Автомобили с впрыском бензина имеют известные преимущества перед карбюраторными собратьями. Как правило, такие системы долго, до 100тыс. км, сохраняют заданные параметры, а их элементы не требуют никаких регулировок за весь срок службы. Иногда же первоначальные характеристики в процессе эксплуатации изменяются, что, в конечном счете, сказывается на работе мотора. Сегодня мы попробуем разобраться в одном из таких, нанаш взгляд важнейших, элементов, отвечающих за правильную работу двигателя, как форсунки.
Не будем затрагивать в этой статье управление впрыском - это электроника, об этом поговорим в следующий раз. Поговорим лишь о гидравлической (механической) части, обеспечивающей подачу топлива из бака к топливной рампе (или корпусу дроссельных заслонок), форсункам, а затем в цилиндры. Ведь на нее, как показывает опыт, приходится основная доля отказов в работе всей системы. Пример тому загрязнение, вернее, закоксовывание топливных форсунок. Рано или поздно, но с этим сталкиваются все владельцы инжекторных автомобилей, поэтому уделим такой неисправности особое внимание.
Для понимания процессов, происходящих в форсунках и причинах, приводящих к дефектам впрыска, попробуем разобраться в конструкции форсунки, струях распыла и видах впрыска топлива. Известно, что впрыскивание топлива в современном автомобиле возможно либо во впускной трубопровод, либо непосредственно в камеру сгорания. Поэтому форсунки, применяемые при различных системах впрыска, имеют некоторые отличия. Существует два основных типа форсунок механические и электрические. Примерно с 1993 года автопроизводители отказались от использования механических форсунок ввиду более жестких требований к токсичности выхлопа и, соответственно, к качеству приготовления топливно-воздушной смеси. Надо заметить, что рабочие параметры механических форсунок изменяются в процессе эксплуатации. Это обусловлено изменением жесткости возвратной пружины, а также состояния седла и запорного клапана. Современные электромагнитные форсунки изготавливаются с допусками 1 микрон и способны работать до миллиарда циклов.
Основной проблемой для них является загрязнение в процессе эксплуатации. Наибольшую интенсивность накопление отложений имеет сразу после остановки двигателя. В это время температура корпуса форсунки возрастает, за счет нагрева от горячего двигателя охлаждающее действие потока бензина отсутствует. Легкие фракции бензина в рабочей зоне форсунки выпариваются, а тяжелые пре вращаются в лаковые отложения, которые изменяют сечение калиброванного канала. К примеру, 5 микронные отложения могут изменить пропускную способность этого канала на 25%!
Электромагнитные форсунки (с управлением соленоидом) впрыскивают во впускной трубопровод топливо, находящееся под давлением в системе. Они позволяют дозировать количество топлива, точно соответствующее потребности двигателя, и управляются сигналом, рассчитанным системой управления двигателем, посредством оконечных каскадов, которые интегрированы в блок управления двигателем. Электромагнитные форсунки состоят в основном из: корпуса 9 с электрическим 8 и гидравлическим 1 соединительными разъемами; обмотки электромагнита 4; подвижного игольчатого клапана 6 с якорем соленоида и запорным сферическим элементом; седла 10 клапана с распылительной пластиной (с отверстием) 7 для впрыскивания топлива; пружины 5. Для обеспечения бесперебойной работы форсунки те ее части, которые контактируют с топливом, изготовлены из нержавеющей стали. Фильтровальная сетка 3 в приемном канале форсунки защищает ее от загрязнений, содержащихся в топливе. В используемых в настоящее время форсунках подача топлива осуществляется по оси форсунки сверху вниз.
Топлив-провод закреплен на гидравлическом соединительном разъеме 1 с помощью специального зажимного устройства. Крепежные хомуты обеспечивают надежную фиксацию. Уплотнительное кольцо 2 на гидравлическом соединительном разъеме позволяет герметично соединить форсунку с топливной рейкой. Форсунка имеет электрическое соединение с блоком управления двигателем. Когда соленоид форсунки обесточен, пружина и усилие, возникающее за счет давления топлива, прижимают иглу клапана с запорным сферическим элементом к седлу клапана конической формы. За счет этого система подачи топлива герметизируется относительно впускного трубопровода. Когда на обмотку подается напряжение, за счет тока возбуждения возникает электромагнитное поле, которое притягивает якорь иглы клапана. Запорный сферический элемент приподнимается над седлом клапана, и происходит впрыскивание топлива. Когда ток возбуждения выключается, игла клапана, за счет усилия пружины, снова опускается на седло, закрывая форсунку. Распыление топлива осуществляется через одно или несколько отверстий в распылительной пластине. С помощью этих отверстий достигается точное постоянство впрыскиваемого количества топлива.
Распылительная пластина с отверстиями исключает образование осадков топлива. Форма струи распыляемого топлива зависит от расположения и числа этих отверстий. Хорошая герметичность клапана в области седла обеспечивается за счет принципа уплотнения конус/сферический элемент. Форсунка устанавливается в предусмотренное для этого отверстие во впускном трубопроводе. Нижнее уплотнительное кольцо служит для герметизации форсунки относительно впускного трубопровода. Количество топлива, впрыскиваемого за единицу времени, в основном определяется:
давлением в системе подачи топлива; противодавлением во впускном трубопроводе; геометрией зоны выхода топлива.
С течением времени форсунки все больше совершенствовались и адаптировались к возрастающим требованиям со стороны технологии, качества, надежности и веса. Так появились различные конструкции форсунок. Форсунка модели EV6 представляет собой стандартный инжектор для современных систем впрыска топлива. Эта форсунка отличается небольшими внешними размерами и незначительным весом, благо даря чему такие форсунки создают пред посылки концепции компактных впускных модулей. Кроме того, форсунка EV6 демонстрирует хорошие качества при работе на горячем топливе, что, в свою очередь, означает незначительную склонность к образованию пузырьков паров топлива. Это облегчает применение систем подачи топлива без рециркуляции, в которых температура топлива в форсунке выше, чем в системах с рециркуляцией топлива.
Благодаря наличию износостойких поверхностей, форсунка EV6 обладает большим сроком службы и высокой степенью воспроизводимости количества впрыскиваемого топлива за большой промежуток времени. За счет высокой герметичности эти форсунки выполняют все перспективные требования, относящиеся к достижению нулевой испаряемости топлива. Это означает, что пары топлива из форсунки не поступают. Для лучшего распыления топлива был разработан вариант форсунки EV6 с воздушным кожухом. Тонкое распыление топлива может создаваться и другим способом: в перспективе, наряду с применяемыми сегодня распылительными пластинами, располагающими до четырех отверстий для впрыскивания топлива, будут использоваться пластины с десятью или двенадцатью отверстиями. Эти форсунки создают очень тонко распыленное облако топлива. Для различных областей применения предлагаются форсунки разной конструкции, различающиеся длиной, расходом проходящего через форсунку топлива и электрическими характеристиками. Форсунка EV6 подходит также для использования с топливом, содержащим до 85% этанола (этилового спирта).
Совершенствование форсунок привело к появлению новой модели EV14, которая сконструирована на базе модели EV6. Новая форсунка стала еще компактнее, что позволяет интегрировать ее в топливную рейку. Форсунка EV14 выпускается в трех различающихся длиной вариантах (компактный, стандартный и длинный). Это позволяет обеспечить индивидуальную адаптацию к геометрии впускного трубопровода двигателя.
Форсунка высокого давления при непосредственном впрыске представляет собой переходное устройство между топливной рейкой и камерой сгорания. Задача этой форсунки заключается в том, чтобы обеспечивать дозирование топлива и путем его распыления добиваться контролируемого смешивания топлива и воздуха в определенной зоне камеры сгорания.
В зависимости от режима работы двигателя, топливо концентрируется в зоне вокруг свечи зажигания или равномерно распыляется по всей камере сгорания. Форсунка высокого давления состоит из: корпуса, седла, иглы распылителя с якорем соленоида, пружины, соленоида, фильтра тонкой очистки и электрического разъема. Когда электрический ток проходит обмотку соленоида, создается магнитное поле. Под его действием, игла, противодействуя давлению пружины, поднимается над седлом и открывает инжектирующее отверстие. За счет разницы в давлении между топливной рейкой и камерой сгорания топливо впрыскивается в камеру сгорания. При отключении электрического тока игла распылителя под действием усилия пружины опускается на седло клапана и прерывает поток топлива. Форсунка быстро открывается, обеспечивая при открытии постоянную площадь поперечного сечения отверстия, и снова закрывается, преодолевая давление в топливной рейке.
Впрыснутое количество топлива зависит от давления в топливной рейке, противодавления в камере сгорания и продолжительности открытия форсунки. Образование форсункой струи распыла топлива, т.е. форма, угол направления струи и размер капель топлива в ней, влияет на подготовку рабочей смеси. Индивидуальная геометрия впускного трубопровода и головки блока цилиндров требуют создания разных вариантов образования струи распыла топлива.
