Виды, устройство и принцип работы топливных форсунок

Проверка дизельных форсунок на перелив (слив в обратку)

Проверка объема слива в обратку

По мере износа дизельных форсунок со временем возникает проблема, связанная с тем, что топливо из них попадает обратно в систему, из-за чего насос не может нагнетать нужного рабочего давления. Следствием этого может быть проблемы с запуском и работой дизельного двигателя.

Перед проверкой вам необходимо будет купить медицинский шприц объемом 20 мл и систему для капельниц (для подключения шприца вам понадобится трубочка длиной 45 см). Чтобы найти форсунку, которая скидывает в обратку больше топлива, чем ей положено, необходимо воспользоваться следующим алгоритмом действий:

• вынуть поршень из шприца;
• на запущенном двигателе с помощью системы подключить шприц к “обратке” форсунки (трубочку вставить в горлышко шприца);
• в течение двух минут держать шприц, чтобы в него набиралось топливо (при условии что оно будет набираться);
• повторять процедуру поочередно для всех форсунок либо соорудить систему для всех сразу.

На основании информации о количестве топлива в шприце можно сделать соответствующие выводы:

Проверка перелива в обратку

• если шприц пустой — значит, форсунка полностью исправна;
• количество топлива в шприце объемом от 2 до 4 мл также в пределах нормы;
• в случае, если объем топлива в шприце превышает 10. 15 мл, это означает, что форсунка частично или полностью вышла из строя, и ее необходимо заменить/отремонтировать (если льет 20 мл, то ремонтировать бесполезно, поскольку это говорит об износе седла клапана форсунки), так как она не держит давление топлива.

Однако такая простая проверка без гидростенда и тест плана не дает полной картины. Ведь на самом деле при работе двигателя количество сбрасываемого топлива зависит от многих факторов, она может быть забита и её нужно чистить или она подвисает и требуется в ремонте либо замене. Поэтому данный способ проверки форсунок на дизеле в домашних условиях позволяет лишь судить лишь об их пропускных способностях. В идеале количество пропускаемого ими объема топлива должно быть одинаковым и находиться в пределах до 4 мл за 2 минуты.

Для того, чтобы форсунки эксплуатировались как можно дольше, заправляйтесь качественным дизельным топливом. Ведь оно напрямую зависит от на работу всей системы. Кроме этого, ставьте оригинальные топливные фильтры и не забывайте вовремя их менять.

Устройство форсунки и принцип действия

Принцип работы форсунки в дизелях состоит в топливоподаче и распылении его посредством высокого давления. Составляющие дизельной форсунки: управляющий клапан, запорный поршень, обратный клапан, плунжер, игла-распылитель. Топливное давление в форсунках дизельного двигателя создается благодаря плунжеру. Клапаны форсунок бывают:

• пьезоэлектрические;
• электромагнитные.

Главным компонентом клапана является игла. Пьезоэлектрический отличается от электромагнитного улучшенным быстродействием.

В строении инжектора пружина способствует четкому размещению иглы в седле. Запорный поршень, а также возвратный клапан способствуют регулировке давления горючего. В распылителе ответственность за впрыск горючего в рабочие камеры лежит на игле. Контроль функционирования форсунок происходит благодаря управляющей системе автомобиля.

Насос-форсунка — это управляемый насос, производящий впрыск распыление топлива. Система подачи топлива вместе с насос-форсунками создают высокое давление и производят впрыск необходимого количества горючего в нужный момент. При каждом цилиндре работает по одной такой форсунке, поэтому отпадает потребность в топливопроводах большого давления.

Насос-форсунки размещаются в головке блока двигателя. Кулачки распределительного вала приводят в действие плунжер форсунки с помощью коромысел. Форма кулачка выполнена таким образом, что достигается резкое опускание плунжера и его медленный подъем. Впрыск топлива возможен из-за подачи управляющего тока электронного блока управления.

Устройство форсунок дизельных двигателей в основном похожее для разных типов и видов форсунок. Незначительные отличия в конструкции лишь определяют их подвид, класс или специфическое использование.

На картинке ниже представлена схема устройства форсунки.

Устройство форсунки дизельного двигателя

Наверняка, вы уже знаете, что инжекторные системы в мире бензиновых моторов пришли на смену карбюраторам в конце 80-х годов прошлого века, и на сегодняшний день полностью вытеснили последних с арены автопрома.

О преимуществах впрыска можно говорить долго – это и экономия, и высокие мощностные характеристики, и экологичность.

В мире дизельных агрегатов впрыск топлива использовался практически с зарождения более-менее серьёзных серийных двигателей и активно эксплуатируется и ныне.

Благодаря чрезвычайно бурному развитию электроники за последние 20-30 лет, инженеры смогли наглядно показать все достоинства инжекции топлива, и с каждым годом продолжают удивлять новыми достижениями. О современных решениях, касающихся форсунок, мы сегодня и поговорим.

Итак, форсунки, используемые авто производителями в нынешнее время, бывают следующих типов:

• электромагнитные;
• электрогидравлические;
• пьезоэлектрические.

Электромагнитная форсунка

Этот тип инжекторов можно встретить под капотами автомобилей с бензиновыми двигателями. Их принцип действия довольно прост. Основу конструкции составляют электромагнитный клапан и сопло, внутри которого находится подвижная игла.

В чётко просчитанное время мозг мотора, электронный блок управления подаёт сигнал на обмотку клапана, что создаёт магнитное поле. Оно, в свою очередь, притягивает к себе специальный якорь, механически связанный с иглой, в результате чего сопло открывается, и бензин под давлением впрыскивается во впускной коллектор или сразу в цилиндр. Когда управляющий сигнал пропадает, все элементы под действием пружины возвращаются в исходное положение.

Электрогидравлическая форсунка

Данная разновидность форсунок используется, главным образом, в дизельных силовых агрегатах, кстати, и в популярной нынче системе Common Rail они также находят применение. Конструкция их немного более сложная, чем у электромагнитных инжекторов. Ключевыми элементами электрогидравлической форсунки являются электромагнитный клапан, камера управления, а также впускной и сливной дроссели.

Отличительная особенность этого устройства состоит в том, что дизтопливо в нём находится под давлением и при впрыске, и в закрытом состоянии. Этот нюанс и лежит в основе их принципа действия.

Когда впрыск не планируется, игла плотно прижата к соплу напором горючего в камере управления.

В момент инжекции, на электромагнитный клапан поступает сигнал, в результате чего открывается сливной дроссель. Давление в камере управления начинает снижаться, в то же время давление топлива, действующее на иглу в направлении открытия, остаётся прежним, благодаря чему она приподнимается и впрыскивает необходимую порцию солярки.

Пьезоэлектрическая форсунка

Для начала нужно сказать, что пьезоэлектрические форсунки являются самыми высокоскоростными и наиболее совершенными среди своих собратьев.

Так, к примеру, по сравнению с электромагнитным инжектором пьезоэлектрический срабатывает в четыре раза быстрее, а это даёт возможность эффективнее работать с подачей топлива, что сулит улучшением характеристик мотора.

Устанавливают их, как правило, на дизельных двигателях с системой Common Rail. Главной деталью таких форсунок является пьезоэлемент, который под действием приложенного к нему электрического напряжения может мгновенно увеличиваться в размерах, воздействуя в качестве толкателя на другие детали инжектора.

Благодаря данному эффекту (пьезоэффекту) удалось создать конструкцию форсунки с уникальным быстродействием. Кстати, пьезоэлементы в настоящее время активно используются как управляющие элементы в насос-форсунках.

Я уже посвящал им отдельную статью, поэтому сейчас лишь напоминаю, что это устройства, конструктивно объединяющие в себе плунжерный насос высокого давления и инжектор. Встречается этот гибрид исключительно у дизельных моторов.

Ну что ж, уважаемые читатели, как вы уже поняли устройство форсунки дизельного двигателя не такое простое изобретение, как могло показаться на первый взгляд.

Если Вам хочется ещё больше узнать о строении автомобилей – подписывайтесь на блог, новые и интересные статьи я публикую регулярно.

До встречи!

Принцип работы

Процесс впрыска топлива в топливную систему берет на себя ответветственность подачи горючего вещества в цилиндр или коллектор впуска двигателя. Чтобы разобрать весь процесс работы форсунки, то для начала следует рассмотреть механизм системы подачи топлива. Таким образом, процесс управления подачи горючего вещества немаловажная часть, тем самым обеспечивая работу двигательной системы. Инжекторная система форсунок устанавливается перед тем как расположить заслонку дросселя, именно на том месте старой модели установлен карбюратор.

https://youtube.com/watch?v=sF2BjldN0qI

Распределительный процесс системы впрыска топлива присущ большому количеству новеньких автомобилей.

Существуют несколько типов форсунок, принцип работы которых имеет свои особенности:

• Одновременные — подается горючее за счет осуществления на все цилиндры, что характерно равными показателями расходного количества топлива на все инжекторы.
• Попарно-параллельные — открывается канал, который выполняет работу парно, тем самым одна форсунка осуществляет систему подачи топлива перед впуском, а другая наоборот.
• Фазированные — инжекторы по автоматической системе открываются, обеспечивают таким образом, лучшую четкость впрыска.
• Прямые — топливо подается напрямую за счет камеры сгорания, что является наилучшим вариантом продуктивность.

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).

Избыточный воздух и «поведение» выхлопных газов

Дизельные двигатели обычно работают без дросселирования поступающего воздуха. Если имеется много избыточного воздуха, то топливо сгорает «чище» в камере сгорания. Компоненты выхлопных газов, такие как окись углерода, СО и сажа образуются в очень низких концентрациях. Избыток воздуха в камере сгорания уменьшается с увеличением количества впрыскиваемого топлива

Если принимать во внимание низкий вес двигателя и его стоимость, то для конкретного двигателя существует определенный объем для получения максимально возможной мощности. Двигатель поэтому должен работать с небольшим избытком воздуха при высоких нагрузках

Если избыток воздуха мал, то выбросы должны быть ограничены, т.е. количество топлива должно быть точно дозировано для данного количества воздуха и в зависимости от оборотов двигателя. Низкое давление воздуха (например, на большой высоте) требует адаптации количества впрыснутого топлива к уменьшившемуся количеству воздуха.

Общее устройство системы питания

Схема системы питания топливом мощного дизеля приведена на рисунке. В общем случае в систему питания топливом входят узлы, размещенные вне двигателя (на раме или в корпусе машины), и на двигателе. К первым относятся топливные баки бачок 7 для сбора топлива, предпусковой топливоподкачивающий насос 10, топливораспределительный кран 77, топливопроводы низкого давления и некоторые другие узлы. Ко вторым в первую очередь относятся основной топливоподкачивающий насос 8, топливный насос высокого давления (ТНВД) 5, форсунки 4 и топливопроводы высокого давления.

При работе двигателя топливо из топливных баков забирается основным топливоподкачивающим насосом и под давлением 0,05…0,1 МПа подается к ТНВД. По пути из баков к насосу топливо проходит через топливораспределительный кран, предпусковой топливоподкачивающий насос и фильтр 9 грубой очистки. Если на ТС установлен только один топливный бак или несколько баков, сообщающихся друг с другом, то топливораспределительный кран отсутствует. Перед поступлением в ТНВД из насоса топливо очищается от мельчайших примесей в фильтре 3 тонкой очистки. Нагнетательные секции ТНВД, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя, в определенные моменты согласно рабочему циклу и порядку работы двигателя подают топливо под высоким давлением (до 50 МПа и более) в необходимом количестве к форсункам. Через форсунки, ввернутые в головку блока цилиндров, топливо впрыскивается в камеры сгорания в те моменты, когда в цилиндрах завершается такт сжатия.

Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса. После пуска этот насос не функционирует.

Если в ТНВД и трубопроводы высокого давления, соединяющие его с форсунками, попадает воздух, то подача топлива в цилиндры нарушается. Следовательно, нарушается и нормальный режим работы двигателя. С целью предотвращения попадания воздуха в ТНВД на пути топлива к нему помещают воздухоотстойник, расположенный в самой высокой точке системы. Обычно воздухоотстойник размещают в крышке фильтра тонкой очистки. Перед пуском двигателя в случае необходимости скопившийся в воздухоотстойнике воздух отводят в воздушные полости топливных баков 1 через кран (клапан) 2 для выпуска воздуха. Для этого при неработающем двигателе открывают кран (клапан) и с помощью предпускового насоса прокачивают систему. В этом случае топливо вытесняет воздух из воздухоотстойника в воздушную полость топливного бака через топливораспределительный кран (как показано на рисунке) или напрямую.

Форсунка Common Rail

Система впрыска CR (Common Rail) появилась в начале 2000 годов. Её применение на автомобилях было обусловлено ограничениями по нормам выхлопа Евро-3, Евро-4, Евро-5. Это современная и очень высокоточная дизельная топливная аппаратура. Дизельные форсунки Common Rail работают при очень высоком внутриполостном давлении в связи с этим, топливная система CR очень требовательна к качеству дизельного топлива. Для диагностики и ремонта форсунок Common Rail требуется специальное диагностическое оборудование, а также отдельный топливный стенд предназначенный для последующей регулировки и настройки форсунок CR. Но даже обладая всем необходимым инструментом и оборудованием к сожалению не всегда удается отремонтировать эти форсунки.

Форсунка Common Rail

Как мы писали выше, форсунки работают при очень высоком давлении топлива от 250 до 1600 Bar в зависимости режимов работы двигателя. Если вы заправились некачественным дизельным топливом с примесями посторонних фракций, то они при таком рабочем давлении наносят непоправимый вред внутренним деталям форсунки. Ещё одна проблема системы впрыска common rail, это внутренняя выработка топливного насоса высокого давления, при такой неисправности насос начинает гнать стружку в топливную рампу и дальше она соответственно попадает в топливные форсунки в следствии чего последние выходят из строя. Ремонт форсунок Common Rail мы стараемся разбить на три ценовых диапазона. Как правило, в первую очередь изнашивается седло клапана (мультипликатор), реже выходит из строя сам распылитель. Довольно таки часто есть возможность восстановить посадочное место запорного шара в седле клапана, такой ремонт обходится в 4500 руб. Если же восстановить седло не предоставляется возможным, то мультипликатор форсунки подлежит замене, что несет дополнительную финансовую нагрузку. Как правило стоимость мультипликатора форсунки common rail варьируется от 3000 руб. до 5000 руб. Соответственно стоимость ремонта получается порядка 9000 руб. Если необходимо заменить еще и распылитель форсунки, то цена возрастает ещё приблизительно на 2000 руб. — 4000 руб. И конечная стоимость ремонта получится 11000 руб. — 13000 руб. Естественно цены на запчасти приведены приблизительные. На пример форсунки common rail производителя Delphi, конструктивно выполнены немного иначе нежели форсунки Bosch, и при ремонте форсунок Делфи необходимо однозначно менять клапан форсунки, соответственно минимальная стоимость ремонта получается порядка 8000 руб. — 9000 руб. А так как на данный момент производитель, внес изменения в комплектность поставки запчастей для форсунки, то клапан теперь можно приобрести только в комплекте с распылителем, соответственно стоимость ремонта форсунки Delphi возрастает до 13000 руб. И при таком ремонте, вы получаете практически новую форсунку, т.к. старым остается только корпус форсунки CR.

Назначение и виды форсунок

Форсунка является деталью, которая впрыскивает топливо в камеру сгорания. Конструктивно представляет собой электромагнитный клапан, который управляется электронным блоком управления двигателем. В топливной карте ЭБУ установлены значения, в зависимости от степени нагрузки двигателя, определяется время открытия, время, при котором игла форсунки остается открытой, и количество впрыскиваемого топлива. 

Механические форсунки

Механические форсунки применялись исключительно на дизельных двигателях, именно с них началась эра классического дизельного ДВС. Конструкция такой форсунки проста, как и принцип действия: по достижению определенного давления — игла открывается.

От топливного бака к ТНВД поступает “солярка”. В топливном насосе нагнетается давление и распределяется дизельное топливо по магистрали, после чего порция “дизеля” под давлением через форсунку поступает в камеру сгорания, после снижения давления на иглу распылителя снижается и она закрывается. 

Конструктивное решение форсунки банально простое: корпус, внутри которого вмонтирована игла с распылителем, две пружины.

Электромагнитные форсунки

Такие форсунки более 30 лет используются в инжекторных двигателях. В зависимости от модификации впрыск топлива осуществляется точечно или распределяется по цилиндру. Конструкция довольно проста:

• корпус с разъемом для подключения к электроцепи;
• обмотка возбуждения клапана;
• якорь электромагнита;
• запирающая пружина;
• игла, с распылителем и соплом;
• уплотнительное кольцо;
• фильтр-сетка.

Принцип работы: ЭБУ двигателем посылает напряжение на обмотку возбуждения, образуя электромагнитное поле, воздействующее на иглу. В этот момент усилие пружины ослабляется, якорь втягивается, игла поднимается освобождая сопло. Управляющий клапан открывается и топливо поступает в двигатель под определенным давлением. ЭБУ задает момент открытия, время при котором клапан остается открытым, и момент запирания иглы. Данный процесс повторяется всю работу ДВС, за минуту происходит минимум 200 циклов.

Электрогидравлические форсунки

Применение таких форсунок производится в дизельных моторах с классической системой (ТНВД) и Common Rail. Состоит электрогидравлическая форсунка из следующих комплектующих:

• сопло с запорной иглой;
• пружина с поршнем;
• камера управления со впускным дросселем;
• сливной дроссель;
• обмотка возбуждения с разъемом;
• штуцер подвода топлива;
• сливной канал (обратка).

Схема работы: цикл форсунки начинается с закрытого клапана. В камере управления находится поршень, на который действует давление топлива, при этом запорная игла плотно “сидит” на седле. ЭБУ подает напряжение на обмотку возбуждения и топливо подается в форсунку. 

Пьезоэлектрические форсунки

Применяется исключительно на дизельных агрегатах. На сегодня конструкция самая прогрессивная, так как пьезо форсунка обеспечивает максимально точное дозирование, угол распыла, быстрое срабатывание, а также многократный распыл в один цикл. Состоит форсунка из тех же деталей, что и электрогидравлическая, только дополнительно имеет следующие элементы:

• пьезоэлемент;
• два поршня (переключающего клапана с пружиной и толкателя);
• клапан;
• дроссельная пластина.

Принцип действия осуществлен на изменении длины пьезоэлемента при подаче на него напряжения. При подаче импульса пьезоэлемент, изменяя длину, воздействует на поршень толкателя, включается переключающий клапан и топливо подается на слив. Количество впрыскиваемого дизельного топлива определяется длительностью подачи напряжения от ЭБУ. 

Ремонт форсунок

Текущее обслуживание или капитальный ремонт форсунок дизельных двигателей предпочтительно поручить квалифицированным специалистам — они смогут провести восстановление и регулировку детали на высокоточных автоматизированных стендах. Однако определённый комплекс ремонтных процедур можно провести и в кустарных условиях без использования сложной аппаратуры.

Необходимые инструменты и материалы

Для проведения самостоятельного обслуживания распылителей дизельного мотора автовладельцу потребуются:

• набор рожковых или накидных ключей;
• отвёртки под прямой и крестовый шлиц;
• чистая сухая ветошь;
• максиметр;
• промывочная жидкость для ДДВС.

Рекомендуется проводить работы в сухом и освещённом, защищённом от пыли гараже.

Демонтаж форсунки

Диагностика дизельных форсунок и их обслуживание подразумевают снятие распылителей с ДВС. Перед началом работ рекомендуется тщательно вымыть двигатель и моторный отсек, чтобы избежать попадания мусора, инородных частиц. С особым пристрастием нужно промыть ГБЦ. На трубки высокого давления необходимо нанести разметку, которая поможет не запутаться при обратной сборке.

Перед снятием необходимо закрыть штуцеры форсунок (используйте пластиковые колпачки) во избежание загрязнений. Для демонтажа распылителей не рекомендуется использовать обычные рожковые ключи — неопытный ремонтник может сорвать резьбу с форсунок. Если должная квалификация отсутствует, используйте накидные ключи и инструмент — «головку» с длинной ручкой.

Удалив форсунки из отверстий, просушите их и уберите наружные загрязнения ветошью. В отверстия форсунок заложены уплотнительные кольца. При ремонте деталей впрыска они заменяются на новые в обязательном порядке. Не допускайте, чтобы грязь с колечек попадала в систему впрыска во время снятия.

Проверка работоспособности форсунки

Существует несколько методов проверки работоспособности распылителя. Проще всего проверить форсунку на работающем моторе:

1. Запустите «движок» на холостом ходу.
2. Начинайте поочерёдно выкручивать распылители один за другим.
3. Если после снятия работа мотора ухудшилась, то удалённая форсунка исправна и её нужно вернуть на место.
4. Методом исключения Вы найдете форсунку, демонтаж которой не изменит режим работы ДДВС. Это и будет сломанное устройство.

Можно для диагностики использовать мультиметр. Заранее необходимо скинуть клеммы АКБ и отключить проводку форсунок, после чего «чекнуть» прибором каждую деталь. На форсунках высокого сопротивления значения прибора будут находиться в диапазоне 11 — 17 ом; при низком импедансе мультиметр покажет до 5 ом.

Большим преимуществом будет наличие максиметра. Прибор способен показать текущее давление, при котором срабатывает распылитель. Также поможет выявить дефекты, касающиеся угла распыления и конфигурации струи впрыска.

Устранение возможных неисправностей

Неисправную форсунку необходимо осмотреть. Сначала ищем наличие протечек в корпусе детали. Если таковых нет, приступаем к разборке детали. Крепим деталь в тисках и аккуратным простукиванием выбиваем распылитель. Далее нужна тщательная чистка: вымачиваем части форсунки в солярке или растворителе для удаления нагара. Снимаем гарь и отложения мелкой стальной тёркой. После завершения чистки нужно проверить форсунку на максиметре. Если достигнуты оптимальные параметры впрыска, устройство готово к установке в мотор.

В иных случаях необходимо полностью заменить распылитель на дефектной форсунке. При установке новой запчасти тщательно удалите всю заводскую смазку, иначе устройство не будет работать.

Если форсунка продолжает «лить» даже после замены распылителя и тщательной чистки, обратите внимание на работоспособность пружины со штифтом — возможно, они изношены. https://www.youtube.com/embed/OzXKpVukCLc

Для чистки распылителя пользуйтесь компрессором — напор воздуха выбьет труднодоступную грязь.

Установка форсунки

До демонтажа устройства сделайте метки маркером на всех деталях, чтобы избежать путаницы. Особенно внимательно размечайте шланги высокого давления. Форсунка вкручивается от руки насколько хватит сил. Дальнейшая затяжка выполняется ключом-динамометром. Значения затяжки указываются в руководстве по эксплуатации мотора. Когда установите форсунку, выкачайте воздух из топливной системы. На современных авто для этого достаточно несколько раз крутануть стартер; либо воспользуйтесь насосом ручной подкачки (при наличии).

Дизельная форсунка тип HDK (первое поколение)

Дизельные форсунки тип HDK (первое поколение) устанавливались на автомобили начиная с 70х годов прошлого века. На некоторых автомобилях эти дизельные форсунки используются по нынешнее время.

Схема дизельной форсунки тип HDK размерность P

Этот тип дизельных форсунок довольно-таки не требователен к качеству дизельного топлива в связи с простотой и надежностью своей конструкции. При ремонте как правило, замене подлежит только распылитель форсунки, реже меняется проставка распылителя и корпус (верхняя часть) форсунки. Ремонт такой форсунки как правило обходится примерно в 700 руб. Плюс стоимость запчастей распылитель от 400 руб. до 1000 руб., проставка распылителя от 300 руб. до 700 руб. По времени, замена распылителя и регулировка на стенде занимает не больше часа.