Форсунки. Паливопроводи
Будова та робота форсунок і паливопроводів: подавання палива до циліндрів, його розпилювання та забезпечення необхідних параметрів упорскування.
Призначення форсунок і паливопроводів
Форсунки є завершальними виконавчими елементами системи живлення дизельного двигуна. Вони забезпечують дозування, розпилювання та впорскування палива в камеру згоряння відповідно до режиму роботи двигуна.
Паливопроводи призначені для транспортування палива між елементами системи живлення. Залежно від призначення вони працюють під низьким або високим тиском і забезпечують герметичність паливної системи.
Призначення форсунок
Форсунки впорскують паливо в камеру згоряння у вигляді дрібнодисперсного факела, забезпечуючи якісне сумішоутворення та повніше згоряння палива.
Призначення паливопроводів
Паливопроводи подають паливо від паливного бака до форсунок, а також відводять його надлишок назад до паливного бака.
Класифікація форсунок
За способом керування дизельні форсунки поділяють на дві основні групи: механічні та електронно-керовані. Механічні форсунки застосовуються в традиційних системах живлення з рядними або розподільними паливними насосами високого тиску, а електронно-керовані — переважно в сучасних системах Common Rail.
Механічна форсунка
Відкривається автоматично під дією тиску палива, який створює паливний насос високого тиску. Момент упорскування визначається конструкцією ПНВТ.
Електронно-керована форсунка
Відкривається за сигналом електронного блока керування двигуном. Застосовується в системах Common Rail і забезпечує високу точність дозування палива.
Будова механічної форсунки
Механічна форсунка має просту та надійну конструкцію. Вона відкривається лише тоді, коли тиск палива перевищує силу пружини, що притискає голку до сідла. Після зниження тиску пружина повертає голку у вихідне положення, припиняючи впорскування палива.
Будова механічної форсунки
1 - розпилювач
2 - гайка розпилювача;
3 - корпус форсунки;
4 - шток;
5 - штуцер підведення палива;
6 - пружина;
7 - проставка;
8 - гайка пружини;
9 - контргайка;
10 - ковпак форсунки;
11 - регулювальний гвинт;
12 - штифт;
13 - голка розпилювача.
Форсунка тракторних дизелів з безпосереднім упорскуванням. Розпилювач має три отвори діаметром по 0,3 мм, У кутовому положенні щодо корпусу 3 його фіксують двома штифтами 12 і притискають до корпусу гайкою 2, яку затягують зусиллям 9-10 кгс-м.
Тиск початку підйому голки, що дорівнює 175±5 кгс/см2, регулюють, стискаючи пружину 6 гвинтом 11. Тиск пружини через шток 4 передається голці розпилювача. Регулювальний гвинт стопориться гайкою 9, яка упирається в торець гайки пружини 8. Деталі форсунки захищені ковпаком 10, На дизелі форсунка кріпиться спеціальною гайкою. Для зручності кріплення трубопроводу високого тиску штуцер 5 встановлений під кутом корпусу форсунки.
| Елемент | Призначення |
|---|---|
| Корпус | Об'єднує всі деталі форсунки та забезпечує її герметичність. |
| Голка розпилювача | Перекриває або відкриває вихід палива через соплові отвори. |
| Пружина | Притискає голку до сідла та визначає тиск початку впорскування. |
| Регулювальний гвинт | Змінює попередній натяг пружини та регулює тиск відкриття форсунки. |
| Розпилювач | Формує паливний факел і забезпечує якісне розпилювання палива. |
| Соплові отвори | Через них паливо впорскується в камеру згоряння. |
Типи розпилювачів форсунок
Основною частиною форсунки є розпилювач, який забезпечує подрібнення палива на дрібні краплини та формує паливний факел. Залежно від конструкції розпилювачі дизельних форсунок поділяють на штифтові та багатодірчасті.
Штифтовий розпилювач
Має голку зі штифтом, який частково перекриває вихідний отвір. Забезпечує якісне розпилювання палива при невеликих тисках упорскування. Застосовувався переважно у вихорокамерних і передкамерних дизелях.
Багатодірчастий розпилювач
Має кілька малих соплових отворів, через які паливо впорскується одночасно кількома струменями. Найбільш поширений у сучасних дизельних двигунах із безпосереднім упорскуванням.
Принцип роботи механічної форсунки
Механічна форсунка працює автоматично під дією тиску палива. Поки тиск нижчий за силу пружини, голка щільно притиснута до сідла і соплові отвори закриті. Коли тиск палива досягає встановленого значення, голка піднімається, і паливо впорскується в камеру згоряння.
I — Закрита форсунка
До форсунки надходить паливо під високим тиском. Пружина утримує голку притиснутою до сідла, тому соплові отвори залишаються закритими.
II — Початок упорскування
Коли тиск палива перевищує силу пружини, голка піднімається, відкриваючи соплові отвори. Паливо починає розпилюватися у камері згоряння.
III — Закінчення упорскування
Після зниження тиску палива пружина повертає голку на сідло, перекриваючи соплові отвори. Упорскування припиняється.
Електронно-керовані форсунки системи Common Rail
У системі Common Rail застосовуються електронно-керовані форсунки, роботою яких керує електронний блок керування двигуном (ECU). За його командами форсунки забезпечують точне дозування палива, визначають момент початку та тривалість упорскування, що сприяє підвищенню потужності двигуна, економії палива та зменшенню шкідливих викидів.
Залежно від конструкції виконавчого механізму електронно-керовані форсунки поділяють на два основні типи: електрогідравлічні та п'єзоелектричні. В електрогідравлічних форсунках відкриттям голки керує електромагнітний клапан, а в п'єзоелектричних — п'єзоелектричний елемент.
Електрогідравлічна форсунка
Роботою форсунки керує електромагнітний клапан, який отримує сигнали від електронного блока керування двигуном. Відкриваючи або закриваючи керуючий клапан, він змінює тиск палива в керуючій камері, унаслідок чого відкривається або закривається голка розпилювача. Це найпоширеніший тип форсунок у сучасних дизельних двигунах.
П'єзоелектрична форсунка
Роботою форсунки керує п'єзоелектричний елемент, який під дією електричного сигналу миттєво змінює свої розміри. Завдяки високій швидкодії та точності керування такі форсунки забезпечують дуже точне дозування палива і можливість багаторазового впорскування протягом одного робочого циклу двигуна.
Чому електрогідравлічну форсунку іноді називають електромагнітною?
У багатьох підручниках і технічній літературі електрогідравлічні форсунки називають електромагнітними, оскільки їхнім керуючим елементом є електромагнітний клапан. Однак голка розпилювача такої форсунки відкривається не безпосередньо електромагнітом, а під дією різниці тиску палива. Тому технічно правильна назва — електрогідравлічна форсунка. Класичні електромагнітні форсунки, у яких електромагніт безпосередньо відкриває запірний елемент, широко застосовуються в системах упорскування бензинових двигунів.
Будова електрогідравлічної форсунки системи Common Rail
Конструкція електромагнітної форсунки значно складніша за конструкцію механічної. Крім розпилювача та голки вона містить електромагнітний клапан, керуючу камеру і канал зливу палива, що забезпечують її електронне керування.
Будова форсунки ситеми Common Rail
1 — електричний роз'єм;
2 — електромагніт;
3 — якір електромагніта;
4 — штуцер підведення палива;
5 — впускний дросель;
6 — поршень;
7 — голка розпилювача;
8 — соплові отвори;
9 — пружина голки розпилювача;
10 — керуюча камера;
11 — керуючий клапан;
12 — канал зливу палива.
| Елемент | Призначення |
|---|---|
| Електромагніт | Отримує сигнал від електронного блока керування та відкриває керуючий клапан. |
| Керуючий клапан | Керує тиском у керуючій камері, забезпечуючи відкриття та закриття голки. |
| Голка розпилювача | Відкриває або перекриває соплові отвори. |
| Соплові отвори | Формують паливний факел необхідної форми. |
| Канал зливу | Відводить частину палива назад у систему зливу. |
Принцип роботи електрогідравлічної форсунки системи Common Rail
Електронно-керована форсунка працює за командами електронного блока керування двигуном (ECU). Паливо постійно перебуває у форсунці під високим тиском, а момент початку і закінчення впорскування визначається відкриттям та закриттям електромагнітного клапана.
I — Форсунка закрита
Електромагніт 2 знеструмлений. Якір 3 притискає керуючий клапан 11, тому він закриває зливний канал. Паливо через дросельний отвір 5 надходить до керуючої камери 10 над поршнем 6, тому тиск у керуючій камері та під голкою 7 майже однаковий. Голка пружиною 9 щільно притискається до сідла, і впорскування не відбувається.
II — Початок упорскування
Після надходження електричного сигналу електромагніт відкриває керуючий клапан, і частина палива з керуючої камери відводиться через зливний канал 12. Тиск у керуючій камері зменшується, тоді як під голкою залишається високим. Під дією різниці тисків голка піднімається, відкриваючи соплові отвори 8, через які паливо впорскується в камеру згоряння.
III — Закінчення упорскування
Після припинення електричного сигналу керуючий клапан закривається. Керуюча камера знову заповнюється паливом, тиск у ній відновлюється, і під дією різниці тисків та пружини 9 голка опускається на сідло, перекриваючи соплові отвори. Упорскування припиняється.
П'єзоелектрична форсунка
П'єзофорсунка (п'єзоелектрична форсунка) — сучасний різновид форсунки системи Common Rail, призначений для точного дозування та впорскування палива в камеру згоряння дизельного двигуна. Основною її особливістю є використання п'єзоелектричного елемента як виконавчого механізму. Завдяки високій швидкодії та точності керування п'єзофорсунка забезпечує багаторазове впорскування палива протягом одного робочого циклу, що сприяє зменшенню витрати палива, токсичності відпрацьованих газів і шумності роботи двигуна.
Будова п'єзоелектричної форсунки
1 — соплові отвори; 2 — голка розпилювача; 3 — ущільнення; 4 — пружина голки розпилювача; 5 — блок дроселів; 6 — керуючий клапан; 7 — пружина клапана; 8 — штовхач клапана; 9 — поршень штовхача; 10 — п'єзоелемент; 11 — канал зливу палива; 12 — сітчастий фільтр; 13 — електричний роз'єм; 14 — підведення палива.
Принцип дії
Робота п'єзоелектричної форсунки ґрунтується на властивості п'єзоелемента змінювати свої розміри під дією електричної напруги.
П'єзофорсунка працює за електрогідравлічним принципом. У звичайному положенні голка розпилювача 2 притиснута до сідла під дією високого тиску палива та пружини 4. Після надходження електричного сигналу від електронного блока керування п'єзоелемент 10 миттєво збільшується в довжину і через штовхач 8 відкриває керуючий клапан 6. Частина палива з керуючої камери відводиться у зливну магістраль 11, унаслідок чого тиск над голкою зменшується. Під дією високого тиску палива знизу голка піднімається, відкриваючи соплові отвори 1, і відбувається впорскування палива в камеру згоряння. Після припинення електричного сигналу керуючий клапан закривається, тиск у керуючій камері відновлюється, і голка повертається на сідло. Кількість упорскуваного палива визначається тривалістю електричного сигналу та тиском палива в паливній рампі.
П'єзоелектричні форсунки застосовуються переважно на сучасних дизельних двигунах високого екологічного класу, які відповідають жорстким вимогам щодо економічності та шкідливих викидів. На більшості тракторних двигунів використовуються електрогідравлічні форсунки з електромагнітним керуючим клапаном, оскільки вони простіші за конструкцією, надійніші в експлуатації та дешевші в обслуговуванні.
Переваги та недоліки сучасних форсунок
| Переваги | Недоліки |
|---|---|
| Точне дозування палива. | Висока вартість виготовлення та ремонту. |
| Якісне розпилювання палива. | Чутливість до якості дизельного палива. |
| Можливість багаторазового впорскування за один цикл. | Необхідність використання високоточного діагностичного обладнання. |
| Зменшення витрати палива. | Підвищені вимоги до чистоти паливної системи. |
| Зниження токсичності відпрацьованих газів. | Складність конструкції. |
Паливопроводи системи живлення
Паливопроводи забезпечують транспортування дизельного палива між усіма елементами системи живлення. Залежно від робочого тиску та призначення їх поділяють на паливопроводи низького тиску, високого тиску та зливні паливопроводи.
Паливопроводи низького тиску
З'єднують паливний бак, паливопідкачувальний насос, фільтри та паливний насос високого тиску. Вони працюють при невеликому тиску і виготовляються з металевих або армованих гумових трубок.
Паливопроводи високого тиску
З'єднують паливний насос високого тиску з форсунками або паливною рампою. Виготовляються зі спеціальної високоміцної сталевої трубки та витримують тиск у кілька тисяч бар.
Зливні паливопроводи
Відводять надлишок палива від форсунок і паливного насоса високого тиску назад до паливного бака, забезпечуючи охолодження елементів паливної системи та видалення повітря.
Особливості паливопроводів високого тиску
| Особливість | Пояснення |
|---|---|
| Висока міцність | Виготовляються із високоміцної безшовної сталевої трубки та витримують надвисокий тиск палива. |
| Точність виготовлення | Мають однаковий внутрішній діаметр і точні розміри, що забезпечує рівномірну подачу палива. |
| Герметичність | Навіть незначне пошкодження або послаблення з'єднань призводить до втрати тиску та порушення роботи двигуна. |
| Заборона деформації | Паливопроводи високого тиску не можна згинати, зварювати або ремонтувати, оскільки це знижує їх міцність і безпечність. |
Цікаво знати
Діаметр соплових отворів сучасних дизельних форсунок становить лише близько 0,10–0,20 мм, що можна порівняти з товщиною людської волосини.
У сучасних системах Common Rail електронний блок керування може розділяти подачу палива на кілька (до 8) окремих порцій, які впорскуються наприкінці такту стиснення та на початку робочого ходу. Це забезпечує плавніше згоряння палива, тихішу роботу двигуна, зменшення витрати палива та шкідливих викидів.
Навіть незначне забруднення соплових отворів або зношування голки розпилювача погіршує форму паливного факела, що призводить до збільшення витрати палива, димності та зниження потужності двигуна.
Навчальні відео
Перегляньте навчальні відео, щоб краще зрозуміти будову та принцип роботи дизельних форсунок і паливопроводів.
Електрогідравлічна форсунка
П'єзоелектрична форсунка
Інтерактивний тест для самоперевірки
Дайте відповіді на запитання та перевірте, наскільки добре ви засвоїли матеріал про форсунки та паливопроводи дизельних двигунів.
Реєстрація користувача
1. Яке основне призначення дизельної форсунки?
2. На які основні групи поділяють дизельні форсунки?
3. За рахунок чого відкривається механічна дизельна форсунка?
4. Що керує роботою форсунки системи Common Rail?
5. Яка основна перевага п'єзоелектричної форсунки порівняно з електрогідравлічною?
6. Який тип розпилювача найчастіше застосовується в сучасних дизельних двигунах із безпосереднім упорскуванням палива?
7. Який елемент механічної форсунки визначає тиск її відкриття?
8. У чому полягає головна відмінність електрогідравлічної форсунки від п'єзоелектричної?
9. Для чого призначені паливопроводи високого тиску?
10. Яка головна перевага електронно-керованих форсунок системи Common Rail?
Студент: —
Заклад: —
Група: —
Результати тестування
Тема. Форсунки. Паливопроводи
Правильних відповідей: 0 з 10