Что такое форсунки и где стоят. Форсунки двигателя - виды и принцип работы. Определение понятия форсунка

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.

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.

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 - 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.

Топливная форсунка (ТФ), или инжектор, относится к деталям топливной системы впрыска. Она управляет дозированием и подачей ГСМ с его последующим разбрызгиванием в камере сгорания и соединением с воздухом в единую смесь.

ТФ выступают в роли главных исполнительных деталей, относящихся к системе впрыска. Благодаря им происходит разделение топлива на мельчайшие частицы путем разбрызгивания и его поступление в двигатель. Форсунки для любого типа моторов выполняют одинаковое назначение, однако различаются конструкционно и по принципу действия.

Данный вид изделий отличается индивидуальным изготовлением под конкретный тип силового агрегата. Иначе говоря, универсальной модели этого устройства не существует, поэтому переставлять их с бензинового мотора на дизельный нельзя. В качестве исключения можно привести пример гидромеханических моделей от BOSCH, устанавливаемых на механические системы, работающие на непрерывном впрыске. Они находят широкое применение для различных силовых агрегатов в качестве составного элемента системы «K-Jetronic», хотя и имеют несколько модификаций, не связанных между собой.

Расположение и принцип работы

Схематично форсунка – это электромагнитный клапан, управляемый программно. Она обеспечивает подачу топлива в цилиндры в установленных дозах, причем установленная система впрыска определяет вид используемых изделий.

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

Расположение форсунок зависит от конкретного типа системы впрыска:

Центральный – размещаются перед дроссельной заслонкой во впускном трубопроводе.

Распределенный –всем цилиндрам соответствует отдельная форсунка, размещаемая у основания впускного трубопровода и осуществляющая впрыск ГСМ.

Непосредственный –форсунки находятся вверху стенок цилиндра, что обеспечивает впрыск напрямую в камеру сгорания.

Форсунки для бензиновых моторов

Бензиновые моторы комплектуются следующими типами инжекторов:

Одноточечные – подают топливо, расположены до дроссельной заслонки.

Многоточечные – за подачу ГСМ на цилиндры отвечают несколько форсунок, располагаемых перед трубопроводами.

ТФ обеспечивают подачу бензина в камеру сгорания силовой установки, при этом конструкция таких деталей неразборная и не предусматривает ремонт. По стоимости они дешевле тех, что устанавливаются на дизельных моторах.

Как деталь, обеспечивающая нормальную работу топливной системы автомобиля, форсунки часто выходят из строя по причине загрязнения расположенных на них фильтрующих элементов продуктами сгорания. Подобные отложения перекрывают распылительные каналы, что нарушает работу ключевого элемента – игольчатого клапана и прерывает поступление топлива в камеру сгорания.

Форсунки для дизельных моторов

Правильную работу топливной системы дизельных двигателей обеспечивают два типа устанавливаемых на них форсунок:

Электромагнитные, за работу которых отвечает специальный клапан, регулирующий поднятие и опускание иглы.

Пьезоэлектрические, работающие за счет гидравлики.

Правильная настройка форсунок, а также степень их износа влияет на работу дизельного мотора, выдаваемую им мощность и объем расходуемого горючего.

Поломку или неисправность работы дизельной форсунки автовладелец может заметить по ряду признаков:

Увеличился расход топлива при нормальной тяге.

Машина не хочет двигаться с места и дымит.

Способы чистки форсунок

Для решения вышеназванных проблем требуется периодическая промывка топливных форсунок. Для устранения загрязнений применяют ультразвуковую очистку, используют особую жидкость, выполняя процедуру вручную, либо добавляют специальные присадки, позволяющие очистить форсунки без разбора мотора.

Заливка промывки в бензобак

Наиболее простой и щадящий способ очистки загрязненных форсунок. Принцип действия добавляемого состава заключается в постоянном растворении с его помощью имеющихся отложений в системе впрыска, а также частичное предотвращение их появления в будущем.

Такая методика хороша для новых машин либо автомобилей с небольшим пробегом. В этом случае добавление промывки в бак с топливом выступает профилактикой, позволяющей поддерживать силовую установку и топливную систему машины в чистоте. Для машин с серьезными загрязнениями топливной системы данный способ не подходит, а в ряде случаев может нанести вред, усугубив имеющиеся проблемы. При большом количестве загрязнений смытые отложения попадают в форсунки и забивают их еще больше.

Чистка без снятия с двигателя

Промывка ТФ без разбора двигателя выполняется путем подключения промывочной установки непосредственно к мотору. Такой подход позволяет отмыть скопившуюся грязь на форсунках и топливной рампе. Двигатель на полчаса запускается на холостом ходу, подача смеси происходит под давлением.

Данный способ не используется на сильно изношенных двигателях, а также не подходит для автомобилей с установленной системой КЕ-Jetronik.

Чистка со снятием форсунок

При сильных загрязнениях двигатель разбирают на специальном стенде, снимают форсунки и выполняют их индивидуальную очистку. Подобные манипуляции дополнительно позволяют определить наличие неисправностей в работе форсунок с их последующей заменой.

Чистка ультразвуком

Очистка форсунок выполняется в ультразвуковой ванне для предварительно снятых деталей. Вариант подходит при сильных загрязнениях, не убирающихся очистителем.
Операции по очистке форсунок без снятия с двигателя в среднем обходятся владельцу автомобиля в 15-20 у.е. Стоимость диагностики с последующей чистой для одной форсунки в ультразвуке либо на стенде составляет около 4-6 у.е. Комплексные работы по промывке и замене отдельных деталей позволяют обеспечить бесперебойную работу топливной системе еще на полгода, добавив 10-15 тыс. км. пробега.

Оборудование такого рода используется во всех системах впрыска двигателей - и бензиновых, и дизельных. Сегодня на современных двигателях используют форсунки, которые оснащены электронным управлением впрыска.

Зависимо от того или иного способа выполнения впрыска различают такие виды форсунок, как: электромагнитная, пьезоэлектрическая и электрогидравлическая.

Читайте также статью:

Конструкция и принцип функционирования электромагнитной форсунки

Фотография устройства электромагнитной форсунки

Электромагнитное устройство такого плана, как правило, используют, на бензиновых двигателях, включая и те, которые имеют систему непосредственного впрыска. Данный вид оборудования характеризуется довольно простой конструкцией, которая состоит из сопла и включающего электромагнитного клапана, оснащенного иглой.

Работа электромагнитной форсунки происходит таким образом. Электронный блок управления, в точном соответствии с заложенным ранее алгоритмом, обеспечивает в необходимый момент на обмотку возбуждения клапана подачу напряжения. В процессе этого создается электромагнитное поле, которое преодолевает усилие пружины, затем втягивает якорь с иглой и, таким образом, освобождает сопло. После этого осуществляется впрыск топлива. Когда же напряжение пропадает, пружина иглу форсунки возвращает на седло.

Конструкция и принцип функционирования электрогидравлической форсунки

Фотография устройства электрогидравлической форсунки

Электрогидравлическое оборудование такого плана применяют на дизельных двигателях, включая и те, которые оборудованы системой впрыска под названием «Common Rail». Конструкция устройства данного типа объединяет в себе электромагнитный клапан, сливную и впускную дроссели, камеру управления.

Принцип работы данного оборудования основан на применении давления топлива, и при впрыске, и после его прекращения. Электромагнитный клапан в исходном положении обесточен и полностью закрыт, игла устройства прижата к седлу с помощью силы давления на поршень топлива в камере управления. В таком положении впрыск топлива не осуществляется. Следует отметить, что в такой ситуации давление топлива на иглу в связи с разностью площадей контакта менее давления, осуществляемого на поршень.

После команды электроблока управления происходит срабатывание электромагнитного клапана и осуществляется открытие сливной дроссели. При этом, топливо, находящееся в камере управления, вытекает в сливную магистраль через дроссель. Впускной дроссель служит препятствием тому, чтобы произошло быстрое выравнивание давлений не только во впускной магистрали, но также и в камере управления. Постепенно давление на поршень уменьшается, но не изменяется давление топлива, осуществляемое на иглу - в результате этого происходит поднятие иглы и, соответственно, впрыск горючего.

Конструкция, преимущества и принцип функционирования пьезоэлектрической форсунки

Схема устройства пьезоэлектрической форсунки

Наиболее совершенным устройством, с помощью которого обеспечивается впрыск топлива, считается пьезоэлектрическое оборудование такого плана - оно называется «пьезофорсунка». Данный вид устройств устанавливают на тех дизельных двигателях, которые оборудованы системой впрыска, носящей название Common Rail - аккумуляторная топливная система.

Преимущество подобных устройств - это быстрота срабатывания (примерно в четыре раза быстрее, чем электромагнитный клапан), что в результате предоставляет возможность многократно впрыскивать топливо на протяжении течение одного цикла. Кроме этого плюсом пьезофорсунок является максимально точная дозировка топлива, которое впрыскивается.

Создание данного вида оборудования стало возможным в связи с использованием в управлении форсункой пьезоэффекта, который основан на смене длины пьезокристалла в результате воздействия напряжения. Конструкция такого устройства включает в себя пьезоэлемент и толкатель, отвечающий за переключение клапана, а также иглу - всё это помещено в корпус устройства.

В работе данного вида оборудования, также как и в работе электрогидравлических устройств такого плана, используют гидравлический принцип. Игла в исходном положении посажена на седло из-за высокого давления топлива. В процессе подачи на пьезоэлемент электрического сигнала, происходит увеличение его длины, что передает на поршень толкателя усилие. В результате этого происходит открытие переключающего клапана и поступление в сливную магистраль топлива. Падает давление выше иглы. В связи с давлением в нижней части происходит поднятие иглы и, соответственно, впрыск топлива.

Количество топлива, которое впрыскивается, определяется такими факторами, как:

длительность воздействия на пьезоэлемент;
давление топлива в топливной рампе.

Неисправности инжектора (форсунок) встречаются как на , так и на двигателях. В схеме устройства системы питания инжекторного двигателя форсунка является элементом, который отвечает за впрыск распыленной порции топлива в камеру сгорания под определенным давлением.

Точное дозирование, герметичность и своевременное срабатывание инжекторной форсунки обеспечивают устойчивую и исправную работу двигателя на всех режимах его работы. Если форсунка «льет» (пропускает лишнее топливо в момент, когда его подача не требуется), снижается эффективность распыла горючего (нарушается форма факела) и возникают другие неисправности инжектора, тогда , теряет мощность, расходует много топлива и т.п.

Читайте в этой статье

Что указывает на возможные проблемы с инжектором

Сразу отметим, что причин нестабильной работы двигателя может быть много, начиная от забитого , поломки , вышедшей из строя свечи зажигания или неисправной катушки до , проблем с и т.д. Наряду с этим одним из главных признаков неисправности форсунок является , а также расход бензина или солярки (зависимо от типа двигателя), который заметно увеличивается. Еще необходимо отметить неустойчивую работу ДВС в режиме холостого хода, похожую на так называемое «троение» двигателя.

При езде возможно достаточно частое проявление одного или сразу нескольких симптомов:

наличие рывков, сильно замедленны реакции при нажатии на педаль газа;
явные провалы и потеря динамики при попытках резкого ускорения;
машина может дергаться на ходу, при сбросе газа, а также после смены режима нагрузки на мотор;

Необходимо добавить, что подобную неисправность необходимо устранять безотлагательно, так как проблемы с инжектором негативно сказываются не только на ресурсе двигателя и трансмиссии, но и на общей безопасности движения. На автомобиле с неисправными форсунками водитель может испытать серьезные трудности при обгоне, на крутых подъемах и т.п.

Самостоятельная проверка форсунок

Начнем с того, что автомобильные форсунки делятся на несколько типов, из которых в разное время широкое применение нашли два вида: механические форсунки и электромагнитные (электромеханические) инжекторы.

Электромагнитные форсунки имеют в основе специальный клапан, который осуществляет открытие и закрытие форсунки для подачи топлива под воздействием управляющего импульса двигателем. Механические форсунки открываются в результате роста давления топлива в форсунке. Добавим, что на современных авто зачастую устанавливаются электромагнитные устройства.

Чтобы проверить форсунки своими руками без снятия с машины можно воспользоваться несколькими способами. Наиболее простым и доступным способом, который позволяет быстро проверить инжекторные форсунки не снимая их с машины, является анализ шумов, издаваемых двигателем в процессе работы.

Определить неисправную форсунку на слух по звуку работы ДВС можно в том случае, если из блока цилиндров доносится приглушенный высокочастотный звук. Это указывает на необходимость чистки инжектора или неисправность форсунок.

Как проверить подачу питания на форсунки

Указанную проверку производят в том случае, если сами форсунки исправны, но какой-либо из инжекторов не работает при включении зажигания.

для диагностики от инжектора отключается колодка, после чего к нужно подключить два провода;
другие концы проводов крепятся к контактам форсунки;
затем нужно включить зажигание и зафиксировать наличие или отсутствие вытекания топлива;
если горючее течет, тогда данный признак указывает на проблемы в электрической цепи;

Еще одним из диагностических приемов является проверка инжектора при помощи мультиметра. Данный способ позволяет измерить сопротивление на форсунках не снимая их с двигателя.

Перед началом работ необходимо выяснить, какой импеданс (сопротивление) имеют форсунки, установленные на конкретном автомобиле. Дело в том, что встречаются инжекторные форсунки как с высоким, так и с низким сопротивлением.
Следующим шагом станет выключение зажигание, а также сбрасывание минусовой клеммы с АКБ.
Далее потребуется отключить электрический разъем на форсунке. Для этого необходимо использовать отвертку с тонким концом, при помощи которой нужно отщелкнуть специальный зажим, расположенный на колодке.
После отсоединения разъема переводим мультиметр в нужный режим работы для замера сопротивления (омметр), подключаем контакты мультиметра к соответствующим контактам форсунки для измерения импеданса.
Сопротивление между крайним и центральным контактом форсунки с высоким импедансом должно быть в рамках от 11-12 до 15-17 Ом. Если на автомобиле применяются форсунки с низким сопротивлением, тогда показатель должен быть от 2 до 5 Ом.

Если замечены явные отклонения от допустимых норм, тогда форсунку нужно демонтировать с двигателя для подробной диагностики. Также возможна замена форсунки на заведомо исправную, после чего оценивается работа двигателя.

Комплексная диагностика работы форсунок на рампе

Для такой проверки топливную рейку понадобится снять с мотора вместе с закрепленными на ней форсунками. После этого нужно присоединить все электрические контакты к рампе и форсункам в том случае, если таковые отключались перед снятием. Также необходимо вернуть на место минусовую клемму АКБ.

Рампу необходимо разместить в подкапотном пространстве так, чтобы получилось поставить под каждой из форсунок мерную емкость с нанесенной шкалой.
Нужно подключить к рампе трубки подачи топлива и дополнительно проверить надежность их крепления.
Следующим шагом является включение зажигания, после чего необходимо немного провернуть двигатель стартером. Данную операцию лучше проводить с помощником.
Пока помощник вращает двигатель, проконтролируйте эффективность работы всех инжекторов. Подача горючего должна быть одинаковой на всех форсунках.
Завершающим этапом станет выключение зажигания и проверка уровня топлива в емкостях. Указанный уровень должен быть равнозначным в каждой емкости.

Большее или меньшее количество горючего в мерных емкостях укажет на неисправность форсунки или необходимость очистки одного или нескольких инжекторов. Если форсунка демонстрирует недолив, тогда элемент нужно чистить или менять. Подтекание топлива после отключения зажигания укажет на то, что форсунка «льет» и потеряла герметичность.

Кроме самостоятельной проверки можно воспользоваться услугой диагностики инжектора в автосервисе. Данную операцию совершают на специальном проверочном стенде. Проверка форсунки на стенде позволяет точно определить не только эффективность подачи горючего, но и форму факела во время распыла топлива.

Как самому очистить форсунки без снятия с двигателя

В процессе диагностики частой причиной неустойчивой работы мотора является то, что инжекторные форсунки забились. Существует несколько способов очистки форсунок, среди которых может использоваться механический, ультразвуковой или очистка при помощи специальных химических составов.

В ряде случаев заливка в топливный бак специальной присадки-очистителя инжектора достаточно для того, чтобы нормализовать работу всей системы. Также рекомендуется с определенной периодичностью раскручивать мотор до высоких оборотов и разгонять автомобиль до 110-130 км/ч. на ровных отрезках пути. В таком режиме нужно проехать 10-20 километров. Продолжительная работа форсунок под нагрузкой позволяет реализовать так называемую самоочистку.

Напоследок добавим, что перечисленные выше способы очистки позволяют удалить только незначительные загрязнения. Серьезно забитый инжектор необходимо чистить механически, составами под давлением или ультразвуком. Что касается промывки форсунок, специалисты рекомендуют промывать инжектор каждые 30-40 тыс. пройденных километров.

Чистку инжектора стоит делать для профилактики, а не после появления признаков неисправности. Если автомобиль эксплуатируется в режиме городской езды на топливе сомнительного качества, тогда интервал профилактических мер следует сократить применительно к индивидуальным условиям эксплуатации.

Электромагнитная форсунка

Электромагнитная форсунка устанавливается, как правило, на бензиновых двигателях , в т.ч. оборудованных системой непосредственного впрыска . Форсунка имеет достаточно простое устройство, включающее электромагнитный клапан с иглой и сопло.

Работа электромагнитной форсунки осуществляется следующим образом. В соответствии с заложенным алгоритмом электронный блок управления обеспечивает в нужный момент подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана. При этом создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло. Производится впрыск топлива. С исчезновением напряжения, пружина возвращает иглу форсунки на седло.

Электрогидравлическая форсунка

Электрогидравлическая форсунка используется на дизельных двигателях , в т.ч. оборудованных системой впрыска Common Rail . Конструкция электрогидравлической форсунки объединяет электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

Принцип работы электрогидравлической форсунки основан на использовании давления топлива, как при впрыске, так и при его прекращении. В исходном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Впрыск топлива не происходит. При этом давление топлива на иглу ввиду разности площадей контакта меньше давления на поршень.

По команде электронного блока управления срабатывает электромагнитный клапан, открывая сливной дроссель. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль. При этом впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не изменяется, под действием которого игла поднимается и происходит впрыск топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка

Самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива, является пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка). Форсунка устанавливается на дизельных двигателях, оборудованных системой впрыска Common Rail.

Преимуществами пьезофорсунки являются быстрота срабатывания (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана ), и как следствие возможность многократного впрыска топлива в течение одного цикла, а также точная дозировка впрыскиваемого топлива.

Это стало возможным благодаря использованию пьезоэффекта в управлении форсункой, основанного на изменении длины пьезокристалла под действием напряжения. Конструкция пьезоэлектрической форсунки включает пьезоэлемент, толкатель, переключающий клапан и иглу, помещенные в корпусе.

В работе пьезофорсунки, также как и электрогидравлической форсунки, используется гидравлический принцип. В исходном положении игла посажена на седло за счет высокого давления топлива. При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина, которая передает усилие на поршень толкателя. Открывается переключающий клапан, топливо поступает в сливную магистраль. Давление выше иглы падает. Игла за счет давления в нижней части поднимается и производится впрыск топлива.

Количество впрыскиваемого топлива определяется: