Электромагнитная форсунка — как она устроена?
Топливная форсунка сейчас стала неотъемлемой частью топливной системы многих современных автомобилей. Подобные приспособления начали ставить в 30-х годах 20 века на авиамоторы, а позже на гоночные автомобили.
Более широкое распространение в автомобилестроении они получили не так давно, только в 70-80-х годах 20 века. Причиной широкого использования форсунок стали топливный кризис и повышенное внимание к сохранению окружающей среды.
До 70-80-х годов 20 века для достижения большей мощности двигателей транспортных средств распространено было преднамеренное переобогащение воздушно-топливной смеси. Конечно, это имело свой эффект и транспортные средства становились более шустрыми. Но эта шустрость увеличивала расход топлива и приводила к избытку продуктов горения в выхлопных газах. Чтобы решить эти проблемы, нужно было доработать конструкцию топливной автомобильной системы. Это и привело к использованию топливных форсунок в автомобилестроении. Сначала начали ставить системы с одной форсункой (моновпрыск), а позже – системы распределённого впрыска топлива. Первая электромагнитная форсунка с электронный управлением впрыска появилась в 1967 году. Она производила подачу топлива в камеру сгорания через равные промежутки времени.
1. Что такое электромагнитная форсунка.
Форсунки ставят в большей степени на бензиновые двигатели (даже на те, что оборудованы системой непосредственного впрыска). Но встречаются и дизельные двигатели с форсунками. Распыление топлива происходит за счёт высокого уровня давления, создаваемого форсунками. Для бензина достаточно нескольких атмосфер, а для дизельного топлива необходимы сотни и тысячи атмосфер (только при таком давлении дизельное топливо приобретает нужные характеристики).
Различают три основных вида топливных форсунок:
— Электромагнитные форсунки.
— Пьезоэлектрические форсунки.
— Электрогидравлические форсунки.
Остановимся на первом типе форсунок.
Электромагнитная форсунка основана на работе электромагнита. Она начинает действовать во время поступления на обмотку возбуждения клапана некоторого напряжения в соответствии с заложенным алгоритмом в блоке электронного управления. Эта обмотка возбуждения и представляет собой некую копию электромагнита.
Если сравнивать топливные системы с форсунками и карбюраторные топливные системы, то первые имеют как достоинства, так и недостатки перед вторыми.
Достоинства топливных форсунок по сравнению с карбюраторными системами:
1. Точная дозировка топлива, благодаря чему обеспечивается его экономный расход.
2. Токсичность отработанных газов сводиться к минимуму.
3. Мощность автомобильного двигателя с форсунками возрастает на 10%.
4. Запустить двигатель с форсунками намного легче вне зависимости от погоды на улице.
5. Форсунки улучшают динамические свойства автомобиля.
6. Чистить и менять форсунки и другие элементы двигательной системы необходимо заметно реже, чем в карбюраторных двигателях.
Недостатки топливных форсунок по сравнению с карбюраторными системами:
1. Для нормальной работы форсунок топливо должно быть очень качественным. Если состав топлива нарушается, то форсунки быстрой выйдут из строя.
2. Стоимость ремонта или замены топливных форсунок очень высокая.
Учитывая все достоинства, двигатели с форсунками и получили такую популярность среди автопроизводителей.
2. Устройство электромагнитной форсунки.
Обычно, форсунка состоит из одного канала. Но встречаются варианты и с двумя каналами, когда по одному каналу выбрасывается топливо, а по второму – состав, необходимый для распыления топлива (жидкость, газ, пар).
Устройство электромагнитной форсунки предельно простое. Она состоит из таких компонентов:
1. Фильтр в виде сетки.
2. Электрический разъём.
3. Электромагнитная обмотка возбуждения.
4. Специальная пружина.
5. Якорь от электромагнита.
6. Корпус форсунки.
7. Уплотнение на корпусе.
8. Игла форсунки.
9. Сопло форсунки.
Сопло предназначается для осуществления разбрызгивания топлива. От качества исполнения данного элемента зависит работа всего прибора. Фильтр сеточного типа необходим для фильтрации топлива, которое будет проходить через форсунку. Фильтр нужен, так как форсунки очень чувствительны к наличию сторонних элементов в топливе.
Через электрический разъём на форсунки поступает электроэнергия, которая потом переходит на электромагнитную обмотку возбуждения. Пружина предназначается для возвращения иглы форсунки в исходную позицию после впрыска. Якорь электромагнита производит управление, и осуществляет движение иглы форсунки. Игла форсунки производит открытие и закрытие сопла, благодаря чему происходит управление впрыском топлива.
Все конструктивные элементы форсунки располагаются в определённом порядке в её корпусе. Уплотнение на корпусе необходимо для более качественной и надёжной установки прибора в топливную систему.3. Принцип работы электромагнитной форсунки.
Принцип работы электромагнитной форсунки состоит в следующем.
После включения зажигания, электромагнитные форсунки получают от блока управления команды с определённой частотой. Под воздействием этих команд они принимают два возможных положения: открытое или закрытое. Если на форсунку напряжение не подаётся, то игла под воздействием пружинного механизма и давления топлива прижимается к седлу клапана и форсунка в это время не обеспечивает подачу топлива в коллектор.
Когда электронный управляющий блок по заложенному алгоритму подаёт на электромагнитную обмотку возбуждения необходимое напряжение, создаётся электромагнитное поле, которое провоцирует втягивание якоря с иглой и освобождение сопла форсунки, преодолевая силу пружины. Через сопло и производиться впрыскивание топлива в камеру сгорания. Когда напряжение исчезает, игла форсунки под воздействием пружины возвращается в исходное положение.
Все современный форсунки оснащаются электронной системой контроля впрыска топлива. Электронная система контроля впрыска топлива принимает команды от датчиков в двигателе, на основе которых определяет нужное количество топлива для двигателя в данный момент и отправляет сигналы форсункам. А форсунки открываются в нужное время и производят впрыск необходимого количества топлива. То есть они дают возможность довольно точно дозировать впрыск топлива в коллектор.
Впрыскивание топлива осуществляется сверху вниз через распылительную пластину, от формы и конструкции которой зависит форма струи. Качество работы форсунки определяется по характеру распыления топлива, который она способна обеспечить. Форсунка должна давать конусообразное распыления с ровный и непрерывным факелом.
Работу форсунок определяют по таким характеристикам:
1. Динамический диапазон функционирования.
2. Минимальная подача топлива за один цикл.
3. Время на открытие форсунки.
4. Время на закрытие форсунки.
5. Угол распыления.
6. Дальность топливного факела.
7. Мелкость и зернистость распыления.
8. Характер распределения топлива в факеле.
4. Игла форсунки.
Распылитель – это одна из основных частей форсунки, которая состоит из двух элементов:
1. Иглы.
2. Корпуса.
Положение иглы внутри форсунки контролируется при помощи специальной пружины, которая регулируется винтом, вкрученном в дно корпуса. Рассмотрим, каким образом происходит работа иглы форсунки. Когда двигатель работает, топливо проходит из топливного насоса в камеру через канал. Как только давления топлива превысит силу пружины, игла приподнимается, а топливо проходит к отверстиям распыления и впрыскивается в камеру сгорания. После впрыска, давление топлива резко падает, и игла форсунки под действием пружины возвращается в начальную позицию, закрывая входное отверстие. А потом всё повторяется заново.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
auto.today
Электромагнитная форсунка | CHIPTUNER.RU
Электромагнитная форсунка
©Дмитрий Рок (aka rokkk, CTTeam).
Обсуждение данной статьи на форуме
1. Пролог.
Приведенная ниже картинка, безусловно, далека от идеала. Но за первые 10 минут поиска в Яндексе лучше не нашлось. Тратить большее время я счёл нецелесообразным, поэтому будем пользоваться тем, что есть. Автор картинки часть позиций расставил на малозначащих деталях и, наоборот, на нужные вещи внимания не обратил. Поэтому в тексте я буду ссылать либо на существующую цифру, либо, за неимением, на «вон ту синенькую детальку, между красненькой и серенькой».
Писать буду стараться «по-простому», с минимумом формул (а если получится, то и вовсе без них), ибо теория – это вещь полезная и нужная, но специалисту-практику важнее ассоциативное представление о механизме, с которым он работает. Аминь.
2. Что есть форсунка?
В системах впрыска топлива с электронным управлением электромагнитная форсунка (ЭМФ) является важнейшим исполнительным механизмом (ИМ). Она выдает точное количество топлива в зависимости от команды блока управления (ЭБУ).
Что есть ЭМФ по сути? Электромагнит, соединенный механически с клапаном. При срабатывании электромагнита открывается клапан. Топливо, подаваемое к клапану под давлением, начинает поступать в заклапанное пространство (впускной коллектор, в цилиндр). И поступает до выключения электромагнита. Возвратная пружина закрывает клапан, подача топлива прекращается. 
Пока всё просто. На первый взгляд. Прежде чем перейти к взгляду второму, предлагаю рассмотреть конструкцию форсунки подетально, чтобы называть вещи своими именами. В качестве примера возьмём ЭМФ фирмы Bosch EV 1.3 (Э‑Фау, кстати, поскольку они немцы).
Начнем с самого интересного: клапанной пары. Интересна она тем, что, благодаря прецизионным технологиям, немцы умудряются делать её герметичной. Игла (серая деталь с цифрами 5 и 7) является одновременно запорным элементом (конусная часть ниже цифры 7) и направляющей (две цилиндрических части с прорезями). Хитрость в том, что сделать 2 цилиндра и конус соосно с микронными допусками не так-то просто. Ответная часть, назовём её корпусом клапана, (зелёненькая, поз. 6) состоит из седла клапана (внутренний конус внизу) и направляющей (цилиндрическое отверстие). Выполнить соосно конус в конце длинной цилиндрической трубы ещё сложнее. Плюс ещё «цилиндричность», «конусность», «овальность», «шероховатость» каждого геометрического элемента. Другие изготовители форсунок пытаются себе облегчить задачу, делая эти части составными (ПЕКАР, например). Соосность обеспечивают при дальнейшей сборке, что проще, но удорожает сборку.
Игла перемещается в корпусе клапана в вертикальном направлении с минимальными боковыми зазорами. Перемещение (ход клапана) строго нормируется и ограничивается упором (на рисунке выглядит серым прямоугольником слева от иглы). На самом деле упор похож на небольшую подковку со шлифованными боковинками. В данном конструктиве клапанная пара изготовлена по схеме «конус-конус». Весьма распространены также варианты «конус-шар», «плоскость-плоскость». Направляющие, запорный элемент и седло клапана выполнены из легированных износостойких сталей или твердых сплавов. Запорный элемент прижимается к седлу пружиной (два ряда чёрненьких точечек).
Переходим к магнитной части. На корпус катушки (серенькая деталь в центре) намотана обмотка 3 (латунь или медь). Катушка «мокрого типа», т.е. в процессе работы омывается проходящим топливом, отводящим тепло. Концы обмотки выведены на внешний разъем (вообще-то поз. 2, но она уехала за край картинки). Катушка вставлена в корпус форсунки (поз.4), являющийся одновременно частью магнитопровода. Сверху магнитопровод замыкается контрполюсом (сиреневая деталь). На иглу напрессован якорь (желтенькая деталь посередине). Все детали магнитопровода выполнены из магнитомягкой электротехнической стали.
Гидравлическая часть. Топливо подается через штуцер, выполненный с контрполюсом, как единая деталь. В штуцер запрессован технологический фильтр (поз. 1). Некоторые чудаки называют его фильтром тонкой очистки, но на самом деле это не так, об этом поговорим ниже. Топливо, проходя по полостям и каналам в корпусе и игле доходит до седла клапана и ищет возможность продвинуться дальше. Но мы ему такой возможности пока не дадим, а прейдем к следующему вопросу.
3. Как это всё работает? Электромагнит.
Электрический ток, протекающий через обмотку, создаёт вокруг витков магнитное поле. (Смотрим рисунок или учебник физики.) Однако нас не устраивает, что силовые линии предоставлены сами себе и болтаются в пространстве, как им захочется. Поэтому мы организуем для них удобное вместилище – магнитопровод из магнитомягкой электротехнической стали. В нашем случае, как мы упоминали, в качестве магнитопровода выступают корпус (4), контрполюс (сиреневенький) и якорь (желтенький). Сталь очень нравится силовым линиям, поэтому большая их часть будет, пихаясь и толкаясь проходить именно по ней. Что нам и надо. Кроме того, магнитное поле очень любит, чтобы магнитопровод был замкнутым, но тут мы его разочаруем. Не считая тех зазоров, от которых мы сами бы не прочь избавиться (вальцовка корпуса и контрполюса, подвижное соединение якорь-корпус), ещё и специально организуем пустоту между якорем и контрполюсом. Магнитное поле не хочет мириться с таким произволом и старается это дело поправить. И пытается этот зазор уничтожить, двигая якорь в направлении контрполюса. А мы получаем, что и хотели. Прицепляем к якорю запорный элемент на палочке и можем управлять клапаном.
Есть один важный нюанс. Якорь начинает двигаться только по достижении током определённой величины. А ток в катушке появляется не мгновенно с подачей на её клеммы напряжения, а нарастает от нуля по экспоненте до максимального (про максимальный см. з‑н Ома). Кстати, и обратное движение якоря (под действием пружины) тоже начинается не одновременно с окончанием импульса, а с задержкой. Для того, чтобы эта задержка была поменьше, якорю не дают долетать до самого контрполюса, а останавливают чуть раньше упором (той самой подковкой).
4. Как это всё работает? Гидравлика.
Ну, хорошо, клапан мы открыли, что дальше?
Первой важной характеристикой является статическая производительность (она же – статическая точка, она же – статическая проливка, она же – статика). Форсунку открывают полностью и долго льют в мерную банку, засекая время. Делят объем на время, получают производительность в см3/мин (при рабочем давлении). Вообще-то, по-хорошему, больше интересует не объемная, а массовая доля, т.к. двигатель «понимает» именно массовую подачу (т.е. количество молекул). Именно так и поступают на фирмах-производителях, меряют в г/мин. Но форсунка – объемный дозатор, по определению. Возникают проблемы температуры, плотности топлива, методов измерения. Поэтому «в простонародье» используют всё-таки о
chiptuner.ru
УСТРОЙСТВО ФОРСУНКИ
Форсунка (инжектор), является основным элементом системы впрыска.
Назначение форсунки
Дозированная подача топлива, распыление его в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси. Форсунки нашли свое применение в системах впрыска бензиновых и дизельных двигателей. На современных автомобилях устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска
Виды форсунок
Форсунки различаются в зависимости от способа осуществления впрыска топлива. Давайте рассмотрим основные виды форсунок:
- Электромагнитные форсунки;
- Электрогидравлические форсунки;
- Пьезоэлектрические форсунки.
Устройство электромагнитной форсунки
1 — сетчатый фильтр; 2 — электрический разъем; 3 – пружина; 4 — обмотка возбуждения; 5 — якорь электромагнита; 6 — корпус форсунки; 7 — игла форсунки; 8 – уплотнение; 9 — сопло форсунки.
Электромагнитная форсунка нашла свое применение на бензиновых двигателях, в том числе оборудованных системой непосредственного впрыска. Электромагнитной форсунка имеет простую конструкцию, которая включает электромагнитный клапан с иглой и соплом.
Как работает электромагнитная форсунка
Работа электромагнитной форсунки осуществляется в соответствии с заложенным алгоритмом в электронный блок управления. Электронный блок в определенный момент подает напряжение на обмотку возбуждения клапана. Вследствие этого создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло форсунки, после чего производится впрыск топлива. Когда напряжение исчезает, пружина возвращает иглу форсунки обратно на седло.
Устройство электрогидравлической форсунки
1 — сопло форсунки; 2 – пружина; 3 — камера управления; 4 — сливной дроссель; 5 — якорь электромагнита; 6 — сливной канал; 7 — электрический разъем; 8 — обмотка возбуждения; 9 — штуцер подвода топлива; 10 — впускной дроссель; 11 – поршень; 12 — игла форсунки.
Электрогидравлическая форсунка применяется на дизельных двигателях. Электрогидравлическая форсунка включает электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.
Как работает электрогидравлическая форсунка
Работа электрогидравлической форсунки основана на использовании давления топлива при впрыске. В обычном положении электромагнитный клапан закрыт и игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Давление топлива на иглу меньше давления на поршень, благодаря этому впрыск топлива не происходит.
Когда электронный блок управления дает команду на электромагнитный клапан, открывается сливной дроссель. Топливо вытекает из камеры управления через сливной дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель препятствует выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали, вследствие чего давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу форсунки не изменяется. Игла форсунки поднимается и происходит впрыск топлива.
Устройство пьезоэлектрической форсунки
1 — игла форсунки; 2 – уплотнение; 3 — пружина иглы; 4 — блок дросселей; 5 — переключающий клапан; 6 — пружина клапана; 7 — поршень клапана; 8 — поршень толкателя; 9 – пьезоэлектрический элемент; 10 — сливной канал; 11 — сетчатый фильтр; 12 — электрический разъем; 13 — нагнетательный канал.
Пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка) является самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива в современных автомобилях. Форсунка применяется на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. Основные преимущества пьезоэлектрической форсунки в точности дозировки и быстроте срабатывания. Благодаря этому пьезофорсунка обеспечивает многократный впрыск на протяжении одного рабочего цикла.
Как работает пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка)
Работа пьезофорсунки основана на изменении длины пьезокристалла при подачи напряжения. Пьезоэлектрическая форсунка состоит из: корпуса, пьезоэлемента, толкателя, переключающего клапана и иглы.
Пьезофорсунка работает по гидравлическому принципу. В обычном положении игла прижата к седлу силой высокого давления топлива. Электронный блок подает электрический сигнал на пьезоэлемент и его длина увеличивается, воздействуя на поршень толкателя, открывает переключающий клапан и топливо поступает в сливную магистраль. Давление над иглой падает, и за счет давления в нижней части игла поднимается, что приводит к впрыску топлива. Количество впрыскиваемого топлива зависит от длительности воздействия на пьезоэлемент и давления топлива в топливной рампе.
www.autoezda.com
Электромагнитная форсунка
Электромагнитная форсунка.
(Элементарные вещи, которые нужно знать и, желательно, не забывать.)
1. Пролог.
Приведенная ниже картинка, безусловно, далека от идеала. Но за первые 10 минут поиска в Яндексе лучше не нашлось. Тратить большее время я счёл нецелесообразным, поэтому будем пользоваться тем, что есть. Автор картинки часть позиций расставил на малозначащих деталях и, наоборот, на нужные вещи внимания не обратил. Поэтому в тексте я буду ссылать либо на существующую цифру, либо, за неимением, на «вон ту синенькую детальку, между красненькой и серенькой».
Писать буду стараться «по-простому», с минимумом формул (а если получится, то и вовсе без них), ибо теория – это вещь полезная и нужная, но специалисту-практику важнее ассоциативное представление о механизме, с которым он работает. Аминь.
2. Что есть форсунка?
В системах впрыска топлива с электронным управлением электромагнитная форсунка (ЭМФ) является важнейшим исполнительным механизмом (ИМ). Она выдает точное количество топлива в зависимости от команды блока управления (ЭБУ).
Что есть ЭМФ по сути? Электромагнит, соединенный механически с клапаном. При срабатывании электромагнита открывается клапан. Топливо, подаваемое к клапану под давлением, начинает поступать в заклапанное пространство (впускной коллектор, в цилиндр). И поступает до выключения электромагнита. Возвратная пружина закрывает клапан, подача топлива прекращается.
Пока всё просто. На первый взгляд. Прежде чем перейти к взгляду второму, предлагаю рассмотреть конструкцию форсунки подетально, чтобы называть вещи своими именами. В качестве примера возьмём ЭМФ фирмы Bosch EV 1.3 (Э-Фау, кстати, поскольку они немцы).
Начнем с самого интересного: клапанной пары. Интересна она тем, что, благодаря прецизионным технологиям, немцы умудряются делать её герметичной. Игла (серая деталь с цифрами 5 и 7) является одновременно запорным элементом (конусная часть ниже цифры 7) и направляющей (две цилиндрических части с прорезями). Хитрость в том, что сделать 2 цилиндра и конус соосно с микронными допусками не так-то просто. Ответная часть, назовём её корпусом клапана, (зелёненькая, поз. 6) состоит из седла клапана (внутренний конус внизу) и направляющей (цилиндрическое отверстие). Выполнить соосно конус в конце длинной цилиндрической трубы ещё сложнее. Плюс ещё «цилиндричность», «конусность», «овальность», «шероховатость» каждого геометрического элемента. Другие изготовители форсунок пытаются себе облегчить задачу, делая эти части составными (ПЕКАР, например). Соосность обеспечивают при дальнейшей сборке, что проще, но удорожает сборку.
Игла перемещается в корпусе клапана в вертикальном направлении с минимальными боковыми зазорами. Перемещение (ход клапана) строго нормируется и ограничивается упором (на рисунке выглядит серым прямоугольником слева от иглы). На самом деле упор похож на небольшую подковку со шлифованными боковинками. В данном конструктиве клапанная пара изготовлена по схеме «конус-конус». Весьма распространены также варианты «конус-шар», «плоскость-плоскость». Направляющие, запорный элемент и седло клапана выполнены из легированных износостойких сталей или твердых сплавов. Запорный элемент прижимается к седлу пружиной (два ряда чёрненьких точечек).
Переходим к магнитной части. На корпус катушки (серенькая деталь в центре) намотана обмотка 3 (латунь или медь). Катушка «мокрого типа», т.е. в процессе работы омывается проходящим топливом, отводящим тепло. Концы обмотки выведены на внешний разъем (вообще-то поз. 2, но она уехала за край картинки). Катушка вставлена в корпус форсунки (поз.4), являющийся одновременно частью магнитопровода. Сверху магнитопровод замыкается контрполюсом (сиреневая деталь). На иглу напрессован якорь (желтенькая деталь посередине). Все детали магнитопровода выполнены из магнитомягкой электротехнической стали.
Гидравлическая часть. Топливо подается через штуцер, выполненный с контрполюсом, как единая деталь. В штуцер запрессован технологический фильтр (поз. 1). Некоторые чудаки называют его фильтром тонкой очистки, но на самом деле это не так, об этом поговорим ниже. Топливо, проходя по полостям и каналам в корпусе и игле доходит до седла клапана и ищет возможность продвинуться дальше. Но мы ему такой возможности пока не дадим, а прейдем к следующему вопросу.
3. Как это всё работает? Электромагнит.
Электрический ток, протекающий через обмотку, создаёт вокруг витков магнитное поле. (Смотрим рисунок или учебник физики.) Однако нас не устраивает, что силовые линии предоставлены сами себе и болтаются в пространстве, как им захочется. Поэтому мы организуем для них удобное вместилище – магнитопровод из магнитомягкой электротехнической стали. В нашем случае, как мы упоминали, в качестве магнитопровода выступают корпус (4), контрполюс (сиреневенький) и якорь (желтенький). Сталь очень нравится силовым линиям, поэтому большая их часть будет, пихаясь и толкаясь проходить именно по ней. Что нам и надо. Кроме того, магнитное поле очень любит, чтобы магнитопровод был замкнутым, но тут мы его разочаруем. Не считая тех зазоров, от которых мы сами бы не прочь избавиться (вальцовка корпуса и контрполюса, подвижное соединение якорь-корпус), ещё и специально организуем пустоту между якорем и контрполюсом. Магнитное поле не хочет мириться с таким произволом и старается это дело поправить. И пытается этот зазор уничтожить, двигая якорь в направлении контрполюса. А мы получаем, что и хотели. Прицепляем к якорю запорный элемент на палочке и можем управлять клапаном.
Есть один важный нюанс. Якорь начинает двигаться только по достижении током определённой величины. А ток в катушке появляется не мгновенно с подачей на её клеммы напряжения, а нарастает от нуля по экспоненте до максимального (про максимальный см. з-н Ома). Кстати, и обратное движение якоря (под действием пружины) тоже начинается не одновременно с окончанием импульса, а с задержкой. Для того, чтобы эта задержка была поменьше, якорю не дают долетать до самого контрполюса, а останавливают чуть раньше упором (той самой подковкой).
4. Как это всё работает? Гидравлика.
Ну, хорошо, клапан мы открыли, что дальше?
Первой важной характеристикой является статическая производительность (она же — статическая точка, она же — статическая проливка, она же – статика). Форсунку открывают полностью и долго льют в мерную банку, засекая время. Делят объем на время, получают производительность в см3/мин (при рабочем давлении). Вообще-то, по-хорошему, больше интересует не объемная, а массовая доля, т.к. двигатель «понимает» именно массовую подачу (т.е. количество молекул). Именно так и поступают на фирмах-производителях, меряют в г/мин. Но форсунка – объемный дозатор, по определению. Возникают проблемы температуры, плотности топлива, методов измерения. Поэтому «в простонародье» используют всё-таки объемные доли.
Статическая производительность зависит от перепада давлений на входе/выходе форсунки, сечения и формы жиклёра, вязкости топлива и т.д. Кстати, о форме жиклёра. Производители используют разные формы жиклёров: кольцевой, с различным количеством отверстий. Исходящее из форсунки топливо может распыляться или формироваться в плотную струю (струи). Изготавливая пылящую форсунку, производители проводят множество испытаний в поисках оптимизации формы факела и качества распыла. Поэтому высказываемые в частных дискуссиях мнения на тему «6-дырочный распылитель лучше кольцевого (или наоборот)» являются не более, чем частными.
Следующий параметр, определяющий вместе со статической производительностью проливочную характеристику ЭМФ, — это производительность динамическая (она же – динамическая точка, она же – динамика, она же – контрольная точка). На форсунку подают серию импульсов с заданным периодом Т (обычно 10 мс, т.е. частота импульсов 100 Гц) и заданной (контрольной) длительностью τ. Контрольную длительность обычно выбирают где-то похожей на импульс холостого хода того мотора, для которого наша ЭМФ предназначена. Топливо собирают в ту же мерную емкость, делят объем (или массу, см. выше) на количество поданных импульсов и получают динамическую производительность в мм3/цикл (мг/цикл). Если исследования более углубленные, то проверяют производительность во многих точках, получая проливочную характеристику ЭМФ. Как мы видим из рисунка, на большей части своей характеристики зависимость цикловой подачи от длительности импульса линейная, но в начале и конце графика причудливо изгибается.
Почему так происходит, рассмотрим в следующей главе. Для форсунки известной конструкции достаточно 2-х точек: статики и динамики. Наносим на график статику, точку В (очевидно, что при периоде 10 мс длительность 10 мс – это и есть полностью открытая форсунка), соединяем её с началом координат, получая тем самым наклон графика. Наносим расход в контрольной точке А и сдвигаем прямую эквидистантно, чтобы она проходила через точку А. Помним про участки нелинейности.
5. Как это всё работает? Механика.
5.1. Срабатывание.
Как мы видели, при подаче напряжения на клеммы катушки якорь первое время стоит на месте (клапан закрыт). Мало того, что ток не достиг нужной величины, так еще и якорь имеет массу, и пружина мешает, и топливо давит, и трение никто не отменял. Т.е. импульс мы давно подали, а топлива-то нет! А если мы в ближайшее время импульс снимем, то и не будет. Через энное количество микросекунд якорь таки стронется с места и, разгоняясь, полетит в сторону контрполюса. Попробуем снять импульс до того, как якорь долетит до верхнего упора. Удар об упор либо не состоится вовсе, либо время долёта (по инерции) сильно затянется. Т.е. полностью проходное сечение клапана в лучшем случае откроется достаточно поздно, а то и никогда. Итог: в начале своей работы форсунка топлива явно не додает. Вот вам и причина нелинейности на малых длительностях импульса.
А почему при бỏльших длительностях, когда якорь честно долетает до упора и там и остаётся, зависимость «импульс-расход» становится линейной? Ведь там тоже сечение клапана не мгновенно становится максимальным. Всё верно, там тоже топливо не додаётся, но не додаётся для всех длительностей одинаково.
Время от начала импульса до полного открытия ЭМФ называют временем срабатывания. Это ещё один важный параметр форсунки.
5.2. Отпускание.
Форсунку мы открыли, порцайку топлива получили, пора и закрывать. Здесь, однако, тоже не всё так просто. И ток после снятия импульса не мгновенно спадает, и инерция, всё то же самое, что и при открывании. Только пружина и поток топлива на этот раз не мешают, а помогают движению клапана. Время от конца импульса до полного закрытия ЭМФ называют временем отпускания. И если во время срабатывания форсунка топлива не додавала, то при отпускании даёт лишнее. Эту разницу между «недостачей» и «передачей» используют для настройки форсунки (см. ниже).
Для того чтобы понять причину второго участка нелинейности, вспомним термин «скважность». Скважность – это отношение длительности импульса (τ) к периоду следования импульсов (Т), выраженное в процентах. Т.е. при τ = 5 мс и Т = 10 мс скважность равна 50%. Так вот, нелинейный участок начинается не при больших длительностях импульса, а при больших скважностях, т.е. когда между окончанием предыдущего импульса и началом следующего остаётся слишком мало времени. Клапан просто не успевает нормально закрываться и происходит подача «лишнего» топлива. ЭМФ остаётся полностью открытой не только при скважностях, равных 100%, но и меньших, близких к ним, и изменение τ в этих пределах не приводит к изменению цикловой подачи. Т.е. форсунка становится неуправляемой.
6. Как форсунку настраивают?
6.1. Герметичность.
Ну, здесь разговор, конечно, пойдёт не о настройке, а о тщательной проверке. Клапанную пару в сборе после изготовления моют, сушат и ставят на стенд. Проверяют сжатым воздухом. Норма для выбраковки: перетечка 2 см3/мин при давлении 3 атм. сухого воздуха. (Во всяком случае такие нормы были, когда я последний раз занимался проверкой клапанных пар. Не верю, что с тех пор они ухудшились.) Очевидно, что бензин через такой клапан не просочится ни в виде плёнки, ни, тем более, в виде капель. Если вы видите на выходе закрытой форсунки следы бензина, не сомневайтесь, она не пригодна к эксплуатации.
6.2. Статическая производительность.
Не смотря на суперточность изготовления, клапан с жиклёром не бывает абсолютно одинаковым. Если проливка бензином (точнее, его заменителем) показывает недопустимое отклонение от нормы, то статику можно подстроить корректировкой хода клапана. Вообще говоря, линейная величина хода клапана есть величина предварительная, окончательной является проливка.
6.3. Динамическая производительность.
Это, конечно, неприятно, что времена срабатывания и отпускания не бывают нулевыми. Получился бы идеально управляемый механизм. Но вместо того, чтобы впустую переживать по этому поводу, производители обернули этот недостаток себе на пользу. Они научились управлять динамической производительностью при неизменной статической.
Если увеличить усилие возвратной пружины, то время срабатывания увеличится, а время отпускания уменьшится. Если уменьшить, то наоборот. Т.е. увеличивая и уменьшая преднатяг, мы можем изменять баланс «недостачи» при срабатывании и «передачи» при отпускании. Тем самым цикловая подача при данной длительности импульса будет увеличиваться или уменьшаться на некоторую величину. А т.к. срабатывание и отпускание одинаковы при любой длительности (в пределах линейного участка), то и добавка-убавка цикловой на всех длительностях будет одинакова. Прямой участок на графике будет смещаться эквидистантно вверх или вниз. Так и поступают. Посмотрите ещё раз на разрез форсунки. Пружина упирается на подвижный упор (коричневая трубочка в середине). На проливочном стенде, двигая упор, вгоняют контрольную точку в желаемую величину. После чего упор стопорят намертво. (Видели, наверное, 2 отверстия в пластмассе рядом с разъемом, а в них кернение?)
Теперь мы имеем герметичную форсунку, с настроенной характеристикой. Можно нести в магазин.
7. Как выбирать форсунку.
Подробно останавливаться я на этом вопросе не буду. Очевидно, что ЭМФ должна «накормить» двигатель на режиме максимальной цикловой подачи и нормально работать на режиме минимальной. Обращу внимание только на некоторые нюансы. Для этого введём такое понятие как «кратность». Кратность – это отношение максимальной цикловой подачи к минимальной при том же периоде импульсов на линейном участке.
Почему на линейном? Потому что на верхнем нелинейном участке форсунка становится неуправляемой (см. 5.2). А на нижнем, мало того, что она «недодаёт» топлива (см. 5.1), это можно было бы учесть в калибровках, но «недодаёт» нестабильно от цикла к циклу. Если режим холостого хода попадёт на нелинейность, то есть все шансы получить раскачку оборотов. Т.е. форсунку надо выбирать таким образом, чтобы её кратности хватило для обеспечения всего диапазона цикловых подач.
Понятно дело, найти при выборе ЭМФ всю подробную информацию о ней не так просто. Приходится самим проводить определённые исследования. В этом нам здорово поможет осциллограф. Достаточно вывести на него в реальном масштабе времени ток и напряжение на форсунке.
Вот токовая картинка. По оси Х – время, по оси Y – ток. На ней мы видим характерную точку t2 (время срабатывания). Это момент удара якоря о контрполюс (точнее, об упор). Очевидно, что если минимальная длительность импульса в нашей системе будет несколько больше этого t2, то есть все шансы, что мы не промахнемся мимо линейности.
Вот осциллограмма напряжения в конце импульса. (Извините, рисовал в «Пайнте», лёжа на койке, имеет мало общего с действительностью.) Важно, что на осциллограмме видна характерная точка удара клапана о седло. Время t между окончанием импульса и этой точкой и есть время отпускания. Очевидно, что если следующий импульс подавать после закрытия клапана, то и здесь из линейного участка не выскочим.
8. Как увеличивают кратность форсунки.
Разница между минимальным и максимальным потреблением воздуха современным двигателем все увеличивается. Связано это, том числе, с желанием уменьшить частоту вращения на холостых, увеличением оборотов максимальной мощности, принудительной подачей воздуха нагнетателями, и т.д. Производители форсунок просто вынуждены работать над увеличением их кратности. Для этого необходимо бороться над сокращением времен срабатывания/отпускания. Массу возможностей дает уменьшение сопротивления катушки R. Мы не только увеличиваем ток в обмотке, но и меняем в лучшую сторону скорость его нарастания. Т.е. время «тормознутости» якоря с клапаном существенно уменьшается. Поэтому «низкоомные» ЭМФ получают всё большее распространение.
Есть, правда один неприятный нюанс. Протекающий через такую катушку повышенный ток (закон Ома помним?) увеличивает выделение тепла (кто не верит, смотрит закон Джоуля-Ленца). Если это дело оставить как есть, то может плохо закончиться. Поэтому после того, как «низкоомная» форсунка откроется, ток нужно снижать до пожаробезопасного уровня. Получается импульс сложной формы, что добавляет головной боли схемотехникам. Сначала на обмотку подают все, что найдется в бортсети (форсировка), потом снижают напряжение, обычно ШИМом (удержание). Есть, правда, вариант для ленивых, когда ток ограничивают балластными резисторами. Получается нечто среднее между «высокоомной» форсункой и «низкоомной» с импульсом «форсировка+удержание». Но это компромисс, а «мы не привыкли отступать» (с).
Вот как выглядит токовая диаграмма низкоомной форсунки:
После удара якоря о контрполюс (t2 — время срабатывания) переходим на ток удержания. Здесь, кстати, замечание на тему минимальной длительности на холостом ходу. Она должна заканчиваться не сразу после срабатывания, а быть такой, чтобы ЭМФ успевала выйти с форсировки на ток удержания. В противном случае время отпускания будет затянуто и нестабильно, линейность нам не светит.
На этом, пожалуй, закончим технические рассуждения и скажем пару слов на отвлеченные темы.
9. Мыть или не мыть? Вот, черт возьми, вопрос ядрёный!..
Мойка (в разных видах) форсунок имеет технический и коммерческий аспекты. Ну, коммерческого я касаться не буду, сами разбирайтесь со своими клиентами. Говорить будем по делу.
Само понятие «мойка» подразумевает наличие грязи. «Грязь – это вещество не на своем месте», — говаривал великий Клод Луи Бертолле, отмывая руки от открытой им бертолетовой соли.
Есть два вида грязи: та, что появляется в форсунке естественным путем, и та, что ни при каких обстоятельствах там оказаться не должна.
Начнем со второй.
Система подачи топлива спроектирована так, что ничего, кроме бензина на вход ЭМФ подаваться не должно. Что чаще всего входит в понятие этого «ничего»? Посторонние крупные предметы, посторонние мелкие предметы, вода, ржавчина, посторонние хим. соединения и т.д. Источником грязи являются нефтебазы, автозаправочные станции, емкости хранения топлива, сами автовладельцы.
От крупных палок, камней и гвоздей спасает сетка на электробензонасосе (ЭБН). Собственно, для него она и предназначена, т.к. является слишком грубой. Насос, конечно, тоже хорошо бы защитить понадёжней, но ЭБН такого типа плохо работают на всасывание, и дополнительное сопротивление на входе для них недопустимо. Некоторую часть химических «соплей» сетка тоже умудряется отсекать, но настоящей преграды для них, конечно, не представляет. Вода, ржавчина и мелкий песок сквозь неё проходят свободно. Далее по ходу топлива установлен фильтр тонкой очистки топлива (ФТОТ). Его фильтроэлемент имеет тонкость отсева 5 мкм (микрон). Т.е. твёрдые частицы больше 5-ти микрон через него не проскочат. Он не пропустит даже воду. Дальше серьёзных препятствий для грязи нет. Сеточка, запрессованная в штуцер ЭМФ, о которой мы упоминали в начале пьесы (поз.1 на разрезе форсунки), есть фильтр технологический, весьма грубый, предназначенный для защиты внутренностей в процессе производства, транспортировки и хранения. Но и источников грязи на пути от ФТОТ до ЭМФ тоже больше нет. Сентенцию насчет ржавления изнутри стальных трубок во внимание не принимаем, т.к. воды после фильтра быть не должно, а в контакте с бензином сталь не ржавеет.
Переходим от картины идиллической к картине реальной. Грязь в форсунки все-таки попасть может. Каким образом? Фильтр тонкой очистки имеет вполне определённую, зачастую весьма небольшую, грязеёмкость. Частицы грязи, застревая в порах фильтроэлемента, улучшают тонкость отсева, но ухудшают пропускную способность. Через определённое время фильтр настолько плохо начинает пропускать топливо, что давление перед ним начинает угрожающе расти. Наступает момент, когда бумажная шторка рвётся, и вся дрянь, что скопилась в «стакане», радостно повизгивая летит в форсунку. Сеточка сдаётся практически без боя. Занавес, оркестр играет «Реквием».
Вот с этого момента и возникает непреодолимое желание грязь из форсунки вернуть на её законное место – на помойку. Очень сильно этому процессу мешает то обстоятельство, что конструкция выполнена неразборной. И разбирать её не надо. Если вы внимательно читали написанное выше, то сами придете к выводу, что разобранная форсунка – это уже не форсунка. Остаются 2 естественных канала: жиклер и подающий штуцер. (Если уж совсем честно, то штуцер – тоже не очень-то естественный. Производитель не предусмотрел возможность извлечения технологического фильтра. Остальное – самодеятельность.)
Посмотрим на картинку. Увидим такое количество закоулков, «карманов» и лабиринтов, что становится почти очевидно: до конца грязь не удалить ни прямым, ни обратным током жидкости, ни тряской, ни переворотом. Те, кто постарше, помнят чернильницы-«непроливайки». Т.е. удалить грязь полностью весьма… ну скажем так: маловероятно. А главное, это не возможно проконтролировать. После установки «помытой» ЭМФ на ее рабочее место эти притаившееся частички могут сыграть злую шутку в самый неподходящий момент. Забившийся жиклер – это ещё малое зло. Гораздо хуже, когда малая соринка попадет, например, в направляющие клапана, и форсунку заклинит в открытом состоянии.
Ещё худший вариант, когда беда происходит из-за наличия в бензобаке воды. Вообще-то, она там присутствует всегда: конденсацию влаги из атмосферы никто не отменял. Вопрос количества. Образовавшаяся естественным образом вода скапливается постепенно в топливном фильтре и вместе с ним удаляется при своевременной замене. Но операторы АЗС всегда готовы показать нам, что живем не в сказке, и плеснуть в бак такое количество дигидромонооксида, что возможностей ФТОТ хватит минут на 10, не больше. Далее по знакомому сценарию: вода обволакивает фильтроэлемент, ЭБН повысившимся до предела давлением его рвет, вода и грязь попадают в форсунку. Основная беда в том, что большинство сталей, составляющих ЭМФ великолепны в электротехническом отношении, но совершенно не терпят Н2О. Ржавеют не хуже химически чистого железа. Это все. Неистребимый источник грязи внутри самой форсунки. Я лично видел только одну нержавеющую конструкцию: разработки В.Э. Коганера (ЦНИТА, ЛенКАрз). Но он-то понимал, в какой стране живёт.
Что мы имеем в итоге? Первое: грязь извне может попасть только в случае разрыва фильтроэлемента. Второе: никакая промывка не вымоет грязь полностью. Так может быть проще соблюдать элементарные правила эксплуатации форсунки (не помещать в бензобак ничего, кроме бензина, менять вовремя ФТОТ, а в случае сомнений и почаще)? А уж если случилось страшное, то форсунку логичнее поменять на новую? Вполне согласен с доводом: «Некоторые типы ЭМФ настолько дороги и (или) дефицитны, что попытка промыть может спасти ситуацию». Но это уже коммерческий аспект, а его я обещал не затрагивать.
Теперь несколько слов о естественных процессах выделения некоторых веществ из потока углеводородов, именуемого «бензин». Действительно, в течение долгого процесса протекания бензина через «трубу» в узких местах имеют место быть твердые отложения. За счет них сужается проходное сечение жиклера, что приводит к уменьшению производительности ЭМФ. Вот, казалось бы, великолепный повод форсунку помыть! Химии всякой, растворяющей такие вещества, — пруд пруди, только покупай. Но. Оказывается, одновременно с уменьшением диаметра жиклера идет обратный процесс. Твердые частички, размером менее 5 мкм, прошедшие через ФТОТ, бомбардируют отверстия. Такая «пескоструйка» стремится увеличить диаметр отверстий. Оба процесса в первом приближении компенсируют друг друга. Под конец срока службы производительность обычно не выходит за пределы заводских допусков. Тоже как-то надобность мойки становится неочевидной. А вот «отмыть» какой-нибудь пласт отложений в месте, где он никому не мешает, чтобы он прилетел и застрял где-нибудь под клапаном, вероятность всегда имеется.
Так мыть или нет? Просматриваем все вышесказанное, вспоминаем коммерческий аспект, советуемся с клиентом и своей совестью и решаем сами. А вы думали, я вам тут универсальный рецепт предложу?
10. Немного о газовых дозаторах (форсунках).
С развитием в последнее время систем газо-балонного оборудования (ГБО) обострился давно назревший вопрос точного поцилиндрового дозирования газа. Вполне естественным оказалось использование форсунок. Перед разработчиками, однако, встала весьма серьезная проблема: через дозирующее устройство нужно пропихнуть гораздо больший объем, чем в случае жидкого бензина (напомню, форсунка – объемный дозатор). Для этого нужно существенно увеличивать проходное сечение клапанной пары: и диаметр, и подъем клапана. Нужны гораздо большие усилия, развиваемые электромагнитом.
Пошли поначалу количественным путем, благо по наружным габаритам некоторый простор для творчества был. В итоге, якорь по размеру стал похожим на охотничий патрон (некоторые по ошибке называют его «поршнем», и я их понимаю), возвратную пружину можно смело вставлять в автомат Калашникова.
Так бы и ничего страшного, но сразу напомнила о себе диалектика: количество быстренько перетекло в качество. Времена срабатывания/отпускания выросли настолько, что о нормальной кратности можно только мечтать, обеспечить весь диапазон расходов воздуха стало весьма проблематично. Недаром многие производители предлагают возможность добавлять на тяжелых режимах к газу бензин, а то и вовсе на него переходить полностью. «Экономные», правда, просят этого не делать, вот и ходят легенды, как «плох» газ для двигателя.
Внутренние мехпотери тоже не отстают. Мало того, что они огромные, так еще и нестабильные. Причем не только от дозатора к дозатору, но и в одном дозаторе от цикла к циклу. Понятно, что долго такая конструкция не проживет. В варианте с якорем в виде штампованного (!) лепестка, с инерционной массой более-менее справились, но со стабильностью срабатывания стало еще хуже. Для удешевления изделия материалы запорного элемента и седла выбрали не самыми износостойкими. В итоге, ресурс такого устройства сильно напоминает время активной жизни бабочки-подёнки.
С этим надо было что-то делать. Решили выполнить конструкцию разборной и продавать «ремкомплекты». «Мне не нужна «вечная» игла для примуса, я не собираюсь жить вечно» (с). Разбирать и настраивать форсунку в условиях автомастерской, всё равно, что удалять аппендикс в общественном туалете поднятым с пола скальпелем. И зашивать не косметическим хирургическим швом, а сапожной дратвой. Человек, может быть, и выживет, но работник будет уже не тот.
Вполне понятно, что стремясь сэкономить люди идут на такой вариант тем более, что до недавнего времени лучшего никто не предлагал. Но в настоящий момент есть хоть и более дорогие, но технически гораздо более совершенные «необслуживаемые» конструкции. Считая «экономию» весьма полезно учитывать не только сиюминутные единовременные траты, но прикинуть более долгосрочные перспективы, межсервисные интервалы, трудоёмкость технического обслуживания. В конце концов поговорку «Время – деньги» придумали не сегодня.
Если вы обратили внимание, то в описании данных исполнительных механизмов я специально не употребляю слово «форсунка». Во-первых, название «форсунка» (т.е. прецизионный дозатор топлива) надо ещё заслужить. Во-вторых, с установкой ГБО система питания становится битопливной, и удобнее, даже при одинаково высоком уровне конструктива, развести понятия о двух разных исполнительных механизмах: «бензиновая форсунка» и «газовый дозатор». Что касается технической стороны, то из всех, прошедших через мои руки газовых дозаторов только изделия одной японской, одной корейской, одной итальянской и одной российской фирмы можно без натяжки назвать газовыми форсунками.
11. Эпилог.
Спасибо всем, у кого хватило терпения дочитать сей опус до конца. Надеюсь, что писал понятно для начинающих и не очень скучно для опытных. Как и обещал, удержался от использования формул и таких ужасных терминов, как «индуктивность», «постоянная времени», «основание натурального логарифма». Если кто-то не догадался, что такое «дигидромонооксид», рекомендую выполнить самостоятельную работу и обратиться к Википедии.
Вполне возможно, что некоторые, высказанные мной сентенции не являются бесспорными, некоторые несколько устарели, но тут уж сами дальше разбирайтесь. Я ставил перед собой задачу не научить, а дать образное представление. Ибо по моему глубокому убеждению, хорошо в механизме разбирается не тот, кто только знает, а тот, кто знает и представляет, как это работает.
xn--80aa8asdf.xn--p1ai
Форсунка электрическая. Принцип работы. Неисправности
Форсунка (инжектор) — конструктивный элемент системы впрыска, назначение которого заключается в дозированной подаче топлива, подводимого к ней под высоким давлением, его распылении в камере сгорания (впускном коллекторе) и образовании топливно-воздушной смеси.
Принцип работы форсунки
Рис. Пример конструкции форсунок систем распределённого (а) и центрального (моно) впрыска (б): 1 — топливный фильтр, 2 — уплотни тельные кольца, 3 — запирающий элемент, 4 — седло, 5 — пружина, 6 — обмотка, 7 — корпус, 8 — электрический разьём
Устройство электрической форсунки может быть разным(примеры конструкций приведены на рисунке), но принцип работы одинаков для всех типов форсунок.
Форсунка представляет собой определённой формы ёмкость с топливом. С одной стороны топливо под давлением поступает из топливной магистрали через фильтровочную сетку, а с другой стороны в распылённом состоянии попадает в рабочую область ДВИГАТЕЛЯ, если подано напряжения на солсноццальный клапан форсунки.
- MOНO впрыск — форсунка одна (обычно рядный двигатель до 4-х цилиндров)
- ДУБЛЬ MOНO впрыск — две форсунки, работающие на две половины, обычно 6-ти цилиндрового, V-образного двигателя
- РАСПРЕДЕЛЁННЫЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена во впускном коллекторе
- ПРЯМОЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена внутри цилиндра
- ПУСКОВАЯ — одна на двигатель, рабочая часть расположена во впускном коллекторе
Форсунки бывают НИЗКООМНЫЕ (от 1 до 7 Ом) и ВЫСОКООМНЫЕ (от 14 до 17 Ом). Низкоомные форсунки управляются пониженным напряжением или в цепях управления имеются добавочные сопротивления (5-8 Ом). Фрагмент схемы с добавочными сопротивлениями (152) приведен на рисунке.
Рис. Фрагмент схемы системы управления и фото блока сопротивлений.
Рис. Форма факела распылённого топлива различна.
Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке, с системой впрыска от порта (PFI) и системы последовательного впрыска (SFI), которые используют привод выключаемого транзистора насыщения, изображена рядом и отмечена буквой А. Соленоиды форсунок включаются блоком управления двигателем. Напряжение резко падает, когда клапан открыт, а затем, при выключении напряжения, резко возрастает (из-за индуктивности соленоида). Ширина импульса изменяется в зависимости от нагрузки двигателя.
Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке системы моновпрыска (TBI). Такие системы для включения и выключения форсунок используют формирователи пиковых токов и токов синхронизации. Клапаны соленоидов форсунок включаются при наличии высокого тока питания, подаваемого от блока управления двигателем.
После срабатывания, ток уменьшается и поддерживает клапан в открытом состоянии. Наблюдается резкое падение напряжения при первом открытии клапана, а затем резкое увеличение напряжения, когда формирователь тока создаст меньший ток синхронизации, чем высокий ток включения. Когда соленоид отключается(после периода синхронизации) создаётся амплитуда напряжения, обусловлештя индуктивностью катушки соленоида (схема В).
Некоторые формирователи пиковых токов и токов синхронизации производят быстрые переключения напряжения во время периода синхронизации из-за низкого сопротивления обмотки соленоида форсунки (схема С).
Рис. Форсунка распределённого впрыска топлива.
Примером может служить осциллограмма форсунки автомобиля ФОРД «Сиерра» 1,6i, EEC 4 приведённая ниже.
Рис. Осциллограмма форсунки
Ниже приведены схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива.
При одновременном и групповом методе все форсунки, соединённые параллельно впрыскивают топливо одновременно, причём за один оборот коленвала впрыскивается половина полной порции топлива.
Такой метод соединения форсунок использовался на а\м выпуска 80 х — начала 90 х годов.
Современные системы управления двигателями используют последовательный или фазированный впрыск топлива. Такой метод управления позволяет увязывать момент впрыска с моментом открытия впускного клапана в конкретном цилиндре, изменять количество подаваемого топлива в цилиндр.
Рис. Схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива
На схемах использованы следующие обозначения: 1,2,3,4 — форсунки, 5 — ЭБУ двигателем.
Форсунки систем прямого впрыска топлива отличаются от форсунок, применяемых на системах впрыска топлива во впускной коллектор. Распылитель форсунки расположен непосредственно в камере сгорания и испытывает большие температурные нагрузки и нагрузки высокого давления. Форсунка прямого впрыска длиннее, т.к. необходимо пройти толщину головки блока. Давление топлива значительно выше, чем в обычных системах впрыска и факел распыла имеет свои особенности для каждого двигателя. Эти особенности систем прямого впрыска можно отнести к бензиновым и дизельным двигателям. На рисунке показана форсунка и её осциллограмма двигателя HDI СИТРОЕН. Сопротивление обмотки соленоида форсунки 0,3 — 1 Ом.
Рис. Форсунка системы прямого впрыска HDI и осциллограмма, снятая на режиме XX.
Расположение
ПУСКОВАЯ форсунка обычно расположена во впускном коллекторе таким образом, чтобы её широкий факел распылённого топлива (до 90 градусов) попадал в район впускных клапанов всех цилиндров.
Форсунка МОНО впрыска расположена на месте обычного карбюратора и топливо впрыскивается в общий объём впускного коллектора.
Форсунки РАСПРЕДЕЛЕННОГО впрыска расположены на впускном коллекторе в районе впускных клапанов каждого цилиндра. Если впускных клапана два, то факел распылённого топлива состоит из двух частей, каждая из которых направлена под один из клапанов.
Форсунки ПРЯМОГО впрыска расположены в головке блока. Распылитель расположен в цилиндре и имеет узкую щель, формирующую факел, направленный под углом к днищу поршня.
Одно из принципиальных отличий систем прямого впрыска топлива в том, что в зависимости от режима работы двигателя давление топлива регулируется в пределах 80-130 атм. Система управления контролирует как момент впрыска, происходящий во время такта всасывания, так и порцию топлива, изменяя давление в трубопроводе и длительность открытия форсунки.
Неисправности форсунки
Сопротивление обмотки форсунки должно соответствовать справочным данным. Обычно форсунки на входе имеют мелкую сетку, которая может забиться мелкими частичками примесей или ржавчины из бака и топливных магистралей.
Если впускная сетка не задержала примеси, то проходя через запирающий элемент и седло форсунки, эти части получают дополнительный износ из-за абразивных свойств посторонних частиц. Постепенно форма факела меняется или вообще пропадает и форсунка льёт топливо обычной струйкой, что не способствует правильной работе двигателя.
На распылителе форсунки постепенно скапливаются смоляные отложения. Иногда отложения образовываются в результате использования на двигателе газовой установки.
Методика проверки
Проверку топливной части форсунки необходимо начинать с подключения к автономной установке, которая может создать на входе в форсунку рабочее давление. При этом из форсунки не должно капать или литься топливо. При кратковременном подключении форсунки к питанию 12 в (высокоомные форсунки 14-17 Ом, низкоомные — от 2 до 7 Ом через добавочное сопротивление 10-15 Ом) должны раздаваться звонкие щелчки запирающего клапана, втягиваемого магнитным полем соленоида. Если форсунка «не щелкает», то, вероятно, всё внутри забито ржавчиной. Такая форсунка отправляется «в последний путь». Если первичные проверки дают положительный результат, проверяем форму факела и степень распыла топлива, а также производительность форсунки в единицу времени — это обычно 80 — 90 мл. за 30 сек (50 — 60 мл. для малообьёмных двигателей).
Ремонт форсунки
Как временную меру, можно рекомендовать промывку форсунки в промывочной установке. Продувку сжатым воздухом в открытом состоянии с обеих сторон, но обычно всё заканчивается заменой форсунок на новые.
ustroistvo-avtomobilya.ru
Электромагнитная форсунка (варианты)
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к электромагнитным форсункам. Изобретение позволяет упростить конструкцию и повысить ресурс форсунки. Электромагнитная топливная форсунка содержит внешний кожух, катушку, запорный элемент, седло, упор, аксиально-продленный в полость якоря, сердечник, полый якорь, жестко связанный с запорным элементом, взаимодействующим с седлом, упругий элемент, размещенный в полости якоря с возможностью поджатия запорного элемента к седлу. Упор из немагнитного материала закреплен в регулировочном винте, расположенном в сердечнике. Упор имеет бурт, которым упирается в торец регулировочного винта. На торце упора имеется элемент из твердого немагнитного материала. При этом упругий элемент расположен в полости якоря вокруг упора между дном корпуса якоря и регулировочными шайбами, упирающимися в бурт упора. Во втором варианте регулировочный винт и упор выполнены в виде одной детали из немагнитного материала, на торце которой расположен твердый немагнитный элемент. При этом упругий элемент расположен в полости якоря вокруг упора между дном корпуса якоря и регулировочными шайбами, упирающимися в бурт упора. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Электромагнитная форсунка предназначена для использования в двигателестроении, в частности топливовпрыскиваюшей аппаратуре двигателей внутреннего сгорания.Известны электромагнитные форсунки (пат. №2064074 6 F 02 M 51/06, Бюл.№20 от 20.07.96; пат. №2097595 6 F 02 M 51/06, Бюл.№33 от 27.11.97) для двигателей внутреннего сгорания, содержащие внешний кожух, катушку, запорный элемент, седло, упор, сердечник, якорь, жестко связанный с запорным элементом, упругий элемент, размещенный в полости якоря с возможностью поджатия запорного элемента к седлу. Регулировочным элементом, влияющим на крутизну динамической характеристики пролива форсунки (зависимость величины пролива топлива форсункой от длительности управляющего электрического импульса), является усилие, создаваемое подпружиниваюшей якорь пружиной, при этом с большой степенью точности должны выполняться зазоры между якорем и сердечником, а также между стопорным элементом и упором, что нетехнологично. Регулировка пролива топлива осуществляется подбором соответствующего данной форсунке жиклера, что также нетехнологично. Кроме того, упоры указанных электромагнитных форсунок изготовлены из твердых сталей, которые обладают остаточным магнетизмом, что может приводить к залипанию якоря и существенным изменениям параметров форсунки.Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемой форсунки является электромагнитная форсунка для подачи топлива, содержащая внешний кожух, катушку, запорный элемент, седло, упор, сердечник, выполненный в виде цилиндра с внутренней ступенчатой расточкой, полый якорь, размещенный во внутренней ступенчатой расточке и жестко связанный с запорным элементом взаимодействующим с седлом (пат. №2136950 6 F 02 M 51/06).К недостаткам указанной форсунки относятся:1. Невозможность плавной регулировки зазоров «h» и «», регулировка производится при помощи замеров и, при необходимости, подрегулировки, каждый раз разборке и сборке форсунки, что нетехнологично, а также невозможность подрегулирования величины пролива топлива после окончательной сборки.2. Отсутствует регулировочный элемент, способный изменять крутизну динамической характеристики пролива топлива.3. Упор с целью увеличения ресурса работы форсунки изготовлен из твердых сталей, которые обладают остаточным магнетизмом, что может приводить к залипанию якоря и приведению форсунки в нерабочее состояние или существенно менять ее характеристики.Изобретение решает задачу упрощения конструкции, повышения технологичности регулировки и сохранения стабильности динамических характеристик форсунок с одновременным повышением ресурса. Технический результат достигается тем, что в форсунке, содержащей внешний кожух, катушку, запорный элемент, седло, упор, аксиально- продленный в полость якоря, сердечник, полый якорь, жестко связанный с запорным элементом, взаимодействующим с седлом, упругий элемент, размешенный в полости якоря с возможностью поджатия запорного элемента к седлу, упор из немагнитного материала закреплен в регулировочном винте, расположенном в сердечнике, при этом упор имеет бурт, которым упирается в торец регулировочного винта, а на торце упора имеется элемент из твердого немагнитного материала, при этом упругий элемент расположен в полости якоря вокруг упора между дном корпуса якоря и регулировочными шайбами, упирающимися в бурт упора; в сердечнике может быть закреплена упорная шайба с опирающимся на нее через регулировочные шайбы упругим элементом; перпендикулярно резьбе регулировочного винта может быть выполнено отверстие с запрессованным в нем штифтом из мягкого немагнитного материала, своими торцами врезанным в резьбу сердечника и предназначенным для более плотного резьбового соединения; штифт может быть выполнен из полиамида; упор может быть выполнен из латуни, а элемент на торце упора может быть выполнен из корунда.Регулировочный винт и упор могут быть выполнены в виде одной детали из немагнитного материала, на торце которой расположен твердый немагнитный элемент, при этом упругий элемент расположен в полости якоря вокруг упора между дном корпуса якоря и регулировочными шайбами, упирающимися в бурт упора; в сердечнике может быть закреплена упорная шайба с опирающимся на нее через регулировочные шайбы упругим элементом; деталь из немагнитного материала может быть выполнена из латуни, а элемент на ее торце может быть выполнен из корунда.На фиг.1 и 2 изображены общие виды независимых технических решений электромагнитной топливной форсунки в разрезе.На фиг.3 и 4 изображены варианты исполнения технических решений фиг.1 и 2.По первому независимому техническому решению (фиг.1 и 3) форсунка содержит внешний кожух 1 (фиг.1-4), катушку 2, запорный элемент 3, седло 4 (фиг.1 и 2), упор 5 (фиг.1 и 3) из немагнитного материала, аксиально-продленный в полость якоря, сердечник 6 (фиг.1-4), полый якорь 7, жестко связанный с запорным элементом 3, взаимодействующим с седлом 4 (фиг.1 и 2), упругий элемент 8 (фиг.1-4), размешенный в полости якоря 7 с возможностью поджатия запорного элемента 3 к седлу 4 (фиг.1 и 2), регулировочный винт 9 (фиг.1 и 3), расположенный в сердечнике 6 (фиг.1-4), бурт 10 (фиг.1 и 3) упора 5, которым упор 5 упирается в торец регулировочного винта 9. На торце упора 5 имеется элемент 11 (фиг.1-4) из твердого немагнитного материала, при этом упругий элемент 8 расположен в полости якоря 7 вокруг упора 5 (фиг.1 и 3) между дном корпуса якоря 7 (фиг.1-4) и регулировочными шайбами 12, упирающимися в бурт 10 (фиг.1 и 3) упора 5, при этом регулировочный винт 9 плавно регулирует зазор «а» (фиг.1-4), влияющий на пролив топлива, причем между сердечником 6 и полым якорем 7 остается зазор «б», а регулировочные шайбы 12 изменяют усилие упругого элемента 8, влияющего на крутизну динамической характеристики пролива топлива форсункой; в сердечнике 6 может быть закреплена упорная шайба 13 (фиг.3 и 4) с опирающимся на нее через регулировочные шайбы 12 (фиг.1-4) упругим элементом 8; перпендикулярно резьбе регулировочного винта 9 (фиг.1 и 3) может быть выполнено отверстие с запрессованным в нем штифтом 14 (фиг.3 и 4) из мягкого немагнитного материала, своими торцами врезанным в резьбу сердечника 6 (фиг.1-4) и предназначенным для более плотного резьбового соединения; штифт 14 (фиг.3 и 4) может быть выполнен из полиамида; упор 5 (фиг.1 и 3) может быть выполнен из латуни, а элемент 11 (фиг.1-4) на торце упора 5 (фиг.1 и 3) может быть выполнен из корунда.По второму независимому техническому решению (фиг.2 и 4) форсунка содержит внешний кожух 1 (фиг.1-4), катушку 2, запорный элемент 3, седло 4 (фиг.1 и 2), упор 5 (фиг.1 и 3) из немагнитного материала, аксиально-продленный в полость якоря, сердечник 6 (фиг.1-4), полый якорь 7, жестко связанный с запорным элементом 3, взаимодействующим с седлом 4 (фиг.1 и 2), упругий элемент 8 (фиг.1-4), размещенный в полости якоря 7 с возможностью поджатия запорного элемента 3 к седлу 4 (фиг.1 и 2), регулировочный винт 9 (фиг.1 и 3) и упор 5 выполнены в виде одной детали 15 (фиг.2 и 4) из немагнитного материала, на торце которой расположен твердый немагнитный элемент 11 (фиг.1-4), при этом упругий элемент 8 расположен в полости якоря 7 вокруг упора Б (фиг.1 и 3) между дном корпуса якоря 7 (фиг.1-4) и регулировочными шайбами 12, упирающимися в бурт упора 5 (фиг.1 и 3), при этом деталь 15 (фиг.2 и 4) из немагнитного материала плавно регулирует зазор «а» (фиг.1-4), влияющий на пролив топлива, причем между сердечником 6 и полым якорем 7 остается зазор «б», а регулировочные шайбы 12 изменяют усилие упругого элемента 8, влияющего на крутизну динамической характеристики пролива топлива форсункой; в сердечнике 6 может быть закреплена упорная шайба 13 (фиг.3 и 4) с опирающимся на нее через регулировочные шайбы 12 (фиг.1-4) упругим элементом 8; деталь 15 (фиг.2 и 4) из немагнитного материала может быть выполнена из латуни, а твердый элемент 11 (фиг.1-4) на ее торце может быть выполнен из корунда.Электромагнитная форсунка по первому и второму независимому техническому решению работает следующим образом.При отсутствии напряжения в катушке запорный элемент 3 (фиг.1-4) якоря 7 поджат упругим элементом 8 к седлу 4 (фиг.1 и 2). При подаче электрического сигнала в катушку 2 (фиг.1-4) соленоид возбуждается и якорь 7 запорным элементом 3, преодолевая сопротивление упругого элемента 8 и давление топлива, подтягивается до элемента 11 из твердого немагнитного материала, расположенного в упоре 5 (фиг.1 и 3) или детали 15 (фиг.2 и 4) из немагнитного материала на величину зазора «а» (фиг.1-4), при этом между полым якорем 7 и контрполюсом электромагнита (сердечник 6) остается зазор «б». Отверстие в седле 4 (фиг.1 и 2) открывается и происходит впрыск топлива в двигатель. При отключении электрического сигнала якорь 7 (фиг.1-4) с запорным элементом 3 под действием упругого элемента 8 поджимается к седлу 4 (фиг.1 и 2). Проход топливу закрыт.Регулировка величины подачи топлива через зазор «а» (фиг.1-4) плавно осуществляется регулировочным винтом 9 (фиг.1 и 3) или деталью 15 (фиг.2 и 4) из немагнитного материала посредством установки зазора «а» (фиг.1-4) между запорным элементом 3 и элементом 11 из твердого немагнитного материала, расположенным на торце упора 5 (фиг.1 и 3), жестко связанного с регулировочным винтом 9 или торце детали 15 (фиг.2 и 4) из немагнитного материала.Крутизна динамической характеристики пролива форсунки регулируется в процессе предварительной регулировки усилием сжатия упругого элемента 8 (фиг.1-4) посредством регулировочных шайб 12, расположенных на торце упругого элемента 8.Преимуществом предлагаемой конструкции является простота, высокая технологичность регулировочного процесса, улучшенные динамические характеристики форсунки. Применение корунда повышает износостойкость и ресурс форсунок. С предлагаемой топливной электромагнитной форсункой проведены испытания на работоспособность и ресурс с удовлетворительными результатами.Формула изобретения
1. Электромагнитная топливная форсунка, содержащая внешний кожух, катушку, запорный элемент, седло, упор, аксиально продленный в полость якоря, сердечник, полый якорь, жестко связанный с запорным элементом, взаимодействующим с седлом, упругий элемент, размещенный в полости якоря с возможностью поджатия запорного элемента к седлу, отличающаяся тем, что упор из немагнитного материала закреплен в регулировочном винте, расположенном в сердечнике, имеет бурт, которым упирается в торец регулировочного винта, а на торце упора имеется элемент из твердого немагнитного материала, при этом упругий элемент расположен в полости якоря вокруг упора между дном корпуса якоря и регулировочными шайбами, упирающимися в бурт упора.2. Электромагнитная топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что в сердечнике закреплена упорная шайба с опирающимся на нее через регулировочные шайбы упругим элементом.3. Электромагнитная топливная форсунка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что перпендикулярно резьбе регулировочного винта выполнено отверстие с запрессованным в нем штифтом из мягкого немагнитного материала, своими торцами врезанным в резьбу сердечника.4. Электромагнитная топливная форсунка по п.3, отличающаяся тем, что штифт выполнен из полиамида.5. Электромагнитная топливная форсунка по любому из п.1 или 4, отличающаяся тем, что упор выполнен из латуни, а элемент на торце упора — из корунда.6. Электромагнитная топливная форсунка, содержащая внешний кожух, катушку, запорный элемент, седло, упор, аксиально продленный в полость якоря, сердечник, полый якорь, жестко связанный с запорным элементом, взаимодействующим с седлом, упругий элемент, размещенный в полости якоря с возможностью поджатия запорного элемента к седлу, отличающаяся тем, что регулировочный винт и упор выполнены в виде одной детали из немагнитного материала, на торце которой расположен твердый немагнитный элемент, при этом упругий элемент расположен в полости якоря вокруг упора между дном корпуса якоря и регулировочными шайбами, упирающимися в бурт упора.7. Электромагнитная топливная форсунка по п.6, отличающаяся тем, что в сердечнике закреплена упорная шайба, с опирающимся на нее через регулировочные шайбы упругим элементом.8. Электромагнитная топливная форсунка по п.6, отличающаяся тем, что деталь из немагнитного материала выполнена из латуни, а твердый элемент на ее торце — из корунда.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4findpatent.ru
Об электромагнитных форсунках
Обычно в двигателях с системой Bosch СР1 используются форсунки электромагнитного типа CRI 1 и CRI 2. Принцип работы в следующем:
Топливо из рампы под высоким давлением через трубку направляется к форсунке и далее по топливной галерее в форкамеру распылителя, а также через впускной дроссель в управляющую камеру клапана. Управляющая камера клапана соединена с линией возврата топлива в бак через выпускной дроссель, который может открываться электромагнитным клапаном. В закрытом состоянии (электромагнитный клапан обесточен) выпускной дроссель закрыт шариком клапана, поэтому топливо не может выйти из управляющей камеры клапана. В этом положении в форкамере распылителя и в управляющей камере клапана устанавливается одинаковое давление (баланс давления). На иглу распылителя действует дополнительно усилие собственной пружины, поэтому игла распылителя остается закрытой (гидравлическое давление и усилие пружины иглы распылителя). Топливо не попадает в камеру сгорания. При активации электромагнитного клапана открывается выпускной дроссель. За счет этого возрастает давление в управляющей камере клапана, а также гидравлическое усилие, действующее на управляющий золотник клапана. Как только гидравлическая сила в управляющей камере клапана станет меньше гидравлической силы в форкамере распылителя и пружины иглы распылителя, игла распылителя открывается. Топливо через отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания.
Спустя заданное программой время подача электропитания к электромагнитному клапану прерывается. После этого выпускной дроссель снова закрывается. С закрытием выпускного дросселя в управляющей камере клапана через впускной дроссель восстанавливается давление из топливной рампы. Это повышенное давление с большим усилием воздействует на управляющий золотник клапана. Эта сила и сила упругости пружины иглы распылителя теперь превосходят силу в форкамере распылителя и игла распылителя закрывается. Скорость закрывания иглы распылителя определяется расходом впускного дросселя. Впрыск прекращается, как только игла распылителя достигает своего нижнего упора. Косвенное приведение в действие иглы распылителя посредством системы гидравлического сервопривода применяется, когда усилие, необходимое для быстрого открывания иглы распылителя с помощью электромагнитного клапана, не может быть создано напрямую. Для этого дополнительно к объему впрыскиваемого топлива в возврат топлива через дроссели управляющей камеры подается требуемый «управляющий объем».
Дополнительное к управляющему объему имеются объемы утечек на перемещение иглы распылителя и управляющего золотника клапана. Электромагнитные форсунки калибруются во время производства и имеют несколько вариантов кодировки. Ранние версии разделены на классы (например, Х, Y, Z у Hyundai) и в случае замены классы форсунок необходимо комбинировать по определенному принципу. В более поздних системах используется код : 8-значный (ЕВРО IV) или 9-значный (ЕВРО V), который представляет собой поправочный коэффициент для коррекции топлива и выгравирован на поверхности головки топливной форсунки. В случае замены форсунок в память ЭБУ необходимо вводить новый код. Также необходимо вводить коды форсунок при замене ЭБУ на новый в память нового блока.
Источник: http://www.commonrail.ru
kovsh.com
