы (они создают топливный факел, в котором жидкое топливо разбивается на микроскопические капли и смешивается с воздухом).
Однако форсунки инжекторных бензиновых моторах работают под относительно небольшим давлением в единицы атмосфер, в то время как форсунки дизельных двигателей работают под давлением в сотни, а иногда и в тысячи атмосфер.
На сегодняшний день применение находят четыре типа форсунок:
— Механические;
— Электромагнитные (электромеханические);
— Электрогидравлические;
— Пьезоэлектрические.
Каждый тип форсунок имеет свои особенности и сферы применения.
Механические форсунки
Механическая форсунка — это «классическое» решение, которое применяется многие десятилетия и сейчас не теряет своей актуальности. Механическая форсунка — это, в сущности, клапан, открываемый при достижении определенного давления. Основу такой форсунки составляет корпус, внутри которого находится игла, которая под действием пружины закрывает сопло. Топливо от ТНВД под давлением поступает в кольцевую камеру между корпусом и иглой и приподнимает иглу — в этот момент открывается сопло, и топливо распыляется в камеру сгорания. При снижении давления игла снова закрывает сопло.
Механическая форсунка очень проста и надежна, однако она не может обеспечить характеристик, которые предъявляются к современным дизельным двигателям. Поэтому ее постепенно вытесняют другие типы форсунок.
Электромагнитные форсунки
Электромагнитная форсунка отличается от механической тем, что игла в ней поднимается под действием встроенного электромагнита по сигналу от контроллера. Электромагнит обычно располагается в верхней части форсунки, игла соединена с якорем электромагнита, поэтому при подаче напряжения она поднимается вверх и открывает сопло.
Сегодня обычные электромагнитные форсунки используются на инжекторных бензиновых двигателях, так как они плохо работают под теми высокими давлениями, которые необходимы для дизелей.
Электрогидравлические форсунки
Электрогидравлическая форсунка объединяет в себе преимущества электромагнитной и механической форсунок. В форсунке этого типа топливо давит на иглу с двух сторон — сверху и снизу, где находятся топливные камеры. Обе камеры связаны между собой, поэтому давление топлива в них равно и игла закрывает сопло. Однако верхняя камера (она называется камерой управления) через электромагнитный клапан связана со сливной магистралью, а топливо из впускной магистрали поступает в эту камеру через канал с сужением — дросселем.
Принцип действия электрогидравлический форсунки сводится к следующему. Когда клапан закрыт, игла прижата к седлу и закрывает сопло. При подаче на клапан импульса он открывается, топливо из камеры управления поступает в сливную магистраль и давление в камере резко падает — в этот момент игла, на которую топливо теперь давит только снизу, открывается, происходит впрыск. Камера управления в момент открытия форсунки остается связанной с впускной магистралью, однако впускной дроссель не дает топливу быстро заполнить эту камеру.
Электрогидравлическая форсунка получила широкое распространение в дизельных двигателях, в том числе и в системах впрыска топлива Common Rail. Эти простые и надежные устройства обеспечивают длительную и качественную работу двигателя.
Пьезоэлектрические форсунки
Пьезоэлектрические форсунки — наиболее современное и надежное решение, которое сегодня находит все более широкое применение на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. В целом принцип действия этой форсунки повторяет принцип, заложенный в форсунках электрогидравлического типа, однако в ней клапан, открывающий путь топливу из верхней камеры в сливную магистраль, срабатывает под действием пьезоэлектрического кристалла.
Как известно, в ряде кристаллов наблюдается пьезоэлектрический эффект — под воздействием внешней силы они деформируются с образованием электрического заряда. Такие кристаллы подвержены и обратному эффекту — под действием электричества они деформируются, изменяя свои размеры. В пьезоэлектрических форсунках используются кристаллы, которые при подаче напряжения увеличивают свою длину и толкают собой поршень клапана, выпускающего топливо из верхней камеры в сливную магистраль.
Большое преимущество пьезоэлектрических форсунок — их быстродействие. Изменение длины кристалла и открытие клапана в них происходит в среднем в 4 раза быстрее, чем открытие клапана электромагнитного типа. Это открыло путь к реализации многократного впрыска за один такт, что улучшает характеристики двигателя. В современных дизельных моторах впрыск может производиться до девяти раз за один такт.
Другие статьи
#Омывающие жидкости
29.09.2023 | Статьи о запасных частях
Зима и лето, два полюса, между которыми меняется весь наш мир. И в этом мире существуют омывающие жидкости — помощники, которые обеспечивают нашу безопасность на дороге. В этой статье мы окунемся в мир омывающих жидкостей и узнаем, какие они бывают, от чего зависит их температура замерзания и как их правильно выбрать.
#Рассухариватель клапанов
21.06.2023 | Статьи о запасных частях
Замена клапанов двигателя внутреннего сгорания затрудняется необходимостью съема сухарей — для этой операции используются специальные рассухариватели клапанов. Все об этом инструменте, его существующих типах, конструкции и принципе действия, а также о его выборе и применении читайте в данной статье.
#Переключатель света с регулировкой шкалы
14.06.2023 | Статьи о запасных частях
Во многих отечественных автомобилях ранних выпусков широко использовались центральные переключатели света с реостатом, позволяющим регулировать яркость подсветки приборов. Все о данных устройствах, их существующих типах, конструкции, работе, а также об их правильном выборе и замене читайте в статье.
#Пластина распределителя зажигания
07.06.2023 | Статьи о запасных частях
Одной из основных деталей распределителя зажигания является опорная пластина, отвечающая за функционирование прерывателя. Все о пластинах прерывателя, их существующих типах и конструктивных особенностях, а также о подборе, замене и регулировках данных компонентов подробно рассказано в данной статье.
Почему льют форсунки и как с этим справиться
О чем речь? Если форсунка пропускает топливо тогда, когда это не нужно, это сказывается на производительности автомобиля. Ухудшается качество езды вплоть до полной невозможности завести двигатель. В этом случае нужно выяснять, почему льют форсунки.
На что обратить внимание? Оснований для проблемы немало – нарушение герметичности деталей, грязные фильтры, нерабочее состояние топливного насоса и пр. Ремонт производится в зависимости от причины: это либо чистка, либо полная замена элемента.
В этой статье:
- Что такое форсунки
- Почему льют форсунки на бензиновом двигателе
- Почему льют форсунки у дизельного двигателя
- Диагностика льющих форсунок
- Устранение и предотвращение проблемы льющих форсунок
7 обязательных шагов для организации СТО
Шаг 5 упускают 68% предпринимателей
Что такое форсунки
С тех пор как был изобретен автомобиль, его топливная система претерпела значительные изменения. В наши дни авто расходует гораздо меньше топлива, так как имеется возможность плавно регулировать обороты. А удается это благодаря форсункам двигателя, которые дозированно подают топливную смесь и являются составными элементами инжекторной системы. Эта система – следующая ступень карбюраторной технологии и во много превосходит последнюю по всем характеристикам. Но и в инжекторе, как и в любом другом механизме, могут возникать неполадки.
Поломки случаются с форсунками как бензиновых, так и дизельных автомобилей.
Через форсунку осуществляется впрыск топлива под давлением. Важно знать и уметь правильно ее проверять при возникновении проблем с запуском двигателя.
Другое название топливных форсунок – инжектор. Этот элемент применяется в ДВС, работающих на бензине или дизеле. Он необходим для равномерной подачи топливной смеси, чтобы обеспечивать максимально эффективное ее сгорание. Механика работы у всех инжекторов примерно одинаковая, но конструкция каждого мотора вносит свои корректировки в характеристики применяемых форсунок.
По своей сути форсунка – это маленький, но мощный насос, который подает под сильным давлением узкую струю топлива. Это основной элемент инжекторной системы.
В основе работы форсунки – электромагнитный клапан, работающий по специальной программе, которую устанавливают в управляющий блок двигателя на заводе. Благодаря этому клапану обеспечивается дозированная подача горючего в цилиндры. Именно организованную систему форсунок и называют инжектором.
По своим целям форсунки делятся на три вида:
- для распределенного впрыска;
- для центрального впрыска;
- для непосредственного впрыска.
Режим подачи горючего к каждой форсунке и степень его давления определяется блоком управления и регулируется электрическими импульсами, которые идут от него к электромагниту. Эти импульсы открывают специальный игольчатый клапан, когда это необходимо, и таким образом происходит регуляция количества горючего, которое поступает через форсунку в цилиндр. Пока импульс действует, клапан держится открытым, топливо продолжает поступать, и происходит впрыск. Длительность этого процесса регулирует блок управления двигателем.
Механизм форсунки дает возможность регулировать не только длительность подачи топлива, но и угол его струи, а также форму его факела. Все это позволяет тонко настраивать параметры сгорания топливной смеси в двигателе.
В дизельных и бензиновых агрегатах используются разные форсунки, так как у них отличаются условия полного сгорания смеси. Основное их различие – в создаваемом давлении: для дизельного двигателя оно должно быть гораздо выше.
Периодически от автолюбителей можно услышать вопрос, почему форсунки льют в обратку. Речь идет о пропускании топлива в неподходящее для этого время.
Почему льют форсунки на бензиновом двигателе
Чтобы двигатель работал стабильно и без перебоев, должны соблюдаться некоторые условия: герметичность шлангов и сальников, правильное отмеривание топлива и корректная работа форсунки. Если начинает течь элемент впрыска, то КПД двигателя падает, ведь распыление горючего происходит не так, как это задумывалось производителем, – меняется форма факела, мотор начинает дымить черным или серым цветом или вообще с трудом заводится, расход топлива увеличивается.
Чтобы понять, почему льет бензиновая форсунка, необходимо локализовать проблему. Причина может быть в грязном фильтре или сломанном топливном насосе, а также плохих свечах. Иногда проблема скрывается в ГРМ или поврежденной бобине.
Основной симптом, по которому можно распознать нерабочую форсунку, – неполадки с запуском двигателя. В особенности это касается холодного силового агрегата. Стоит обратить внимание и на увеличение расхода горючего и нестабильную работу двигателя на холостом ходу. В последнем случае звук мотора похож на троение – может сложиться впечатление, что один из цилиндров просто не работает.
Почему же льют форсунки?
Во-первых, двигатель подергивает на холостом ходу и при малых нагрузках. Степень этого подергивания уменьшается, когда двигатель разогревается, – так происходит оттого, что в горячем моторе горючее испаряется лучше, даже при проблемах со впрыском.
Вторым часто встречающимся симптомом являются проблемы с запуском мотора – как правило, чтобы его завести, приходится совершить две-три попытки. В чем может быть причина, почему льют форсунки на бензиновом двигателе? Неполадка кроется в том, что форсунка протекает при выключенном двигателе – из-за этого в рампе падает давление, которое не успевает восстановиться топливным насосом, поскольку при запуске он работает всего пару секунд, а затем выключается программой. Но при многократных попытках запустить двигатель давление в рампе доходит до нормального, и мотор все-таки заводится.
Другим следствием возникшей проблемы становится значительное обеднение топливовоздушной смеси, которое происходит, даже если бензин льет только одна форсунка. Почему же многие автолюбители игнорируют сигнал, который загорается при этом на приборной панели? Большинство из них считает, будто неисправен датчик. Однако необходимо учитывать, что, помимо ухудшения горения такой обедневшей смеси, возрастает и чувствительность к детонации.
Характерные признаки, по которым можно распознать нерабочую форсунку при езде:
- Рывки автомобиля, особенно заметные при ускорении. Педаль акселератора отзывается с ощутимой задержкой.
- Подергивания после переключения скорости, сбросе газа и просто на ходу.
- Очень сильное ухудшение тяги, заметная деградация разгонных характеристик.
Если проблемы с элементами впрыска не решить сразу после обнаружения, то это окажет отрицательное влияние на ресурс двигателя и коробки передач. Эксперты предупреждают, что ездить на автомобиле с неисправной форсункой может быть очень опасно – особенно на крутом подъеме или при обгоне.
Почему льют форсунки у дизельного двигателя
На дизельных двигателях форсунки изнашиваются и выходят из строя быстрее, чем на бензиновых. Виной тому, помимо изначально разных принципов работы, низкое качество горючего и чрезмерно загрязнение топливного фильтра. Впрочем, те же источники проблем актуальны и для бензиновых агрегатов.
Обычно неполадки в дизельных форсунках быстро распознаются автовладельцами. Однако если у водителя недостаточно опыта, то быстро понять, в чем проблема, у него не получится. Дело в том, что автомобиль начинает ехать лучше, если на дизельном двигателе льют форсунки. Почему? Это происходит оттого, что неисправная форсунка может подавать больше топлива в камеру сгорания – из-за такой богатой смеси автомобиль едет лучше обычного.
Однако эта плавная езда длиться будет недолго и скоро станет причиной куда более крупной поломки. Спустя какое-то время вы заметите, что мотор стал дымить при запуске, холостой ход утратил стабильность, а обороты плавают.
Если ничего не предпринять, то расход горючего увеличится в несколько раз, а двигатель будет дымить при любом нажатии на педаль газа. Также у некоторых может возникнуть вопрос, почему если форсунка постоянно льет дизель, то мотор может заклинить. Из-за перелива горючее постепенно начинает попадать в масло через кольца. В этом случае уровень масла увеличивается, само оно разбавляется топливом, и поэтому его смазочные свойства ухудшаются – детали двигателя перестают смазываться, и он клинит. Исправление такой поломки выльется в крупную сумму.
Форсунки двигателя: основные виды и частые неисправности
Топливные форсунки — это компоненты системы впрыска силового агрегата автомобиля. Они подают в камеру сгорания топливно-воздушную смесь в нужное время и в определенном объеме. Это обеспечивает правильную работу мотора и минимизирует образование вредных продуктов сгорания, которые загрязняют атмосферу.
Устройства пришли на смену морально устаревшим карбюраторам и сейчас устанавливаются во все автомобильные ДВС. Разберем подробнее, что из себя представляет эта деталь, узнаем принцип работы форсунки, признаки неисправностей и способы устранения неполадок.
Зачем нужна топливная форсунка в ДВС
Для нормальной работы силового агрегата машины необходимо обеспечить несколько условий. Главный фактор — способ распыления топливо-воздушной смеси в цилиндре. Бензин или солярка должны поступать в виде мелкодисперсной взвеси, которая быстро воспламеняется и толкает поршень. При проектировании ДВС инженеры решают несколько задач:
- смешать топливо с воздухом в нужных пропорциях;
- подать его в цилиндр в виде мельчайшей взвеси, которая заполнит весь объем;
- впрыснуть ТВС так, чтобы поршень в это время находился в нужном положении в цилиндре.
Для этой цели в автомобилях устанавливают систему впрыска, основными элементами которой являются форсунки ДВС. Они нужны для смешивания топлива и воздуха с последующим разбрызгиванием в форме «факела» определенной конфигурации в строго установленное время. От этого напрямую зависит стабильность работы мотора и содержание вредных компонентов в выхлопных газах.
В новых моделях двигателей внутреннего сгорания форсунки обеспечивают послойную подачу дизеля или бензина, что делает силовые агрегаты экономичными и экологичными без потери мощности.
Разновидности инжекторных систем
Эти устройства в системах впрыска заменили собой классические карбюраторы. Сначала инженеры использовали одну форсунку. Она располагалась в коллекторе и впрыскивала только топливо. Смешивание с воздухом происходило перед поступлением в цилиндр через клапан.
В следующих поколениях моновпрыск заменили на распределенный. В этом случае форсунки устанавливаются для каждого цилиндра отдельно. Именная такая схема в усовершенствованном виде используется сейчас. Морально устаревшие машины с карбюраторами и моновпрыском сейчас не выпускаются, хотя продолжают использоваться на дорогах.
Бензиновые или дизельные форсунки требуют подачи топлива. Для нагнетания нужного давления применяется ТНВД или подкачивающий насос. Есть также устройства для впрыска, в которых уже встроен небольшой насос.
Кроме того, эти детали отличаются местом расположения сопел:
- Во впускном коллекторе;
- В форкамере (в дизелях);
- В цилиндре (автомобили с прямым впрыском).
Наиболее современной считается система впрыска ТВС Common Rail. У нее насос высокого давления нагнетает дизельное топливо в топливную рампу. Находящаяся там солярка впрыскивается форсунками в нужное время по команде от электронного блока. Положение распорядительного вала влияния на момент срабатывания не оказывает.
Внедрение Common Rail позволило избавиться от пульсации во время работы насоса. В новых транспортных средствах смесь подается равномерно и реализован ступенчатый впрыск, состоящий из трех разных фаз.
Как работают форсунки
Впрыск топлива в камеру сгорания производится в любом типе мотора. Форсунки равномерно впрыскивают ТВС в виде облака, чтобы обеспечить ее воспламенение. Схема работы этих деталей схожа, отличаются только внутреннее устройство и характеристики.
Назначение форсунки в дизельном двигателе:
- дозирование ТВС;
- разбрызгивание в виде факела для повышения эффективности сгорания;
- экономия топлива;
- уменьшение количества вредных выбросов.
Принцип работы форсунки дизельного двигателя напоминает функционирование насоса и клапана одновременно. В нее попадает топливная смесь, которая затем впрыскивается в камеру сгорания.
- Насос для подачи топлива закачивает бензин или дизель и создает в системе избыточное давление.
- Контроллер, управляющий работой мотора, определяет момент, в который нужно подать ТВС в цилиндр и объем смеси.
- По команде от ЭБУ срабатывает клапан и форсунка впрыскивает топливо для последующего воспламенения.
В действительности форсунки работают сложнее, обеспечивая послойную подачу смеси.
Конструкция форсунки
В зависимости от типа силового агрегата схема форсунки может отличаться. Также меняется место ее установки. В моносистемах она заменяла карбюратор и находилась возле дроссельной заслонки. В моторах с распределенным впрыском эта деталь расположена на впускном коллекторе. В ДВС с прямым впрыском она вставлена в головку блока для каждого из цилиндров.
Из чего состоит форсунка:
- корпус устройства;
- фильтр для очистки топлива;
- игла или запорный клапан;
- одно или несколько сопел для распыления.
Устройство форсунки может отличаться в зависимости от ее типа.
Разновидности форсунок
Системы впрыска в дизельных и бензиновых агрегатах отличаются. Это связано с разными принципами функционирования моторов. Например, для воспламенения солярки в цилиндре нужно создать намного большее давление.
Разберем основные виды устройств:
Механические
Эти модели морально устарели и сейчас встречаются в дизельных машинах, выпущенных десятки лет назад. Механическая форсунка срабатывает в зависимости от давления топлива в системе. Для его создания используются насосы. В момент подачи смеси жидкость воздействует на иглу и поднимает ее, после чего через открывшееся сопло происходит впрыск.
После подачи солярки в цилиндр давление падает, пружина возвращает иглу в прежнее положение, сопло закрывается до следующего цикла.
Электромагнитные
Производители устанавливают их в бензиновые и дизельные моторы. Деталь состоит из корпуса, в котором установлен запорный клапан и сопло. Как работает дизельная форсунка с электромагнитом? Клапан в ней открывается под действием электрического импульса, который создает электронный блок управления мотором.
При подаче напряжения на обмотку возникает электромагнитное поле, которое поднимает иглу и открывает сопло. Топливо-воздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания и воспламеняется. Обратное движение после отключения подачи тока производится за счет пружины. Момент открывания определяет электроника в зависимости от режимов работы силового агрегата.
Электрогидравлические
Разберем, как работает форсунка этого типа. В основу функционирования положена разница давлений жидкости. Топливо в них подается в нижнюю и верхнюю камеру. Первоначально давление смесей одинаковое, а пружина удерживает иглу, которая закрывает сопло.
При подаче импульса открывается электромагнитный клапан, из-за чего объем жидкости в верхней камере в верхней камере уменьшается. Топливо вытекает обратно. В это время топливо под давлением в нижней камере поднимает иглу, вследствие чего происходит впрыск.
Пьезоэлектрические
Конструктивно эти модели похожи на электрогидравлические. Но для работы привода используется пьезоэлектрический элемент. Он представляет собой несколько пластин из керамики (кристаллов), соединенных друг с другом. При подаче электрического импульса они увеличиваются в размерах, вследствие чего срабатывает запорный клапан. Давление в верхней камере падает, сопло открывания и топливо попадает в цилиндр.
Благодаря такому принципу действия форсунки, игла двигается очень точно. Быстродействие в сравнении с электромагнитными моделями увеличивается в 4 раза.
Форсунки с насосами
Эти детали системы впрыска объединяют в себе клапан с соплами и насос, который создает нужное давление. Такое устройство дизельной форсунки позволяет отказаться от ТНВД. Они устанавливаются в каждый из цилиндров и впрыскивают топливо в камеру сгорания.
Для нагнетания давления используется плунжерный насос, работающий за счет вращения распределительного вала. Клапаны открываются с помощью электромагнита или пьезоэлектрического элемента. Работой всей системы управляет контроллер, который отдает команды на основе данных с датчиков.
Форсунки для двигателей с ГБО
Полноценно использовать газ в качестве топлива для моторов внутреннего сгорания стало возможным после появления распределенного впрыска. По этой схеме сделано ГБО четвертого поколения. С помощью форсунок инженеры смогли смешать в правильных пропорциях газообразное топливо и воздух. Так они обеспечили полное сгорание смеси в цилиндрах.
Благодаря системе впрыска удалось избавиться от основной проблемы автомобилей на газу — прогорания клапанов и перерасхода топлива из-за досрочного воспламенения смеси.
Особенность работы газобаллонного оборудования последнего поколения в том, что топливо сначала подается в редуктор, где происходит его переход из жидкой в газообразную фазу. После этого оно попадает форсунку, через которую происходит впрыск.
В автомобилях, работающих на газе, используются форсунки нескольких типов:
- Штоковые. Морально устаревший вариант с электромагнитом. Их минусы — низкая скорость и точность срабатывания. Из-за этого их нельзя применять в системах с трехфазным впрыском. Однако они могут работать с загрязненным газом, не портятся от колебаний давления.
- Игольчатые. Они имеют надежную конструкцию и точнее впрыскивают смесь в камеру сгорания. Газ подается внутрь через соленоид со штоком и запорной иглой. В процессе срабатывания происходит продувка внутренней камеры. Это увеличивает срок ее службы и время между очередными регламентными обслуживаниями.
Производители выпускали также устройства с запорными механизмами тарельчатого и мембранного типа, но они не получили широкого распространения из-за низкой скорости работы и маленького времени эксплуатации.
В системах подачи газа пятого поколения инженеры отказались от редуктора. Газ поступает в форсунку жидким и впрыскивается по фазам. Благодаря этому эффективность работы мотора увеличивается, а расход топлива снижается.
Если на автомобиле установлено газовое оборудование, не стоит использовать классические бензиновые форсунки. Они не могут работать в нужных режимах, быстро выходят из строя и не обеспечивают нужных режимов работы мотора.
Фильтр форсунки
Для очистки топлива и воздуха от посторонних включений в автомобиле предусмотрены фильтры. Отдельный очищающий элемент встроен в корпус форсунки. Он задерживает мельчайшие загрязнения и предотвращает поломку запорной иглы с соплом.
Производители устанавливают пористые фильтры, которые во время техобслуживания можно промывать или заменять. В автомобилях с ГБО очистка происходит за счет действия центробежных сил. Посторонние включения удаляются благодаря спиральному движению газа в корпусе.
На очередном ТО необходимо убедиться в чистоте фильтра и, при необходимости, очистить его от загрязнений.
Факел распыла
Главным критерием оценки работы форсунки является форма факела при распыле топлива. Струя топливо-воздушной смеси из сопла формируется в виде конуса определенных размеров и конфигурации. Если он правильный, смешивание происходит в нужных пропорциях, взвесь не оседает на стенках цилиндра и не попадает в него струей.
Форма факела зависит от места установки форсунки — в коллекторе или камере сгорания. Количество подаваемой ТВС, размер капли и форма облака определяются при разработке двигателя. Если эти параметры не будут соответствовать штатным, мотор будет работать неправильно. ДВС теряет мощность, а срок его эксплуатации уменьшится.
Также важным параметром является объем, который форсунка может наполнить за минуту при подаче жидкости под давлением 3 Бар. В автомобильной промышленности используются устройства производительностью от 180 до 240 см3 в мин. В технической документации эти значения могут указываться в фунтах в час, так как эта единица измерения принята в США.
Причины неисправности форсунок
Во время работы форсунок дизельного двигателя возникают поломки, которые не позволяют эксплуатировать автомобиль в штатном режиме. Они могут быть вызваны некачественным топливом, износом механических и электрических компонентов, засорением фильтров и сопел. Проблема может быть связана с потерей герметичности уплотнителей.
Порядок устранения неисправностей зависит от вида неисправности. Некоторые дефекты можно устранить промывкой и чисткой. В более сложных случаях придется менять деталь на новую.
Симптомы неправильной работы системы впрыска автомобиля:
- проблемы с запуском мотора;
- большой расход солярки или бензина;
- потеря двигателем мощности и ухудшение динамики разгона;
- нестабильная работа на холостом ходу;
- выход из строя катализатора или сажевого фильтра.
Форсунка может не работать по следующим причинам:
- топливо не проходит к соплам из-за засоренного фильтра;
- игольчатый клапан неплотно закрывает отверстие из-за попадания в него посторонних частиц и грязи;
- топливо не впрыскивается в камеру сгорания через забитое сопло;
- произошло короткое замыкание в катушке, что не позволяет отдать команду форсунке на срабатывание;
- оборвался кабель к блоку управления двигателем.
Наиболее частая проблема — забивание форсунок из-за топлива низкого качества и накопления нагара на внутренних поверхностях. Избавиться от проблемы можно путем промывки. Она проводится самостоятельно или в сервисных центрах по обслуживанию авто.
В каких случаях нужно промывать форсунки
Топливо для двигателей внутреннего сгорания содержит присадки, которые смывают налет и не дают ему накапливаться на поверхностях мотора. Но процесс воспламенения сопровождается выделением продуктов горения, которые постепенно откладываются на форсунке. Из-за микроскопических размеров сопла оно может быстро забиться и в цилиндр не попадает нужное количество ТВС.
Проблема проявляется в виде пропусков зажигания и «дрожании» стрелки тахометра, сбоях двигателя при работе на холостом ходу.
В случае обнаружения перечисленных симптомов нужно промыть форсунку. Сделать это можно несколькими способами:
- С помощью очищающих составов, которые добавляются в топливо;
- В ультразвуковой ванне, для этого детали демонтируются с двигателя;
- На специальном стенде, который подает промывочный состав в топливную систему. Демонтировать форсунки не нужно.
Самостоятельная промывка без необходимых знаний и навыков может привести к еще большим проблемам. Специалисты по обслуживанию авто рекомендуют пользоваться для этого услугами мастеров из сервисных центров.
Также не нужно добавлять моющие жидкости для профилактики. Агрессивные вещества в таких составах могут вывести из строя электромагниты форсунок и другие компоненты систем впрыска.
Причины протекания форсунок
В процессе эксплуатации двигателя владелец авто может столкнуться с протечками топлива из сопла. В этом случае мастера говорят, что форсунки «льют». Подтекание топливо-воздушной смеси происходит из-за нарушения герметичности уплотнителей. Проблема может быть вызвана и неправильной работой топливного насоса.
- запах топлива под капотом и в салоне;
- проблемы с запуском мотора;
- жидкое масло из-за попадания в него бензина.
Например, если уплотняющее кольцо форсунки начинает течь, часть топлива проникает в цилиндр не в тот момент, когда происходит воспламенение. Далее оно просачивается через кольца поршня и попадает в картер, где находится масло.
Изменение вязкости смазывающего состава приводит к тому, что стенки цилиндра могут прогореть, подшипники выйти из строя и полностью разрушится. Заклинивший ДВС придется долго и дорого ремонтировать.
Ремонт форсунок требует специальных инструментов и приспособлений. Особенно сложно снимать детали, установленные в головке блока цилиндров. Самостоятельно устранять неисправности крайне сложно и опасно, поэтому лучше обращаться за помощью в сервисный центр.
Причины стука форсунок
Посторонние звуки при срабатывании механизма впрыска возникают из-за попадания в камеру сгорания слишком большого количества ТВС. Проблема также может быть связана с физическим износом деталей или плохой регулировкой двигателя.
Обнаружить неисправность можно без специальной диагностики. Для этого необходимо прислушаться к работе мотора. Будет отчетливо слышен стрекот или цоканье, которое создают подвижные элементы систем впрыска. Если он звучит слишком громко, необходимо обратиться к специалистам для ремонта.
Сроки замены форсунок
Время эксплуатации зависит от производителя и модели. В большинстве случаев форсунки подлежат замене через 100 тыс. км пробега. Реальные сроки зависят от качества топлива и условий использования. Для предотвращения поломок и уменьшения износа достаточно заправляться дизелем или бензином на надежных АЗС и своевременно заезжать в сервисные центры для регламентного обслуживания автомобиля.
Топливная форсунка: виды, конструкция, принцип работы
Подача топлива в камеру сгорания цилиндра – дело совсем не такое простое, как кажется на первый взгляд. В двигателях просчитывается не только оптимальное количество бензина (дизтоплива, газа), но и способ его распыления, момент сгорания, распределение факела пламени и множество других факторов. Постоянное усиление экологических требований ставит перед автоинженерами сложные задачи, которые они решают комплексно, в том числе и модифицируя способы впрыска топлива. В результате появляются новые устройства, уже имеющие мало общего со старыми карбюраторными системами.
Немного физики
Чтобы топливо не просто сгорало, а сгорало с максимальным эффектом, нужно соблюсти несколько условий. И одно из них – распылить жидкое топливо, чтобы мельчайшие капельки моментально воспламенились и как можно сильней толкнули поршень вниз. А для этого нужен маленький взрыв, который и получается, когда горит не жидкость, а пар бензина и мелкая взвесь. Добавим сюда потребность в 15-кратном объеме воздуха, который должен равномерно смешаться с распыляемым топливом, и получим интереснейшую инженерную задачу, над которой бьются лучшие умы.
Топливная форсунка – именно тот инструмент, который превращает жидкое топливо в мельчайшую влажную пыль, причем форма «факела» строго рассчитывается, как и количество топлива, которое впрыскивается в камеру сгорания. Чем больше топлива – тем мощней будет отдача от его сгорания, так что форсунка выполняет две задачи: подает нужное количество бензина (солярки или газа) в нужное время и в нужной форме. От правильной работы форсунок (и системы подачи топлива в целом) зависит качество работы двигателя, его долговечность, соответствие экологическим нормам и требованиям закона.
Современные системы послойного впрыска стали доступны только после эволюции топливных форсунок, после того, как они стали быстрей, точней и мощней. В старых системах реализовать такой способ подачи топлива было невозможно чисто технически. Сложности новой конструкции оправдываются ежедневной экономией и меньшим вредом для природы и окружающих людей.
Виды инжекторных систем
Системы впрыска с форсунками (инжекторные) пришли на смену карбюраторам, уже не успевавшим за новыми требованиями. Первым вариантом стала система моновпрыска, в которой одна топливная форсунка располагалась во впускном коллекторе на месте карбюратора, после впрыска топливо смешивалось с воздухом и поступало в один из цилиндров.
Система моновпрыска.
1. Подача топлива. 2. Подача воздуха.
3. Дроссельная заслонка.
4. Впускной коллектор. 5. Форсунка.
6. Головка блока цилиндров.
На смену моновпрыску пришел распределенный впрыск топлива, когда на каждый цилиндр устанавливается отдельная форсунка. На сегодняшний день это самый распространенный вариант (карбюраторные и моноинжекторные автомобили уже не производятся, хоть и используются). Топливо на форсунки поступает либо от топливного насоса высокого давления (ТНВД), либо от подкачивающего топливного насоса, если используются насос-форсунки. Сопло форсунки может быть выведено во впускной коллектор, в форкамеру (в дизельных двигателях) или прямо в цилиндр (системы с непосредственным впрыском).
Последней модификацией инжекторов стала система Common Rail, при которой топливо от ТНВД поступает в топливную рампу (аккумулятор давления), а форсунки срабатывают в нужное время, независимо от положения распредвала.
Система распределенного впрыска.
1. Подача топлива. 2. Подача воздуха.
3. Дроссельная заслонка.
4. Впускной коллектор. 5. Форсунки.
6. Головка блока цилиндров.
С помощью Common Rail была решена проблема пульсации топлива (ТНВД не подает его равномерно) и появилась возможность полноценной реализации ступенчатого (трехфазного) впрыска.
Виды топливных форсунок
По способу приведения в действие все форсунки делятся на механические и электромеханические.
Механическая форсунка.
1. Подача топлива. 2. Запорная игла.
3. Отверстие распылителя
Приводятся в действие давлением топлива: давление повышается и открывает клапан, который закрывается при снижении давления после выхода топлива из сопла. Одна из разновидностей – форсунки с двумя пружинами, которые дали возможность реализовать двухступенчатую подачу топлива без использования электроники.
Механические форсунки уходят в прошлое следом за карбюраторами. На данный момент самыми распространенными стали более современные модели, позволяющие регулировать подачу топлива в каждый из цилиндров в зависимости от условий работы двигателя. Для распределенного впрыска используются электрогидравлические, электромагнитные и пьезоэелктрические форсунки, каждая из которых имеет несколько модификаций, свои плюсы и минусы и особенности использования.
Применяются в бензиновых двигателях. За открытие иглы отвечает электромагнит: по сигналу от контроллера на его обмотку подается ток, якорь магнита поднимается и поднимает соединенную с ним иглу. После отключения тока возврат иглы в исходное положение и закрытие сопла форсунки производится за счет пружины. Момент начала и продолжительность впрыска определяются ЭБУ. Давление топлива в таких форсунках составляет в среднем 40 бар, что по сравнению с дизельными двигателями совсем немного.
Устанавливаются на дизельные двигатели, в том числе на систему Common Rail. Принцип работы – уравнивание давления на запорную иглу. Топливо под давлением заполняет камеры над иглой и под ней, и в состоянии покоя это давление одинаково. Игла закрывает сопло благодаря усилию пружины. При подаче сигнала от ЭБУ открывается электромагнитный сливной клапан, и топливо из резервуара над иглой сливается в реверсную магистраль. Давление над иглой падает, а под иглой – нет, игла поднимается и открывает форсунку.
Самая современная конструкция, которая используется и в бензиновых, и в дизельных двигателях. Основное ее достоинство – максимальное быстродействие, что позволяет подавать топливо в камеру сгорания в 2-4 приема. За движение иглы отвечает керамический пьезоэлемент, расширяющийся под действием электрического тока. Пьезофорсунки выдерживают самое большое давление – до 2000 бар, и используется в современных высокофорсированных и турбированных двигателях.
Насос-форсунка.
А. Насосная секция. В. Клапанная секция. С. Секция впрыска.
1. Шариковый упор. 2. Возвратная пружина.
3. Обратный канал. 4. Регулировочная шайба распылителя.
5. Распылитель. 6. Входной канал.
7. Упор клапана управления. 8. Топливный клапан.
9. Соленоид управления клапаном.
Как понятно из названия, в данной конструкции сама форсунка соединена с насосом, что позволило уйти от громоздкого и дорогостоящего ТНВД. Насос-форсунки оснащаются плунжером 6-8 мм в диаметре, который приводится в движение от распредвала. За открытие клапана может отвечать и электромагнитная катушка, и пьезокристаллы, в зависимости от конструкции.
Работа форсунки и факел распыла
Основным показателем качества работы топливной форсунки является факел распыла топлива. Это форма, которую принимает порция жидкости, выходящая из сопла форсунки. В идеале это водяная пыль, образующая облако заданной формы: топливо хорошо смешивается с воздухом, не оседает на стенках камеры сгорания, не льется струей. В зависимости от того, куда выведена форсунка (во впускной коллектор или камеру сгорания), топливо может распыляться разными способами. Количество жидкости, дисперсность и форма факела определяются на этапе конструирования двигателя и отклонение от нормальных параметров сказывается на его работе, производительности и долговечности.
Одна их технических характеристик – производительность форсунки. Определяется как объем (в кубических сантиметрах), наполняемый за минуту под давлением 3 бара. Самые распространенные показатели – от 180 до 240.
Единицы измерения производительности в каталогах могут обозначаться по-разному:
- см³/мин (cc/min или просто сс в англоязычной транскрипции);
- lbs/hr (lb/hr, фунт/час, используют американские производители).
Перевод одного значения в другое делается по следующей формуле:
- 1 lbs/hr = 10,50 cc/min.
- 1 cc/min = 0,095 lbs/hr.
Топливные форсунки для ГБО
Полноценное использование газа стало возможным после появления системы распределенного впрыска. Это ГБО четвертого поколения, при котором можно добиться оптимального соотношения газа и воздуха, максимального сгорания топливной смеси, избавиться от недостатков предыдущих поколений ГБО – прогорания клапанов, досрочного возгорания смеси, перерасхода топлива. Особенность этой системы в том, что сжиженный газ подается сначала в редуктор, где происходит испарение, а затем – в форсунку.
Для автомобилей на газу используются форсунки штокового, игольчатого и мембранного типов. Самые простые и дешевые – штоковые форсунки, работающие по тому же принципу, что и бензиновые электромагнитные. На более современные двигатели они уже не устанавливаются: слишком низкая скорость работы и точность подачи топлива, нет возможности открывать форсунку на очень короткое время (для систем с трехфазным впрыском, например). Но эти форсунки отлично справляются с «грязным» газом, перебоями с давлением и прочими недочетами топливной системы.
Игольчатые форсунки – новое поколение устройств, более точные и надежные, нетребовательные к положению установки. Газ подается через соленоид, внутри которого расположен шток и запорная игла. Во время работы происходит «продувка» форсунки, что помогает поддерживать ее в чистоте и отсрочить время ТО.
Конструкторы «игрались» с запорными механизмами тарельчатого и мембранного типа, но эти форсунки не оправдали себя ни по сроку службы, ни по скорости, ни по надежности.
Системы ГБО пятого поколения работают без редуктора, а газ в форсунки подается в жидком виде. Это система жидкого фазированного распределенного впрыска, при которой можно уменьшить расход топлива и улучшить характеристики топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Расход газа в системах пятого поколения всего лишь на 10-20% выше, чем расход бензина.
В большинстве случаев для автомобилей на природном или сжиженном газе лучше использовать специальные газовые форсунки, а не обычные бензиновые, ведь и тип топлива, и требования к нему будут совершенно другими.
Фильтр форсунки
В конструкции каждой форсунки предусмотрен индивидуальный фильтр. Несмотря на топливные и воздушные фильтры, установленные в автомобиле, фильтр форсунки становится последним барьером для загрязнений и дополнительно продлевает жизнь тонкому и чувствительному устройству.
Как правило, в форсунках используются обычные пористые фильтры, которые при техобслуживании можно промыть или заменить. Исключение составляют форсунки, работающие на газу, в которых есть возможность очистить проходящее топливо по принципу центрифуги – пропустив его по спирали и отсеяв посторонние включения.
При техобслуживании форсунок обычно промывают и фильтры, ведь наш бензин и солярка не отличаются высокой чистотой, а системы впрыска на новых автомобилях очень чувствительны к качеству топлива.
Неисправности топливных форсунок
Современные форсунки, особенно на дизельные двигатели, собираются с точностью до 1 мкм. Такие тонкие зазоры чувствительны к малейшим отложениям, а значит, и к качеству топлива. Главный враг форсунок – грязь. Спасают только качественные топливные фильтры, рассчитанные на высокую степень очистки.
Вторая причина выхода форсунок из строя – коррозия металлических деталей. Здесь виновата вода, попавшая в топливо. В новых дизельных двигателях фильтры с сепараторами полностью оправдывают свою стоимость: удаляя воду из топлива, они продлевают срок службы и самих форсунок, и цилиндро-поршневой группы.
Испортить форсунку может мастер на этапе установки: достаточно не соблюсти момент затяжки, чуть замять уплотнитель или допустить другую ошибку, и форсунка через некоторое время подаст сигнал о проблеме. Но даже при правильной установке уплотнители со временем выходят из строя и прикипают к ГБЦ.
Опасный момент для систем непосредственного впрыска – замена свечей накаливания. Тонкие длинные стержни свечей ломаются при демонтаже, после чего приходится вынимать остаток из свечного колодца с помощью инструментов. В этот момент легко повредить находящуюся рядом форсунку (опытные мастера знают, как справиться с ситуацией).
Ошибки тюнинга двигателя, переход на другое топливо (например, на биодизель), проникновение масла в камеру сгорания или, наоборот, разжижение масла топливом, использование некачественных присадок приводит к перегреву форсунки, оплавлению сопла, деформации запорной иглы и распылительных отверстий.
Признаки проблем с форсунками проявляются нарушениями в режиме работы двигателя: мотор начинает троить, увеличивается расход топлива, затрудняется холодный старт, на холостом ходу появляется вибрация и посторонние шумы, выхлоп становится черного цвета. В этих и других случаях лучше обращаться на СТО сразу, не дожидаясь более серьезных поломок. В большинстве случаев ремонт ограничивается чисткой форсунок или заменой совсем дохлых, а вот затягивание диагностики может привести к капремонту двигателя.
Обратите внимание!
В зимний сезон у дизельных двигателей появляется дополнительная проблема: парафины в топливе. Несмотря на заявления производителей, полностью удалить парафин из солярки сложно и дорого, и на морозе топливо начинает белеть и загустевать.
Парафин в дизтопливе вызывает проблемы с фильтром (густая масса напрочь забивает бумажную гофру), насосом и, разумеется, с форсунками, которые во всей цепочке наиболее чувствительны к посторонним примесям. Проникая в инжектор, холодный парафин забивает тонкие каналы форсунок и не дает нормально стартовать двигатель.
Для борьбы есть два метода: заправлять свой автомобиль заведомо качественным зимним топливом или использовать предпусковой подогреватель топливного фильтра. Системы подогрева помогают растопить застывшую массу и вернуть топливу нормальную текучесть даже в том случае, если залита некачественная летняя солярка.
В летний сезон используется дизтопливо со сравнительно высоким содержанием парафинов, но они не застывают и никак не мешают двигателю работать.
Нужно отметить, что форсунка, несмотря на всю тонкость конструкции, служит достаточно долго: 100-150 тыс. км в среднем, а оригинальные, установленные с завода, могут радовать автовладельца до 200 тыс. км. Это достаточно «живучий» механизм, если регулярно проводить техобслуживание и своевременно ремонтировать.
О том, как выбирать топливные форсунки, читайте наш «Гид покупателя».