2.13.7. Форсунки

Процес сумішоутворення при впорскуванні палива у циліндр триває декілька мілісекунд і по часу співпадає з процесом згоряння. Спочатку паливо подається у циліндри, потім випаровується, перемішується з повітрям та газами, створюючи таким чином робочу суміш. Завдання по створенню пальної суміші у дизелях та двигунах із впоркуванням бензину покладено на форсунки. Від досконалості створення пальної суміші залежить повнота згоряння та ефективність роботи двигуна. Сумішоутворення може бути обємне або плівкове і в залежності від конструкції камери згоряння може бути переважаючим той чи інший спосіб. При плівковому сумішоутворенні тонка паливна плівка нагрівається від поверхні камери згоряння і випаровується у повітряний заряд. У двигунах з роздільними камерами згоряння у зв’язку з тим що перемішування палива з повітрям здійснюється за рахунок енергії потоку повітря, яке рухається з над поршневого простору у додаткову камеру, застосовують форсунки з компактним струменем з порівняно малим кутом розпилювання.

У двигунах з неподільними камерами згоряння сумішоутворення в основному здійснюється за рахунок струменю палива багатоотворових форсунок. У деяких системах живлення форсунки за один цикл двигуна можуть здійснюватись два впорскування палива, що покращує економічність роботи двигуна та зменшує викиди шкідливих речовин з відпрацьованими газами.

Призначення

Для подачі палива під високим тиском і розпилювання його у камерах згоряння дизелів. У бензинових двигунах для подачі палива та розпилювання його у впускному трубопроводі, або у циліндрах.

Конструкція

У більшості форсунка складається з корпуса форсунки, корпуса багатоотворового (одноотворового) розпилювача з паливною камерою, штанги, запірної голки, пружини з тарілкою та стаканом, регулювального гвинта, ковпака. У форсунках встановлюють також електромагнітний або п’єзоелектричний привід клапана з важілями.

Форсунки для впорскування бензину різноманітні і можуть бути клапанні, закриті або штифтові. Основними параметрами, які характеризують форсунку, є величина тиску відкриття (початку впорскування). Важливим параметром форсунки є також тиск закриття форсунки (тиск зливання палива).

Принцип дії

Паливо впорскується в камеру згоряння через соплові отвори форсунки у дизелях під тиском 12,5 МПа у одноотвірних та 16,5….21 МПа у багатоовірних форсунках, а в двигунах з впорскуванням бензину у впускний трубопровід 0,37….0,46 МПа і до 15 МПа з впоркуванням бензину безпосередньо в циліндр.

Під час нагнітального ходу плунжера паливного насоса тиск у паливній камері розпилювача зростає. Якщо тиск на запірну поверхню запірної голки перевищує опір пружини, голка піднімається відкриваючи рух палива через отвори розпилювача. У штифтовій форсунці під час зростання тиску і підніманні штифта, між ним і корпусом створюється вузька щілина через яку паливо через сопло розпилювача впорскується в розпиленому виді в циліндр.

Значний тиск палива та велика швидкість проходження через вузькі щілини забезпечує якісне розпилювання.

Якщо подача палива насосом припиняється і його тиск знижується, голка під дією пружини щільно закриває сопловий отвір розпилювача.

При застосуванні електронних систем керування, запірна голка піднімається електромагнітом.

У двигуні VW FSI з подвійним прямим впорскуванням перше впорскування здійснюється за 300⁰ до ВМТ кінця стискання, а друге впорскування на початку такту стискання, що дозволяє паливу повністю випаровуватись.

Під час розігрівання нейтралізатора друге впоркування здійснюється за 60⁰ до ВМТ кінця такту стискання.

Рис.2.214. Подвійне пряме впоскування палива двигуна VW FSI

Рис.2.215. Форсунка закритого типу з гідравлічно керованою голкою двигуна автомобіля КамАЗ:

1-корпус розпилювача; 2-голка розпилювача; 3-гайка розпилювача;

4-проставка; 5-штанга; 6-регулювальна шайба; 7-сітчатий фільтр; 8-штуцер.

А-відведення палива; Б-підведення палива під тиском.

Рис. 2.216. Насос-форсунка двигуна V10TDI з електромагнітним клапаном

Останнім часом у системах живлення почали використовувати п’єзофорсунки та п’єзонасос-форсунки. П’єзо - від грецького “тисну”. П’єзоелектричний клапан у чотири рази збільшує швидкодію форсунки, зменшує шум в порівнянні електромагнітним клапаном, дає можливість змінювати величину запальних доз палива та застосовувати електронне керування.

Принцип дії п’єзоприводу форсунки базується на п’єзоелектричному ефекту, тобто в зміні довжини п’єзоелемента при прикладанні до нього напруги. У п’єзофорсунках компанії VW Mechatronic і Siemens VDO Automotive AG керована напруга змінюється від 100 до 200 в.

При прикладанні напруги до деяких матеріалів, що містять кристали турмаліну, кварцу, сегнетової солі, довжина їх кристалів збільшується.

Під тиском у цих кристалах виникає різниця потенціалів, що дає можливість використати цей ефект у п’єзодатчиках.

Товщина одного п’єзоелемента п’єзоприводу клапана приблизно дорівнює 0,08 мм, а її приріст під дією напруги складає 0,15 %.

Для отримання пересування на 0,04 мм необхідний стовпчик з більш ніж 260 п’єзоелементів. У набраному блоку п’єзоелементи розмежовані металевими обкладками для підведення напруги. Стовпчик п’єзоелементів разом з натискною пластиною (наконечником) є основа п’єзоприводу.

Рис. 2.217. Будова п’єзофорсунки двигуна V8 TDI Audi з п’єзоелектричним клапаном

У зв’язку зтим, що хід п’єзоприводу складає 0,04 мм, а повний хід клапана складає 0,1 мм, між між п’єзоприводом та голкою ставиться важільний передавач з відповідним передаточним числом

Рис. 2.218. Будова п’єзо насос-форсунки

Рис. 2.219. Робота форсунки на початку впорскування бензину

Рис. 2.220. Робота форсунки по закінченні впорскування бензину

При відсутності керуючої напруги, п’єзоелектричний клапан відкритий, так як голка піднята з сідла дією зворотної пружини.

Під час подачі керуючої напруги важільний п’єзопривід пересуває голку клапана на 0,1 мм.

Рис. 2.221. Вакуумний роторний насос