Топливная форсунка

Топливная форсунка (которую часто называют инжектором от английского наименования injector) предназначена для дозированной подачи топлива в двигатель. В наше время топливная форсунка стала непременным атрибутом системы впрыска не только бензиновых, но и дизельных двигателей.

История создания топливной форсунки

В конце 60-х годов ХХ века остро встала проблема загрязнения атмосферы выхлопными газами автомобилей. В то время в целях достижения как можно большей мощности двигателя и максимально полезного использования воздуха в процессе сгорания, типовой заводской настройкой карбюратора было намеренное переобогащение смеси.

Применением форсунок в системе впрыска мир обязан топливному кризису 70-х годов прошлого века и пристальному вниманию к защите окружающей среды 80-х

 

Автомобиль приобретал необходимую "резвость", но это сказывалось на расходе и избыточном содержании продуктов горения, в том числе, вредных, в отработавших газах. Стало ясно, что для уменьшения количества вредных выбросов необходимо кардинально изменить конструкцию топливной аппаратуры. Решением этой проблемы стало создание сначала моновпрыска с одной топливной форсункой, а затем системы распределенного впрыска топлива.

Первые такие системы появились в 30-х годах и использовались на авиационных моторах. Затем им нашлось применение на гоночных автомобилях, а в 1954 году компания Mercedes-Benz представила мировой общественности первый автомобиль серийного производства с механической системой впрыска топлива, разработанной компанией Bocsh. В 1957 году на несколько моделей Pontiac и Chevrolet была установлена система впрыска фирмы Rochester, которая оказалась довольно сложной и ненадежной.

Форсунка - тонкий и прецизионный механизм, отличающийся высокой ценой. К примеру, стоимость форсунки для дизельного BMW X5 - в районе 17 тысяч рублей

В 1967 году была создана первая система впрыска с электронным управлением. В этой системе электронасос подавал бензин под постоянным давлением 0,2 МПа к электромагнитным топливным форсункам, через равные промежутки времени впрыскивающим топливо во впускные трубопроводы. В 1973 году создана система, в которой топливо подавалось электронасосом через регулятор-распределитель к топливным форсункам, которые непрерывно впрыскивали топливо в трубопровод. В том же году была создана электронная система с электромагнитными топливными форсунками, управлявшаяся электроникой на основе измерений расхода воздуха. Это был первый впрыск с интеллектуальным управлением. 

Устройство и принцип работы топливной форсунки

В зависимости от способа впрыска топлива различают три вида форсунок: электрогидравлическая, электромагнитная и пьезоэлектрическая.

Электрогидравлическая топливная форсунка

Электрогидравлическая топливная форсунка часто используется в системе впрыска дизельных двигателей. В конструкцию входит камера управления, электромагнитный клапан, впускной и сливной дроссели. Принцип работы основан на использовании давления топлива, причем не только при впрыске, но и при его прекращении. В начальном положении электромагнитный клапан закрыт и обесточен, игла топливной форсунки прижата (за счет давления топлива на поршень в камере управления) к седлу. Соответственно впрыск не происходит. Давление топлива на иглу меньше давления на поршень (из-за разности площадей контакта). По сигналу электронного блока управления активизируется электромагнитный клапан, который открывает сливной дроссель. Через этот дроссель топливо из камеры управления попадает в сливную магистраль. Впускной дроссель при этом препятствует резкому выравниванию давлений во впускной магистрали и камере управления. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу остается прежним, игла поднимается и впрыскивается топливо.

О точности дозировки топлива можно судить о скорости срабатывания форсунки. Во время впрыска клапан открывается всего на 1-2 милисекунды

Электромагнитная форсунка

Электромагнитная форсунка используется в основном на бензиновых двигателях. Она включает в себя сопло и электромагнитный клапан с иглой. Благодаря заложенному алгоритму блок управления в нужный момент обеспечивает подачу напряжения на обмотку возбуждения электромагнитного клапана. Создается электромагнитное поле, преодолевающее усилие пружины, втягивающее якорь с иглой и освобождающее сопло. Происходит впрыск топлива. Как только напряжение исчезает, пружина возвращает иглу топливной форсунки обратно в седло.

Пьезоэлектрическая форсунка

Пьезоэлектрическая форсунка является на сегодняшний день самым совершенным устройством для впрыска топлива. Она устанавливается, как правило, на дизельных двигателях. Ее конструкция включает толкатель, пьезоэлемент, иглу и переключающий клапан. При работе такой форсунки используется гидравлический принцип. В начальном положении игла посажена на седло благодаря высокому давлению топлива. Как только на пьезоэлемент подается электрический сигнал, его длина увеличивается, тем самым, передавая усилие на поршень толкателя. Переключающий клапан открывается, и топливо попадает в сливную магистраль. Выше иглы давление падает, за счет давления в нижней части игла поднимается, и происходит впрыск топлива.

Достоинства и недостатки топливных форсунок

Системы подачи топлива, использующие топливные форсунки, имеют перед карбюраторными системами следующие преимущества: более экономичный расход топлива за счет его точного дозирования; минимизация токсичности выхлопных газов; увеличение мощности силового агрегата на 7-10 %; легкость запуска независимо от погоды; улучшение динамических свойств машины; реже требуется чистка и замена. Однако у систем с топливными форсунками имеются и недостатки: в первую очередь, высокие требования, предъявляемые к качеству топлива. Нарушение химического состава топлива, вода и грязь, которые нередко встречаются в дизельном топливе, губительны для тонкого механизма форсунки. Стоимость замены и ремонта - еще один недостаток систем распределенного впрыска.