Устройство и принцип работы инжектора

Виды форсунок

Топливные форсунки, которые устанавливаются на двигатели внутреннего сгорания, различаются по принципу работы, по расположению. Если применяется одна для всего двигателя, которая установлена во впускном коллекторе, такая называется центральной, а система — моновпрыском.

Если каждый цилиндр снабжает топливом индивидуальная форсунка, установленная во впускном коллекторе напротив впускных клапанов, конструкция называют распределенным впрыском топлива. Форсунки, производящие впрыск прямо в камеру сгорания минуя клапаны, называются форсунками непосредственного впрыска.

По принципу работы различают следующие виды:

• механические;
• электромагнитные;
• электрогидравлические,
• пьезоэлектрические форсунки.

Механические, пьезоэлектрические и электрогидравлические устройства в настоящее время применяются на дизельных двигателях. Современные бензиновые моторы оснащаются электромагнитными инжекторами.

Механические форсунки

В механических инжекторах запорный клапан управляется давлением жидкости. При высоком давлении клапан закрыт. Когда давление падает ниже определенной величины, под действием возвратной пружины игла клапана поднимается и горючее поступает на распылитель. Механическая форсунка очень проста: корпус, запорная игла с двумя пружинами, распылитель. Недостаток механических систем — наличие сложного в изготовлении и обслуживании, дорогого дозатора-распределителя.

Электрогидравлические форсунки

Электрогидравлические инжекторы используются в современных дизельных двигателях и заменили механические устройства. Используются как в системах с индивидуальными ТНВД (насос-форсунки), так и в системах common rail. В последнем случае топливо под небольшим давлением заканчивается в топливную рампу отдельным насосом. Затем топливный насос высокого давления перекачивает горючее в форсунки.

Топливо поступает в две камеры: над запорной иглой и под ней, давление в них одинаково. Игла удерживает клапан в закрытом положении под действием пружины. По команде электронного блока управления открывается сливной электромагнитный клапан, давление в емкости над иглой падает. При достижении порога, который может преодолеть усилие пружины, форсунка открывается. После этого сливной клапан закрывается, давление в камерах выравнивается, запорная игла перекрывает поток топлива.

Электромагнитные форсунки

Эти устройства применяются в бензиновых двигателях, поскольку не рассчитаны на работу в условиях чрезмерно высокого давления топлива, характерного для дизельных моторов.

На обмотку поддается сигнал от электронного блока управления двигателем. Под действием образовавшегося магнитного поля якорь, с которым соединена запорная игла, смещается, и открывает клапан. При отключении сигнала игла под действием пружины возвращается на место, выходное отверстие закрывается.

Пьезоэлектрические форсунки

Пьезоэлектрическая форсунка является самым современным исполнительным механизмом в системах впрыска топлива и используется как в бензиновых, так и в дизельных двигателях. Иглу приводит в действие пьезоэлектрический элемент, изготовленный из керамики. Под действием электрического тока керамика определенных сортов увеличивает свой размер. При расширении запорная игла выталкивается вверх.

Основное достоинство топливных пьезофорсунок — высокое быстродействие, что позволяет осуществлять впрыск топлива несколько десятков раз за один цикл. Другим преимуществом таких систем  является способность выдерживать давление до 2 000 бар.

Конструкция, применяемая при производстве форсунок для инжектора, определяет область их применения.

Принцип работы форсунки

Работу автомобильной форсунки для большей наглядности можно разделить на несколько этапов:

• топливо под давлением поступает на входной коллектор устройства;
• ЭБУ в зависимости от степени нажатия на акселератор посылает на катушку электроток того или иного напряжения;
• сердечник катушки перемещается, в результате чего игольчатый клапан переходит в открытое положение;
• топливо начинает поступать в сопло, располагающееся на конце иглы, после чего оказывается в цилиндре и формирует смесь с нагнетенным туда воздухом.

Если речь идет о механической форсунке, то принцип ее работы будет несколько отличаться:

• под действием топливного насоса на 3-м такте двигателя горючее начинает поступать во входной коллектор форсунки;
• под воздействием интенсивного давления, обеспеченного насосом, клапан устройства открывается и топливо попадает в цилиндр.

Подобным образом форсунки работают на дизельных двигателях.

Электрогидравлическая топливная форсунка

Электрогидравлический тип форсунки чаще всего применяют в дизельных двигателях. Конструктивно состоит из камеры управления, клапана электромагнитного типа и двух дросселей: для впуска и слива. Работа базируется на принципе применения давления топлива при впрыскивании и его прекращении. В начале впрыска не происходит, потому что электромагнитный клапан в закрытом состоянии и обесточенный, а за счет того, что осуществляется топливное давление на поршень, находящийся в управляющей камере, игла форсунки для топлива оказывается прижата к седлу.

Разница площадей контакта соответствует тому, что давление на поршень больше, чем давление на иглу. Клапан активизируется с помощью сигнала электронного блока. Этот клапан, в свою очередь, открывает дроссель слива. Через него топливо попадает в соответствующую магистраль из камеры управления. Притом впускной дроссель не дает резко выравниваться давлениям в магистрали впускного типа и управляющей камере. В результате понижается давление, оказываемое на поршень, притом давление на иглу остается неизменным, та начинает подниматься и осуществляется впрыскивание топлива.

Здесь вы видите устройство электрогидравлических форсунок. Фото: carnovato.ru

Точность дозировки топлива проверяется с помощью времени срабатывания. Во время впрыска клапан будет открыт всего на 1-2 миллисекунды.

Электромагнитная форсунка

Данный вид форсунки обычно применяется на бензиновых моторах.

Конструкция имеет сопло и клапан электромагнитного типа с иглой. Фото: Childhood-empire.ru

За счет заранее заданного алгоритма управляющий блок в необходимый момент осуществляет передачу напряжения на возбуждающую обмотку электромагнитного клапана. В результате возникает поле электромагнитного вида, которое способно преодолеть усилие пружины. Также оно втягивает в свободное сопло якорь с иглой и производится впрыскивание топлива. После завершения подачи напряжения игла топливной форсунки переходит с участием пружины назад в седло.

Пьезоэлектрическая форсунка

Наиболее совершенным на сегодняшний день видом таких устройств является пьезоэлектрический вид форсунки, какой ставят на дизельных моторах. Конструктивно форсунка состоит из толкательного элемента, пьезоэлемента, иглы и клапана, осуществляющего переключение. Работа такой форсунки основывается на принципе гидравлики. Изначальное положение: игла находится на седле за счет большого давления топлива. При подаче электросигнала на пьезоэлемент тот вырастает по длине и отдает необходимое усилие на поршень толкателя. При открытии клапана переключения начинается попадание топлива в магистраль слива. Давление начинает уменьшаться выше иглы. При этом давление внизу производит поднятие иглы, за счет чего происходит впрыскивание топлива.

Характерные неисправности

Сложная и многокомпонентная конструкция является одновременно преимуществом и недостатком инжекторной системы. Некоторые элементы с течением времени и при неправильной эксплуатации могут ломаться, их работоспособность нарушается, что приводит к необходимости проведения ремонтных работ.

Инжектор направлен на то, чтобы максимально эффективно сжигать топливо. Это стало возможным благодаря электронному управлению, которое определяет оптимальный состав смеси, состоящей из топлива и кислорода.

Существует несколько наиболее распространённых неисправностей, которые встречаются в работе инжектора на современных автомобилях.

1. Поломка или сбой в работе датчиков. Вне зависимости от того, какой именно датчик пострадал, нарушается общий баланс в работе всей инжекторной топливной системе. Подобная ситуация приводит к появлению плавающих оборотов во время движения и при холостых оборотах. Также не запускается двигатель или мотор троит. Всё это обусловлено тем, что воздух и топливо смешиваются в неправильных пропорциях. Часто это можно заметить по изменённому цвету выхлопа. Иногда сбой датчиков привод к переходу двигателя в режим аварийной работы. В итоге обороты не могут набираться, на приборной доске горит соответствующая лампа.
2. Загрязнение фильтров или форсунок. Ещё одна распространённая ситуация, которая происходит в основном по вине самого автовладельца. Подобная неисправность актуальна для инжекторных машин, которые заправляют низкокачественным топливом. Примеси и разный мусор в горючем забивает фильтр, а в дальнейшем могут загрязниться и сами форсунки. Если они забиваются, то нарушается форма факела распыления. Это приводит к локальному повышению температуры, детонации и прогоранию клапанов. Чтобы не допускать такой ситуации, фильтр подлежит обязательной периодической замене. Дополнительно стоит менять фильтрующую сетку на бензонасосе при пробеге свыше 70 тысяч километров, а также 1 раз в 3-4 года мыть топливный бак.
3. Льющие топливо форсунки. Такое происходит по причине того, что форсунки не закрываются после прекращения подачи импульсов со стороны электронного блока управления. В итоге часть топлива проникает внутрь камеры сгорания, в систему выпуска смазки двигателя, просачиваясь через поршневые кольца. Это приводит к печальным последствиям для всего двигателя. Ведь топливо смешивается с маслом, и смазочные характеристики существенно снижаются. Если топливо окажется в выхлопной системе, ломается катализатор, предназначенный для очистки выхлопа от вредных примесей.
4. Выход из строя бензонасоса. В нём может падать давление ниже установленных автопроизводителем норм. Причины поломки бывают разные, но в основном это загрязнения. От этого падает производительность самих форсунок.

Наиболее важной процедурой, которую часто автовладельцы инжекторных машин проводят своими руками, считают очистку форсунок. Чистят их путём снятия или непосредственно на силовой установке

Промывка на двигателе предусматривает использование специальных промывочных составов. Они заливаются в двигатель и прокачиваются по системе. При этом от рампы следует отключить топливную магистраль, а на место топливного насоса поставить компрессор. Именно с его помощью по всей системе прокачивается специальная промывка, предназначенная для инжекторов.

Другой вариант подразумевает снятие форсунок и использование ультразвуковой ванный на стенде. Но такое доступно только в специализированных автосервисах. Реализовать подобную промывку в гаражных условиях практически невозможно.

Суть ультразвуковой ванны заключается в том, что специальный аппарат волновыми колебаниями воздействует на скопившиеся отложения, и разрушает их.

Форсунки пластиковые для воды

Пластиковые форсунки из синтетических материалов (пластики, полимеры, фторопласты) являются вторыми после стальных форсунок по доле в общем количестве выпускаемых форсунок (составляют более 15%).

К преимуществам пластиковых форсунок можно отнести легкий вес, хорошую химическую стойкость, более простой процесс изготовления, когда корпус форсунки и резьбовое соединение отливаются в одной форме, относительно невысокая стоимость, возможность выполнить пожелания заказчика по цвету, форме, нанесению логотипа. Однако, пластиковые форсунки по сравнению с металлическими имеют и свои недостатки: низкая температурная устойчивость, а также стойкость к механическим воздействиям, изнашиваемость, ограниченный диапазон давлении до 10 бар.

Расположение

Многие не знают про форсунки в автомобиле. Где находятся эти элементы? Их расположение зависит от типа впрыска:

• При центральном впрыске топлива одна или пара форсунок находятся внутри впускного трубопровода, возле дроссельной заслонки. Так, форсунка является заменой уже устаревшего устройства – карбюратора.
• При распределенном впрыске топлива для каждого цилиндра устанавливаются свои форсунки в автомобиле. Где находятся они в этом случае? У основания трубопровода для впуска, в который и осуществляется впрыск топлива форсункой.
• При непосредственном впрыске топлива они располагаются в верхней области стенок цилиндра. Они впрыскивают топливо в саму камеру сгорания.

Вот такое расположение имеют форсунки в автомобиле. Где находятся эти части, стало ясно.

Чистка топливной форсунки

Данная процедура ничто иное, как имитация работы форсунки на двигателе с той лишь разницей, что в место топлива на форсунку под давлением подается промывочная жидкость.

После нажатия на пуливизатор баллончика промывочная жидкость под давлением подается к форсунке и не проходит через нее до тех пор пока мы не откроем форсунку. Подаем ток на форсунку, нажимая на кнопку, чтобы она открылась. Форсунка откроется и жидкость за счет давления начнет распылятся с обратной стороны форсунки.

Обратите внимание на распыл форсунки. Он должен быть равномерным. Если из форсунки льется струя прогоняем промывочную жидкость до тех пор пока струйка не превратится в равномерный распыл

Если распыл изначально был правильной геометрии, это говорит о том, что форсунки были чистыми. На удивление мои форсунки оказались чистыми, хотя их изначальный внешний вид позволял усомнится в этом.

Если из форсунки льется струя прогоняем промывочную жидкость до тех пор пока струйка не превратится в равномерный распыл. Если распыл изначально был правильной геометрии, это говорит о том, что форсунки были чистыми. На удивление мои форсунки оказались чистыми, хотя их изначальный внешний вид позволял усомнится в этом.

Промываем так каждую форсунку в течение 2-3 минут с небольшими перерывами. После того как все форсунки подверглись чистке повторяем процедуру для каждой форсунки еще раз. За время пока остальные форсунки чистятся остаточная жидкость в первой очищенной форсунке разъедает несмытые отложения и при следующем промывании все остатки вымываются.

Равномерный факел

Пожалуй, это все, что можно сказать по данной теме. После промывки форсунок собираем все в обратном порядке. Если резиновые уплотнители форсунки в хорошем состоянии ставим их обратно, предварительно смазав моторным маслом. В противном случае, запаситесь комплектом новых резиновых уплотнителей, желательно заранее. Деформированные резинки могут стать причиной течи топлива или подсоса воздуха во впускной коллектор.

Закончив сборку разобранного, не запуская двигатель, включаем зажигание с целью активации на пару секунд топливного насоса и подъема давления в системе питания. Повторяем включение выключение зажигания несколько раз для нагнетания большего давления. Затем проверяем топливную линию и форсунки на предмет утечки топлива. Не лишним будет заменить огнеупорные шайбы форсунки (актуально для дизельных моторов) и резиновые уплотнители, если таковые имеются. Если течи не обнаружили можете смело запускать двигатель. Обычно работы по промывке топливных форсунок совмещают с чисткой дроссельной заслонки. В следующей статье именно это и обсудим.

Способы проверки форсунки

Чем сложнее применяемая при диагностике аппаратура, тем точнее можно определить причины произошедшего и назначить необходимые меры по устранению проблемы.

Проверка питания

Наиболее простым способом контроля поступающих на разъём инжектора импульсов будет подключение к его питающему контакту светодиодного индикатора.

При вращении вала стартером светодиод должен мигать, что свидетельствует о приблизительной исправности ключей ЭСУД и самом факте её попыток открыть клапаны, хотя поступающие импульсы могут и не иметь достаточной мощности.

Точную информацию могут дать только осциллограф и имитатор нагрузки.

Как измерить сопротивление

Активный характер нагрузки можно проверить с помощью омметра, входящего в состав универсального мультиметра (тестера). Сопротивление обмотки соленоида указывается в паспортных данных форсунки, как и его разброс.

Показание омметра должны подтвердить соответствие данных. Сопротивление измеряется при отсоединённом разъёме между питающим контактом и корпусом.

Но помимо сопротивления обмотка должна обеспечивать нужную добротность и отсутствие короткозамкнутых витков, что простейшими способами не определить, но обрыв или полное замыкание вычислить можно.

Проверка на рампе

Если снять с коллектора рампу с форсунками в сборе, то можно оценить состояние распылителей более точно. Погрузив каждый инжектор в прозрачную пробирку и включив стартёр наблюдать распыление топлива можно визуально.

Факелы должны иметь правильную коническую форму, содержать только неразличимые глазом отдельные капельки бензина, а главное быть одинаковыми по всем подсоединённым форсункам. При отсутствии управляющих импульсов выделения бензина из клапанов быть не должно.

Проверка форсунок на стенде

Самую точную и полную информацию о состоянии распылителей может дать специализированная установка. Форсунки снимаются с двигателя и устанавливаются на стенд.

Прибор имеет несколько режимов работы, один из которых является тестовым. Установка проводит циклирование в различных режимах, собирая выделенное топливо и измеряя его количество. Помимо этого, работа инжекторов видна сквозь прозрачные стенки цилиндров, можно оценить параметры факелов.

Результатом станет появление цифр производительности раздельно по каждому прибору, которые должны соответствовать паспортным данным.

Строение

Как уже было сказано, основной задачей форсунки является вовремя подать нужное количество бензиновой смеси в камеру сгорания под нужным давлением

Следует обратить внимание на то, что бензиновая смесь нужна только бензиновому двигателю, а дизельному двигателю и смесь нужна дизельная. Перед тем, как попасть в камеру сгорания двигателя, бензин и воздух смешиваются в определенном количестве

После того, как получается эта смесь, она попадает в камеру сгорания.

Для того, чтобы под давлением отправить правильное количество топливной смеси в цилиндры двигателя, предусмотрен специальный клапан, который во время открытия набирает топливо и выдавливает эту смесь в цилиндры.

Существуют разные виды форсунок, их различает лишь принцип работы и привод клапана. Сегодня есть три вида форсунок. Основной вид из них — это форсунка с электромагнитным клапаном. Этот вид наиболее распространен на бензиновых двигателях, потому что конструкция этого устройства и принцип работы настолько просты, что их всего лишь потребуется промывать время от времени.

Во время этого напряжения, игла поднимается из посадочного места и направляет нужное количество топлива, используя большое давление, в камеру сгорания. Давление в топливной рампе держится на постоянном уровне. Если двигателю необходимо больше топлива, насос поднимает давление автоматически.

Второй вид — это электрогидравлические форсунки. Этот вид наиболее распространен среди дизельных двигателей. Это устройство начинает работу по сигналу электронного блока, знающего сколько бензина требуется мотору. Здесь топливо попадает в камеру сгорания за счет изменения давления на поршни.

Существует еще один вид форсунок, но он встречается только на дизельных двигателях с установленной топливной системой Common Rail. Такие форсунки имеют преимущества перед другими видами в скорости срабатывания и в качестве давления. Благодаря этому топливо может поступать в камеры сгорания под определенным давлением во время всего цикла, что положительно сказывается на мощности мотора. Принцип работы здесь основан на гидравлике, как и во втором типе.

Диагностика как профилактика и решение проблем на ранней стадии «технического заболевания»

В современной, «правильно» оборудованной СТО, можно провести диагностику форсунок без их снятия. Тестирование проходит весьма быстро. Упор делается на анализ шума. Высокочастотный приглушённый шум – это прямой путь на прочистку форсунок

При диагностике следует уделить внимание подаче топлива.  Проверка подачи питания начинается с отключения колодки инжекторной системы. С АКБ подсоединяют 2 конца провода, а другие закрепляются с форсунками

Проводится запуск двигателя  и выполняется контроль подачи, поступающего горючего. Результаты фиксируются, обрабатываются и делаются соответствующие выводы:

1. Если происходит вытекание топлива, следовательно, возможны неполадки в электрической сети авто.
2. Если топливо не вытекает, значит с форсунками всё в порядке.

Когда нужно измерить сопротивление на форсункак, можно прибегнуть к использованию омметра.  Далее, сравнить с рекомендованными значениями. Если обнаружены отклонения от норм нерабочая форсунка демонтируется. Её меняют на исправную. Далее снова проводится проверка сопротивления и заводится двигатель. Работы подразумевают снятие топливной рейки, а форсунки демонтируются вместе с рейкой.

Насос-форсунка

Одной из разновидностей систем питания дизеля являются конструкции, в которых полностью отсутствует ТНВД. За создание высокого давления впрыска отвечают так называемые дизельные насос-форсунки. Принцип работы системы состоит в том, что насос низкого давления сначала подает солярку напрямую к инжектору, в котором уже имеется собственная плунжерная пара для создания высокого давления впрыска. Плунжерная пара форсунки работает от прямого воздействия на нее кулачков распредвала. Данная система позволяет добиться лучшего качества распыла дизтоплива благодаря способности создать очень высокое давление впрыска. 

Исключение из системы подачи топлива ТНВД позволяет сделать размещение дизельного ДВС под капотом более компактным, избавиться от привода топливного насоса и отбора мощности на его постоянное вращение. Также стало возможным удалить из системы питания решения, которые распределяют топливо от ТНВД по цилиндрам. Инжекторы в системе с насос-форсунками имеют электрический клапан, что позволяет подавать топливо за два импульса.

Принцип похож на работу механической форсунки с двумя пружинами. Решение позволяет реализовать сначала подвпрыск, а уже затем произвести подачу в цилиндр основной порции горючего. Насос-форсунки реализуют подачу топлива в максимально точно заданный момент начала впрыска, лучше дозируют солярку. Дизельный мотор с такой системой экономичен, работает мягко и тихо, содержание вредных веществ в отработавших газах сведено к минимуму.

Главным минусом решения можно считать то, что давление впрыска насос-форсунки напрямую зависит от частоты вращения коленвала двигателя. В списке недостатков также отмечены: сложность исполнения, высокая требовательность к моторному маслу, чистоте и качеству топлива. В процессе эксплуатации выделяют трудности в процессе ремонта и обслуживания, а также общую дороговизну сравнительно с системами, которые оборудованы привычным ТНВД.