На каждый цилиндр двигателя приходится по насос-форсунке. Поэтому отсутствуют топливопроводы высокого давления, которые имеются на двигателе с ТНВД.
Как и ТНВД с форсунками, система впрыска с насос-форсунками выполняет следующие функции:
- создает высокое давления для впрыска топлива
- впрыскивает определенное количество топлива в определенный момент
Зачем нужны насос-форсунки
Основная функция насос-форсунок — это создавать высокое давления дизельного топлива для впрыска в камеру сгорания, причем в определенный момент и четкое его количество, которые задаются ЭБУ.
Их конструкция позволяет разбивать процесс подачи топлива на фазы предварительного, основного и дополнительного впрыска, а также еще больше увеличить давление впрыска (200-250 МПа). Что в свою очередь приводит к более эффективному и экономному расходу топлива.
История развития
Применение технологии прямого впрыска впервые началось с авиационной индустрии в 3-ем десятилетии прошлого века. Где-то через 20 лет эти системы начали применяться в моторах спортивных машин. В 1954-м немецкий концерн Mercedes-Benz запустил серийный выпуск автомобилей, с механизированной системой прямого впрыска горючего. Создана она была другим немецким производителем электроники Bosch.
Сейчас читают
Доступный в России, во Франции не продаётся — Peugeot 301
Автомобильное масло idemitsu 5w30, произведенное в Японии
Приблизительно в то же время изобретатели из Америки опробовали систему прямой подачи топлива на некоторых автомобилях Pontiac, а также Chevrolet. Разработкой занималась Rochester в 1957 году. Попытка принесла не совсем удовлетворительные результаты. Система оказалась нестабильной и очень непростой. Через десяток лет получилось создать систему, управляемую электроникой.
На форсунки горючее подавалось с помощью электронасоса. Этот насос создавал стабильное давление спустя одинаковые временные интервалы. Год 1973-й был отмечен созданием системы прямой подачи горючего, в конструкцию которой входили электронасос и регулятор-распределитель. Тогда же получилось создать систему впрыска, контролируемой «умной» электроникой.
В начале второй половины XIX века угроза экологической катастрофы нарастала. В эти времена двигатели были большими и мощными. Об экономии задумывались мало. Для достижения большей резвости мотора очень часто аппаратура настраивалась на очень обогащенные смеси.
Это приводило к увеличению расхода топлива и выбросу в атмосферу очень вредных отработанных газов. Со временем, все чаще и все больше ученых и разработчиков начали обращать внимание на вопросы экологии и экономии. Одним из решений данных задач стало изобретение инжектора и целой системы подачи горючего в камеры сгорания.
Уже спустя десятилетие инжектор начал активно устанавливаться в системах подачи горючего. В эти годы начинался этап топливного дефицита. В 80-е продолжалось активное внедрение и эксплуатация инжекторов в связи с заострением экологической ситуации. К вопросу сохранности матушки природы подключались волонтеры и государственные программы.
Где находится насос-форсунка
Насос-форсунка устанавливается непосредственно в головке блока цилиндров. Часть с насосом находится снаружи блока и крепится к кулачкам распредвала, которые регулируют работу насоса. Часть с форсункой устанавливается внутрь блока — распылитель во время работы как бы “выглядывает” в камеру сгорания, рядом с выходом свечи накала, которая помогает воспламенить смесь.
Так как привод насоса идет от распредвала, насос-форсунки стоят под клапанной крышкой, поэтому снаружи собранного двигателя их не видно.
Горючая смесь
Хорошая смесь — залог полного и эффективного выгорания топлива. Если же будут отклонения в количестве топлива, давления и времени подачи, то в выхлопных газах увеличится содержание вредных элементов, шумность двигателя и перерасход топлива. Перед впрыском топлива производится предварительная подача небольшого количества горючего под невысоким давлением.
При этом предупреждающем сгорании в цилиндре поднимается температура и давление. Высокий уровень давления способствует мелкому распылению топлива и появлению хорошей горючей смеси. В работе форсунки дизельного двигателя может также быть дополнительный впрыск топлива для регенерации сажевого фильтра.
Для форсунок дизельных двигателей одним из весомых показателей в процессе работы двигателя есть время сдерживания самовоспламенения смеси.
Это время от впрыска до момента воспламенения. Если в этот временной отрезок идет подача большой дозы топлива, происходит резкое повышение давления и увеличивается шумность горения.
Наличие задержки между впрысками влияет на плавность повышения давления в цилиндрах. При окончании впрыска необходимо резкое падение давления и возвращение иглы распылителя обратно. Таким образом, в камеру не попадает топливо, плохо распыленное и с невысоким давлением. При этом наблюдается неполное сгорание смеси, и токсичность выхлопных газов повышается.
Конструкция насос-форсунки
Конструкционно насос-форсунка состоит из плунжера, управляющего клапана, запорного и обратного поршней, обратного клапана и иглы распылителя.
Плунжер отвечает за создание давление — именно он крепится к кулачкам распредвала и от них получает энергию для поступательного движения. Возврат в исходную позицию осуществляет плунжерная пружина.
Управляющий клапан регулирует впрыск топлива, а его основным элементом является игла. Сигналы клапану отправляет ЭБУ автомобиля, который полностью управляет работой двигателя.
У форсунки тоже есть пружина, которая прижимает распылитель к седлу в момент впрыска топлива. Пружина сжимается за счет давления топлива. Корректную работу системы обеспечивают запорный поршень и обратный клапан. В нужный момент через иглу распылителя в камеру сгорания под высоким давлением попадает топливо.
Как работает насос-форсунка
В начале процесса работы двигателя кулачковый механизм распредвала инициирует движение коромысла и плунжера вместе с ним. Топливо течет по каналам форсунки. Отсечка топлива осуществляется закрытием клапана. Когда давление топлива в форсунке составляет 13 МПа — подпружиненная игла распылителя занимает верхнее положение, начиная первичный впрыск горючего.
Первичный впрыск топлива инициируется управляющим клапаном. Давление падает по мере увеличения потока топлива по питающей магистрали. Предварительных впрыска может быть два — это определяется режимом работы мотора. Далее плунжер продолжает идти вниз. Закрытие клапана повышает рабочее давление в камере сгорания до 30 МПа. После чего происходит следующий ход иглы распылителя, совершая впрыск основной порции топлива в магистраль.
Количество топлива для каждого впрыска регулируется давлением. После нагнетания до уровня около 220 МПа подача топлива становится наиболее интенсивной, а мощность мотора выходит на пиковые значения. Завершает подачу основной порции топлива открытие клапана. Давление топлива в системе понижается, а игла распылителя закрывается.
Схема топливного контура
Топливо засасывается механическим топливным насосом через фильтр из топливного бака и подается по питающей магистрали в головке блока к насос-форсункам. Избыточное топливо подается обратно в топливный бак через сливную магистраль в головке блока, датчик температуры топлива и охладитель топлива.
- Охладитель топлива охлаждает сливаемое топливо для предупреждения попадания в топливный бак слишком горячего топлива.
- Датчик температуры топлива определяет температуру топлива в сливной магистрали и посылает соответствующий сигнал блоку управления двигателю
- Ограничительный клапан поддерживает давление в сливной магистрали на уровне 1 бар. Благодаря этому достигается постоянство давления топлива на игле электромагнитного клапана.
- Байпас Если в топливной системе имеется воздух, к примеру при выработанном топливном баке, ограничительный клапан остается закрытым. Воздух выжимается поступающим топливом из системы
- Головка блока
- Магистрали. Через дроссельное отверстие отводятся пары топлива, которые могут быть в питающей магистрали
- Топливный насос подает топливо из топливного бака через фильтр к насос-форсункам
- Сетка-фильтр улавливает пузырьки воздуха и газа в питающей магистрали. Затем они отводятся через дроссельное отверстие и сливную магистраль
- Ограничительный клапан регулирует давление топлива в питающей магистрали. При давлении топлива более 7,5 бар клапан открывается, и топливо направляется в зону всасывания топливного насоса
- Обратный клапан предотвращает слив топлива от топливного насоса в топливный бак при остановке двигателя (давление открытия топлива 0,2 бар)
- Топливный фильтр защищает топливный контур от загрязнения и попадания в него инородных частиц и воды
- Топливный бак
Топливный насос расположен непосредственно за вакуумным насосом на головке блока цилиндров. Топливный насос подает топливо из бака к насос- форсункам. Оба насоса имеют общий привод от распределительного вала и поэтому обозначаются как единый тандемный насос.
Признаки неисправных насос-форсунок
О поломках в системе впрыска говорят следующие факторы:
- двигатель не заводится вообще, либо заводится с трудом;
- резкое увеличение расхода топлива;
- двигатель работает неравномерно;
- мощность работы двигателя падает на любых оборотах;
- сильное задымление выхлопа.
Как проверить форсунки дизельного двигателя
В сегодняшнее время проверка форсунок дизельного двигателя — это не только желательный процесс, но и необходимый, учитывая, что качество отечественного топлива на заправках может быть невысокого качества. Симптомы, которые указывают на то, что форсунки забиты следующие:
- Увеличение расхода горючего;
- Мощность автомобиля снизилась;
- Трудности при запуске мотора.
Проверку форсунок можно проделать самому, но лучше довериться профессионалам, у которых есть соответствующее оборудование.
Какие могут быть неисправности
Загрязненный распылитель насос-форсунки
Если диагностика выявит что проблемы с двигателем возникают из-за неисправностей в работе насос-форсунок, то выйти из строя могли следующие компоненты:
- клапанный узел (наиболее часто встречающаяся проблема);
- распылитель (примерно каждый третий случай);
- электромагнитные компоненты, плунжер, пружины или корпус (выходят из строя очень редко).
Самому определить что именно сломалось в насос-форсунке невозможно — полноценную диагностику способны провести только эксперты специализированных дизельных сервисных центров.
Способы очистки форсунок
Очистка форсунок — ответственное дело, которым должны заниматься подготовленные специалисты. В средствах массовой информации, на автомобильных форумах часто можно встретить мнение, что не стоит тратиться на дорогостоящую процедуру промывки форсунок. Достаточно залить в бензобак очиститель топливной системы.
Делать этого не стоит. В бензобаке, каким бы чистым не был заливаемый бензин, всегда скапливаются отложения, конденсируется влага. Очиститель топливной системы не работает выборочно. Он начнет с бензобака. Все отложения прямым путем, поскольку фильтр с ними не справится, направятся в форсунки. В итоге, в лучшем случае, все равно придется промывать форсунки, а в худшем их заменить.
Существуют способы очистки на двух типов:
- демонтаж форсунок и промывка на специальном стенде очищающими жидкостями, либо в ультразвуковой ванне;
- промывка непосредственно на двигателе посредством подключения резервуара с промывочной жидкостью вместо штатного бензобака.
Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки. Промывка без демонтажа менее трудоемка, в дополнение удаляется нагар на клапанах. Но работа двигателя на промывочной жидкости приводит ухудшению консистенции масла и выводит из строя свечи зажигания. Разумно проводить такую процедуру вместе с техническим обслуживанием, когда в любом случае свечи и масло будут заменены.
Демонтаж форсунок требует более высокой квалификации исполнителя, занимает больше времени. Но преимущества данного метода перевешивают недостатки:
- производительность форсунок измеряется непосредственно на стенде;
- визуально выявляется негерметичная игла распылителя, когда закрытая форсунка подтекает;
- видно качество распыления, стабильность конуса;
- легко оценить состояние уплотнительных колец: подсасывание воздуха через них неприятный и трудно диагностируемый дефект.
Если преследовать профилактические цели, можно делать промывку без демонтажа системы. В случаях, когда двигатель работает неровно, расходует много бензина, других неприятностях, форсунки лучше снять и промыть на стенде.
Обслуживание и ремонт насос-форсунок
Специфика современных впрысковых систем заключается в высокой механической сложности узлов. Поэтому насос-форсунка не имеет срока службы и четко определенного перечня регламентных работ.
Спорным вопросом остается применение очищающих присадок в топливо и сама процедура чистки форсунок. Как и в случае с чисткой двигателя вообще, на результат могут повлиять разные факторы — в итоге можно как окончательно угробить насос-форсунки, так и наоборот продлить им жизнь. По сути если работа двигателя вас не беспокоит, то и делать ничего не нужно.
Помните, что современные топливные системы, особенно дизельные, очень чувствительны к качеству топлива.
Если какие-то из признаков неисправности заставили Вас обратиться на специализированный сервис, то они могут попробовать отремонтировать насос-форсунку с помощью следующих действий:
- проверить и исправить параметры работы насос-форсунки на стенде;
- провести чистку в ультразвуковой ванне только нижней форсуночной части или всех деталей насос-форсунки в разобранном виде;
- продефектовать и заменить изношенные компоненты;
- отрегулировать насос-форсунку на стенде после сборки.
Очистка насос-форсунок в ультразвуковой ванне
Регулировка насос-форсунок на стенде после сборки
Если ремонт не помогает, насос-форсунка меняется целиком. Самостоятельно отремонтировать насос-форсунку вряд ли возможно. Во-первых
, компоненты и ремкомплекты в основном продаются только специализированным сервисам и найти их очень сложно.
Во-вторых
, для работы нужен специнструмент и специализированное оборудование.
В-третьих
, настроить параметры работы форсунки невозможно без специального регулировочного стенда.
Техническое обслуживание форсунок
Современные автомобильные форсунки способны надежно работать в течение длительного времени. Каких-либо специальных мер по обслуживанию этих устройств не предусмотрено, смазывать и регулировать там нечего. При использовании качественных горюче-смазочных материалов случаи выхода из строя форсунок в двигателе до выработки своего ресурса встречаются крайне редко.
Опасаться следует некачественного топлива, воды, механических воздействий при ударах.
Даже при использовании чистого топлива форсунки нуждаются в периодической промывке. Такая необходимость быстрее всего возникает при частых коротких поездках.
После того, двигатель заглушен, в форсунках остается бензин, который продолжает испаряться. На стенках выходных отверстий распылителя появляются отложения. Хоть бензин и обладает моющими свойствами, на каком-то этапе он перестает справляться с этими наростами, и выходные сопла закоксовываются. Форсунки теряют производительность, что приводит к падению мощности из-за переобедненной смеси, неровной работе двигателя.
Подбор и покупка насос-форсунок
Для надежной работы системы впрыска топлива насос-форсунку подбирают по артикулу, который можно определить по коду детали, или используя VIN-код автомобиля. На каждый мотор устанавливаются только форсунки определенной модели, поэтому выбор сводится только к бренду производителя, которых не так много. Основные мировые производители, продукция которых устанавливается на конвейере — это Bosch, Denso, Siemens, Delphi.
Связанные термины
- Головка блока цилиндров
- ЭБУ (электронный блок управления)
Что такое форсунка
Это устройство, которое предназначено для точной дозировки и распыления под давлением жидкостей, реже порошков и газов. Наибольшее применение они получили в современных двигателях внутреннего сгорания, где для выполнения экологических норм требуется строго дозированная подача распыленного горючего. Мелкодисперсные капли бензина, солярки, сжиженного газа или мазута лучше перемешиваются с воздухом, чем струя, что приводит к более полному сгоранию топливно-воздушной смеси. Увеличивается мощность, улучшается экономичность двигателя внутреннего сгорания. Существенно уменьшаются выбросы токсичных отработанных газов.
История изобретения и совершенствования
Первую в мире форсунку предложил русский изобретатель Александр Иванович Шпаковский. Случилось это в 1864 году. Изделие было создано для распыления порошка, но из-за несовершенства конструкции распространения не получило. Более удачным оказался опыт российского и советского инженера Владимира Григорьевича Шухова, в 1880 году предложившего устройство, работающее с жидким топливом.
Его прибор, который использовался для распыления мазута, благодаря простой конструкции и технологичности, получил широкое применение. В некоторых отраслях техники форсунки Шухова применялись до середины XX века. Все современные конструкции основаны на принципах, заложенных этим конструктором.
Толчок к массовому применению инжекторов дало изобретение Рудольфом Дизелем двигателя с воспламенением от сжатия, названного в его честь дизелем. В первом двигателе сжатый воздух перемешался с угольной пылью, выступавший в качестве горючего материала.
Дизель столкнулся с трудностями в точной дозировке смеси. Решить их удалось, заменив угольную пыль керосином и применив форсунки. С этого момента началось усиленное совершенствование систем впрыска топлива. Первым на этом пути оказался Роберт Бош, который предложил несколько типов впрыскивающих устройств, а главное, сумел соединить форсунки с насосом высокого давления. Этот принцип и лежит в основе современных систем впрыска топлива, когда распыленное горючее впрыскивается в двигатель необходимыми порциями при давлении, превышающим атмосферное.
В дальнейшем инжекторы полностью вытеснили карбюраторы на бензиновых моторах. Дизели получили высокоточные приборы, распыляющие топливо под давлением несколько сотен, а то и тысяч атмосфер. Такие форсунки выдерживают до миллиарда циклов впрыска, изготавливаются с микронными допусками, высокое быстродействие обеспечивает длительность импульса до десятитысячной доли секунды.
