Устройство и принцип действия системы с насос форсунками

Как уже говорит само название, насос-форсунка представляет собой впрыскивающий насос с узлом управления и форсунку в едином узле.

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

Местонахождение:

Насос-форсунки расположены непосредственно в головке блока.

Крепление:

Насос-форсунки крепятся в головке блока. При установке насос-форсунок необходимо следить за правильным положением их.
Если насос-форсунка не стоит под прямым углом к головке блока, может ослабнуть крепежный болт. Вследствие этого возможно
повреждение как насос-форсунки, так и головки блока.

Устройство насос-форсунки

Привод

На распределительном валу имеется четыре кулачка для привода насос-форсунок. Посредством коромысел усилие передается на плунжеры насос форсунок.

Требования к процессам смесеобразования и сгорания

Обязательным условием эффективного сгорания является хорошее смесеобразование. Для этого топливо должно подаваться в цилиндр в нужном количестве, в нужный момент и под высоким давлением. Уже при незначительных отклонениях от требуемых параметров распыления топлива отмечается увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах, повышение шумности процесса сгорания и увеличение расхода топлива. Важным моментом для процесса сгорания в дизельном двигателе является малая величина задержки самовоспламенения. Задержка самовоспламенения представляет собой промежуток времени между началом впрыска топлива и началом повышения давления в камере сгорания. Если в этот временной промежуток подается большое количество

топлива, то это ведет к резкому повышению давления в камере сгорания и, тем самым, к увеличению уровня шума процесса сгорания.

Предварительный впрыск

Для достижения максимально возможной плавности протекания процесса сгорания перед основным впрыском осуществляется
предварительный впрыск малого количества топлива под небольшим давлением. Благодаря сгоранию этого малого количества топлива в камере сгорания повышаются давление и температура. Вследствие этого происходит ускоренное самовоспламенение топлива, поданного в ходе основного впрыска. Предварительный впрыск и наличие паузы между предварительным и основным впрыском способствует тому, что давление в камере сгорания повышается не скачкообразно, а относительно равномерно. Вследствие этого достигается снижение шумности процесса сгорания и уменьшение эмиссии окислов азота.

Основной впрыск

При основном впрыске необходимо достичь хорошего смесеобразования для возможно полного сгорания топлива. Благодаря высокому давлению впрыска достигается очень тонкий распыл топлива, что позволяет получить весьма равномерную смесь топлива и воздуха. Полное сгорание топлива обеспечивает уменьшение выброса вредных веществ и повышение мощности двигателя.

Конец впрыска топлива

Для хорошей работы двигателя важно, чтобы в конце процесса впрыска давление впрыска резко упало, а игла распылителя быстро
возвратилась в исходное положение. При этом предотвращается попадание топлива в камеру сгорания под низким давлением и с
плохим распылом. Такое топливо сгорает не полностью, что ведет к увеличению токсичности выхлопа.

Процесс впрыска топлива, обеспечиваемой системой впрыска с применением насос- форсунок, с уменьшенным давлением при
предварительном впрыске, повышенном давлении и быстром протекании процесса основного впрыска способствует улучшению
показателей работы двигателя.

Заполнение камеры высокого давления

При процессе заполнения камеры высокого давления плунжер под действием пружины движется кверху, что ведет к увеличению объема камеры. Электромагнитный клапан управления насос-форсункой бездействует. Игла клапана находится в положении, открывающем путь топливу из питающей магистрали в камеру высокого давления. Топливо под давлением поступает из питающей магистрали в камеру высокого давления. 

Процесс впрыска
Начало предварительного впрыска

Кулачок распределительного вала через коромысло поджимает плунжер книзу; плунжер, в свою очередь, отжимает топливо из камеры

высокого давления в питающую магистраль. Протекание процесса впрыска топлива происходит под управлением блока управления
двигателя через электромагнитный клапан. По сигналу от блока управления двигателем игла электромагнитного клапана прижимается
к седлу, перекрывая путь топливу из камеры высокого давления в питающую магистраль. Вследствие этого происходит повышение
давления в камере. Когда давление достигает 180 бар, оно становится выше, чем усилие пружины распылителя. Игла
распылителя приподнимается, и начинается предварительный впрыск.

Начало предварительного впрыска
Демпфирование хода иглы распылителя

В процессе предварительного впрыска ход иглы распылителя демпфируется гидравлическим буфером, что дает возможность точно дозировать количество впрыскиваемого топлива.

Это происходит таким образом:
на первой трети хода ничто не мешает ходу иглы. При этом в камеру сгорания предварительно впрыскивается топливо

Как только демпферный клапан начнет перемещаться по сверлению корпуса распылителя, топливо над иглой распылителя сможет поступать под давлением в зону размещения пружины только через зазор снизу демпферного клапана. Вследствие этого возникает
гидравлический буфер, который ограничивает ход иглы распылителя при предварительном впрыске.

Процесс впрыска
Конец предварительного впрыска

Непосредственно после открытия иглы форсунки заканчивается предварительный впрыск. Под действием увеличивающегося
давления перепускной клапан движется книзу, тем самым увеличивая объем камеры высокого давления. Вследствие этого давление
на короткое время падает, и игла форсунки закрывается. Предварительный впрыск закончился. Вследствие движения книзу перепускного клапана пружина распылителя сжимается сильнее. Поэтому для повторного открытия иглы форсунки при последующем основном впрыске необходимо давление топлива больше, чем при предварительном впрыске.

Процесс впрыска
Начало основного впрыска

Вскоре после запирания иглы распылителя давление в камере высокого давления опять поднимается. Электромагнитный клапан закрыт, и поршень насос-форсунки движется вниз. Когда давление достигает примерно 300 бар, оно становится больше, чем давление
пружины распылителя. Игла распылителя снова поднимается, и в камеру сгорания впрыскивается основная порция топлива.
Давление при этом поднимается до 2050 бар, поскольку в камере высокого давления сжимается больше топлива, чем может его выйти
через распылитель. При достижении двигателем максимальной мощности, а также при наибольшем крутящем моменте и одновременно
самым большом количестве впрыскиваемого топлива давление максимально.

Процесс впрыска
Конец основного впрыска

Конец впрыска наступает, когда с блока управления двигателя перестает поступать сигнал на электромагнитный клапан.
При этом игла клапана под действием пружины отходит от седла, и сжимаемое плунжером топливо может поступать в питающую

магистраль. Давление топлива падает. Игла распылителя закрывается, и перепускной клапан под действием пружины распылителя
возвращается в исходное положение. Основной впрыск закончился. 

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.

1. Охладитель топлива охлаждает сливаемое топливо для предупреждения попадания в топливный бак слишком горячего топлива.
2. Датчик температуры топлива определяет температуру топлива в сливной магистрали и посылает соответствующий сигнал блоку управления двигателю
3. Ограничительный клапан поддерживает давление в сливной магистрали на уровне 1 бар. Благодаря этому достигается постоянство давления топлива на игле электромагнитного клапана.
4. Байпас Если в топливной системе имеется воздух, к примеру при выработанном топливном баке, ограничительный клапан остается закрытым. Воздух выжимается поступающим топливом из системы
5. Головка блока
6. Магистрали. Через дроссельное отверстие отводятся пары топлива, которые могут быть в питающей магистрали
7. Топливный насос подает топливо из топливного бака через фильтр к насос-форсункам
8. Сетка-фильтр улавливает пузырьки воздуха и газа в питающей магистрали. Затем они отводятся через дроссельное отверстие и сливную магистраль
9. 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
10. Обратный клапан предотвращает слив топлива от топливного насоса в топливный бак при остановке двигателя (давление открытия топлива 0,2 бар)
11. Топливный фильтр защищает топливный контур от загрязнения и попадания в него инородных частиц и воды
12. 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.

Насос — форсунка — принцип работы и ремонт своими руками + Видео инструкция

Современные двигатели внутреннего сгорания состоят из большого количества деталей. Среди них можно встретить абсолютно разные элементы, имеющие совершенно разное, но очень полезное для движка назначение. Не исключением является и такая маленькая деталь, как насос – форсунка. В этой статье мы разберем устройство, принцип действия и ремонт насос — форсунки.

Устройство и принцип работы насос – форсунки

Форсунка представляет собой металлическую трубку со специальные сечением, предназначенным для распыления топливной смеси. Впервые и по сей день, такое устройство применяется на дизельных двигателях, где важны такие важные параметры, как экономичность мотора, низкий уровень его шума и малая токсичность выхлопных газов.

Насос форсунка устанавливается над каждым цилиндром и имеет одинаковое строение. В ее состав обычно входят: запорный поршень, специальный плунжер, игла распылительного устройство, обратный и управляющий клапана и пружина распылительного устройства.

Плунжер представляет собой деталь, которая создает определенное давление внутри форсунки. Накачка происходит во время поступательного движения плунжера. Для этого на распределительном валу имеются специальные кулачки, которые в определенные моменты времени воздействуют на плунжер и приводят его в действие.

Управляющий клапан открывается наравне с движением плунжера и пропускает топливо в камеру сгорания. Конструкция клапана подбирается таким образом, чтобы дизельное топливо в обязательном порядке подалось в распыленном виде. Так оно сгорает эффективнее и экономнее. По принципу действия управляющие клапаны можно разделить на электромагнитные и пьезоэлектрические. Пьезоэлектрические клапана являются самыми эффективными, так как работают быстро и не допускают образование излишков топлива, а также его голодание в определенных участках системы впрыска. Основным элементом любого управляющего клапана является его игла, которая, как раз и отвечает за быстродействие системы.

Пружина распылителя устанавливается для обеспечения плотной посадки иглы. Усилие пружины, обычно, дополняется давлением топлива, созданным в топливном насосе высокого давления. Для этого, на противоположной стороне пружины устанавливается специальный запорный поршень, который и давит на нее под действием топлива.

Управление любой насос — форсункой обеспечивается при помощи электронного блока управления двигателем. ЭБУ получает различные показания со всех датчиков, анализирует их и на основе полученных данных открывает или закрывает форсунки в определенные моменты времени.

Принцип работы:

• Предварительный впрыск. В этот момент специальный кулачок ГРМ воздействует на плунжер, заставляя его двигаться вниз. Смесь топлива с воздухом переходит в каналы форсунки и обратный клапан закрывается. Плунжер создает давление, составляющее 13 мПа, и в этот момент срабатывает управляющий клапан форсунки, который пропуска смесь под давлением в камеру сгорания. В последний момент открывается входной клапан, и новая порция топлива попадает в каналы форсунки. В это же время, внутри элемента снижается топливное давление.
• Основной впрыск. На этом этапе плунжер снова опускается вниз, управляющий клапан закрывается, но в форсунке создается давление уже в 30 мПа. На этот раз топливо подается под большим давлением, что обеспечивает его эффективное сжатие и сгорания в рабочей камере. Каждый последующий процесс сжатия сопровождается увеличением давления внутри форсунки. Максимальное значение составляет 220 мПа. Окончание данного этапа происходит точно так же, как и при предварительном впрыске топлива.
• Дополнительный впрыск. Он заключается в очистке всех элементов форсунки от следов сажи и копоти. Дополнительный впрыск осуществляется сразу же после основного. Все действия по впрыску осуществляются так же, как и при основном этапе. По-другому такое явление называют еще двойным впрыском топлива.

Видео — Как определить какая насос-форсунка не работает или стучит

Как провести ремонт насос — форсунки своими руками

Конечно, замена неисправной форсунки будет намного правильнее. Однако, если учитывать сегодняшние цены на автозапчасти, то невольно напрашивается мысль о том, почему бы не произвести ремонт старой, ведь это дешевле. В действительности, ремонтный комплект форсунки стоит намного дешевле нового элемента, а потому будет намного выгоднее.

Неисправность форсунок обычно заключается в их засорении или ухудшении уплотняющих свойств внутренних резиновых прокладок. Двигатель, при этом, начинает работать неустойчиво и не развивает номинальной мощности, а расход топлива заметно увеличивается.

При подборе ремонтного комплекта, важно соблюсти марку и модель. Чтобы не ошибиться, рекомендуем снять старую и взять с собой в магазин автозапчастей. Консультанты подберут для вас тот набор, который вам необходим при ремонте. Если вы установите прокладки, предназначенные для форсунки другой модели, то наверняка форсунка будет работать совсем не правильно. Хотя, в большинстве случаев, они имеют совсем разные размеры прокладок, что сделает проблематичным сам ремонт, нежели дальнейшую эксплуатацию такого элемента.

Чтобы отремонтировать старую форсунку, ее необходимо демонтировать. Для этого нужно, в первую очередь, сбросить давление в топливной системе. Это нужно для того, чтобы не испачкаться топливом и не получить мощную струю прямо в лицо.

После этого, откручивается металлическое крепление трубки к форсунке и она выворачивается. Проведите разборку элемента и внимательно запомните расположение и порядок сборки деталей. Это нужно для последующей сборки, чтобы не было такого явления, как появление «лишних» деталей. Теперь проведите очистку металлических частей в то случае, если они подверглись засорению, замените резиновые уплотнители и другие детали, которые есть в ремонтном комплекте форсунки. После этого проведите сборку детали в обратной разборке последовательности.

Заверните форсунку и подключите ее к топливной системе. Так как давление было снижено, необходимо выкрутить рукоятку ручной подкачки топлива и снова создать давление в системе. Качать следует до того момента, пока рукоятка не пойдет туго. После этого, снова заверните ее и можете приступать к запуску двигателя.

Видео — Ремонт насос-форсунок BOSCH

На этом ремонт насос – форсунки завершен. Следует еще раз напомнить, что данная процедура совсем не сложная, а главное – потребует от вас наименьших затрат. Ведь продлить жизнь старой форсунки намного дешевле, чем установить новую

Насос-форсунка: устройство и принцип работы

Насос-форсунки – система впрыска, предназначена для подачи топливной смеси в дизельных двигателях. Использование подобной системы дает возможность увеличить мощность мотора, уменьшить топливные расходы и токсичность, уровень шума.

В системе впрыска данного типа за подачу топлива и его распределение отвечает единое центральное устройство – насос-форсунка. При этом каждой цилиндр оснащен своей собственной форсункой.

Система приводится в действие от распредвала, оснащенного специальными кулачками, которые через коромысло воздействуют на насос-форсунку, обеспечивая ее работу.

Как устроена система насос-форсунки

В состав системы насос-форсунка входят такие элементы, как: плунжер, поршень запорный, управляющий и обратный клапаны, игла распылителя.

Плунжер предназначен для создания рабочего давления внутри форсунки. При этом движение плунжера поступательного характера обеспечивается кулачками распредвала, а возвратное движение – пружиной.

Основной функцией управляющего клапана является впрыск топлива, а точнее управление впрыском. В подобных системах может применяться два вида клапанов – электромагнитные и пьезоэлектрические.

Клапан на основе пьезоэлемента является более совершенным за счет высокого быстродействия. Главным элементом конструкции управляющего клапана является его игла.

Пружина распылителя необходима для обеспечения надежной посадки иглы распылителя в седле. Пружинное усилие дополняется усилием давления топлива, и осуществляется это все при помощи запорного поршня, установленного с одной стороны от пружины и обратного клапана, расположенного с противоположной стороны от пружины.

Игла распылителя обеспечивает непосредственный впрыск дизельного топлива в камеру сгорания двигателя.

Управляются насос-форсунки посредством блока управления двигателем, который на основании данных, получаемых с датчиков, управляет работой клапана насос-форсунки.

Как работает система насос-форсунки

Эффективное получение и распределение ТВС в системе насос-форсунки происходит в три этапа – предварительного, основного и дополнительного впрыска топлива.

Предварительный впрыск

Этап предварительного впрыска предназначен для обеспечения плавного сгорания ТВС на этапе основного впрыска. Этап основного впрыска в свою очередь обеспечивает бесперебойную подачу  топливной смеси на всех рабочих режимах ДВС. 

Итак, на предварительном этапе подачи топлива насос-форсунка работает по следующей схеме. Кулачек распредвала передает механическое усилие на коромысло, которое опускает плунжер вниз.

Топливная смесь начинает подаваться по каналам, расположенным в корпусе форсунок. Далее происходит закрытие клапана с временным прекращением подачи топлива. При этом создается высокое давление ТС, достигающее 13 МПа.

При таком уровне давления игла, преодолевая усилие, которое оказывает на нее пружина, осуществляет предварительный впрыск горючей смеси.

Завершением этапа предварительной подачи топлива служит открытие входного клапана. Топливо попадает в магистраль, одновременно снижается его рабочее давление. На данном этапе может быть произведен один или два впрыска ТС в зависимости от режима работы дизеля.

Основной впрыск

Начало этапа основного впрыска сопровождается последующим опусканием плунжера. После закрытия клапана давление ТС продолжает нарастать и достигает 30 МПа. При таком давлении происходит поднятие иглы и основная подача топлива.

Высокое давление обеспечивает значительное сжатие топлива, вследствие чего в камеру сгорания поступает его большее количество. Самый большой объем горючей смеси подается при максимально возможном давлении в 220 МПа, чем достигается максимальная мощность двигателя.

Завершение этапа основного впрыска происходит аналогично предыдущему этапу после открытия входного клапана. Это сопровождается снижением давления топлива и опусканием распылительной иглы.

Дополнительный впрыск

Завершающим этапом является дополнительный впрыск, который используется для очистки сажевого фильтра от копоти, сажи и загрязнений. Дополнительная подача топлива осуществляется при опускании плунжера по схеме, аналогичной основному впрыску. На данном этапе, как правило, проводится два впрыска дизельного топлива.

Изучаем вместе, как работают насос-форсунки

С развитием и распространением дизельных двигателей, к ним начали выдвигать все большие и большие требования, выражающиеся в увеличении удельной мощности мотора, увеличении давления впрыска и улучшении процесса смесеобразования. Немаловажным фактором также являются компактные размеры самого устройства и соблюдение экологических норм. Все это, вместе с бурным развитием электроники, поспособствовало созданию индивидуальных насос-форсунок и отдельных насосных секций для каждого цилиндра дизельного двигателя, оборудованного электронным блоком, который и управляет его работой.

1. Как работает насос-форсунка?

Система впрыска топлива, снабженная насос-форсунками, устанавливается на дизельных двигателях внутреннего сгорания и была разработана еще в конце 30-х годов ХХ века. Впервые такую систему применили на морских, железнодорожных и грузовых дизельных моторах, характеризующихся сравнительно низкой скоростью. Главной особенностью таких силовых агрегатов является наличие отдельного впрыскивающего топливного насоса, использующегося для каждого цилиндра мотора и обладающего очень короткими напорными линиями к форсунке. В движение такие насосы приводятся механическим путем, при помощи толкателя и буферов.

В корпусе насос-форсунки объединены насос высокого давления, сама форсунка, дозирующий клапанный узел и силовой привод, благодаря которым данный элемент имеет преимущества в сокращении продолжительности движения топливной жидкости, находящейся под высоким давлением, а также в увеличении гидравлической эффективности и уменьшении своей массы.

Представители последнего поколения насос-форсунок обладают большим рабочим давлением впрыска (до 2500 бар) и способны мгновенно реагировать на команды управляющего блока, в задачу которого входит сбор и анализ текущей информации, поступающей от внешних датчиков. Именно эти данные определяют требуемые количественные и временные характеристики впрыска топлива, что дает возможность получения оптимальных значений мощности при заданном режиме работы, существенно экономит топливную жидкость, обеспечивает минимальные выбросы в атмосферу и способствует снижению уровня шумности от работающего силового агрегата. Кроме того, насос-форсунка достаточно компактна, за счет чего в головке двигателя образуется дополнительное свободное пространство, использующееся для установки других деталей двигателя.

Конструкция насос-форсунки позволяет обеспечить эффективное образование топливно-воздушной смеси, для чего в процессе впрыска предусмотрены фазы предварительного, основного и дополнительного впрыска топлива. Предварительный впрыск помогает достичь плавности сгорания смеси в ходе основного впрыска, обеспечивающего качественное смесеобразование при разных рабочих режимах мотора, а дополнительный служит для очистки сажевого фильтра от накопленных отложений сажи (процесс регенерации).

Процесс работы насос-форсунки проходит следующим образом:

1) Кулачок распредвала посредством коромысла перемещает плунжер вниз, и топливо начинает перетекать по каналам форсунки. В момент закрытия клапана топливо как бы отсекается, и его давление начинает возрастать, а при достижении показателя в 13 мПа игла распылителя преодолевает усилие пружины, вследствие чего происходит предварительный впрыск топлива.

2) Как только клапан открывается, предварительный впрыск прекращается, а топливо переходит в питающую магистраль, и его давление снижается. В зависимости от рабочих режимов силового агрегата, может производиться один или два предварительных впрыска.

3) При продолжении движения плунжера вниз происходит основной впрыск. Клапан опять закрывается, и давление топлива снова возрастает. Достигнув значения в 30 мПа, игла распылителя преодолевает силу давления топлива, и усилие пружины поднимается вверх, вызывая основной впрыск. Чем выше будет давление, тем большее количество топлива сожмется, а значит, в итоге получится больший впрыск в камеру сгорания. Наибольшее количество топлива (что способствует максимальной мощности двигателя) впрыскивается при давлении в 220 мПа. Завершение этапа основного впрыска происходит с открытием клапана, причем давление топлива падает, а игла распылителя закрывается.

4) Дополнительный впрыск топлива происходит при дальнейшем движении плунжера вниз, а принцип действия устройства на этом этапе аналогичен основному впрыску и обычно производится в два захода.

2. Типичные неисправности насос-форсунок, их диагностика и устранение

Автовладельцам, на автомобилях которых установлена описанная система впрыска топлива, наверняка не раз приходилось иметь дело с проблемами, относящимися к следующим группам: проблемы с запуском мотора или полный рабочий отказ агрегата, перерасход топливной жидкости, нестабильная работа мотора, повышенный уровень «дымности» выхлопных газов и потеря мощности. Все эти признаки указывают на нарушения работы в EUI или EUP-секциях – наиболее распространенных видах насос-форсунок в странах Европы и СНГ (в том числе и Украины).

Среди причин нарушения точной работы указанных элементов можно выделить несколько наиболее частых, а чтобы лучше понять их, надо сказать, что составляющие элементы механической части управления насос-форсункой – это отдельные «родственники» деталей газораспределительного механизма, который функционирует в головке блока двигателя внутреннего сгорания. Разница только в природе рабочего тела, в роли которого, в данном случае, выступает не воздушная смесь, а дизельное топливо, находящееся под высоким давлением и обладающее определенными физическими свойствами.

К наиболее типичным неисправностям электронной насос-форсунки относят неисправности клапанного узла (встречаются примерно в 63% случаев), проблемы в работе распылителя (примерно 30% случаев), поломки электромагнитной части (5%) и выход из строя плунжера, пружины или корпуса (2%).

Другими словами, наиболее частой причиной неисправности насос-форсунок есть разрушение клапанного механизма и его механические повреждения. Этой причине следует уделять особое внимание, так как клапан при закрытии отсекает топливо, то есть на седло клапана и отсекающую кромку тарелки клапана создается достаточно большая нагрузка. Однако, надо сказать, что указанный механизм отличается достаточно высоким уровнем надежности, конечно, при условии применения качественного топлива. Точность изготовления элементов описанного механизма может достигать 0,25 мкм, с зазорами прецизионных узлов в 1,5-2 мкм, а чтобы лучше представить себе данную величину, достаточно отметить, что толщина волоса человека составляет около 50 мкм.

На следующем месте по частоте выхода из строя находится распылитель, нарушения в работе которого сказываются на «дымности» двигателя, существенном увеличении расхода топлива и общем ухудшении экологических показателей. Зачастую, проблемы с распылителем не влияют на мощностные характеристики силового агрегата, а замена этой составляющей не составит особой сложности.

Далее, в списке характерных причин поломки насос-форсунок находятся неполадки в электромагнитной части управления работой механизма. Поломка данного узла вызывает неточности в работе насос-форсунки на определенном рабочем режиме мотора, вплоть до полного прекращения его деятельности. Правда, благодаря надежности деталей этой части и при соблюдении водителем требований производителя относительно применяемого топлива, поломки такого рода встречаются достаточно редко.

На последнем месте по частоте проявления находятся неполадки в работе плунжера, связанные с механическими разрушениями, а также разрушение пружины и корпуса детали. В принципе, ничего сложного в восстановлении работоспособности форсунки нет, ведь так же, как и капитальный ремонт силового агрегата, капремонт указанной детали основывается на восстановлении рабочих поверхностей всех трущихся элементов и уплотняющих фасок, но вот только допуски и посадки всех деталей насос-форсунок измеряются в микронах.

Все виды ремонтных работ принято начинать с диагностики ремонтируемого устройства, и насос-форсунка в этом вопросе не исключение. После ее демонтажа проводится соответствующее тестирование детали на специальном стенде. Для осуществления процесса, на форсунку устанавливают новый распылитель, а затем стенд «гоняет» ее на разных рабочих режимах силового агрегата: на холостом ходу, номинальном режиме (условное передвижение транспортного средства с крейсерской скоростью) и при разгоне.

Если установка нового распылителя будет способствовать «недоливу» положенной порции топлива (до 10%), значит, клапан и плунжерная пара пока находятся в нормальном состоянии, и можно будет обойтись лишь заменой распылителя, что позволит автомобилю спокойно ездить еще 100 000 километров. Более 10% «недолива» свидетельствуют о критическом износе клапана, а при самом худшем варианте развития событий неисправной может оказаться еще и плунжерная пара (когда клапан не держит те самые 1500 кг/кв.см, в результате чего цилиндр недополучает топливо). В таком случае, избежать капитального ремонта форсунки уже не получится.

Восстановление работоспособности пары трения клапан-втулка выполняется следующим путем. Втулку расшлифовывают до следующего ремонтного размера (принятые стандарты подразумевают увеличение диаметра на 50 мкм, чего более чем достаточно для удаления всей выработки). Сам клапан покрывают хромом, после чего его шлифуют до нужного размера. Вместе с ним шлифовке поддаются и поверхности втулки и клапана. Аналогичным образом восстанавливается и плунжер, но только он покрывается не хромом, а нитратом титана, путем вакуумного напыления. Нитрат титана обладает вдвое меньшим коэффициентом трения по стали, нежели сама сталь и вдвое большей микротвердостью поверхности. Таким же составом покрывается и клапан.

3. Преимущества и недостатки насос-форсунок

Среди преимуществ использования насос-форсунок выделяют следующие:

1) Данные элементы позволяют впрыскивать топливо под давлением больше 2000 бар, благодаря чему распыление топливной жидкости выполняется более эффективно, а значит, и сгорает полнее. Поэтому моторы с установленными на них насос-форсунками отличаются высокими мощностными характеристиками и экономичностью.

2) Кроме того, учитывая, что давление в системе с насос-форсункой и давление впрыска регулируется при помощи кулачкового механизма распредвала, энергия привода должна применяться только по отношению к области впрыска. Такие системы являются более отказоустойчивыми, нежели их аналоги без насоса и без рампы, поэтому появление проблем в работе насос-форсунок совсем не означает остановку двигателя.

3) Наличие высокого давления гарантирует более тонкое распыление топливной жидкости, а небольшие капли означают меньший объем по отношению к площади поверхности, что само по себе может вызвать появление меньшего количества сажи.

4) Дизельный мотор, обустроенный насос-форсунками, обеспечивает наиболее «горизонтальную» полку крутящего момента.

5) Помимо этого, моторы с такой системой впрыска работают значительно тише аналогичных устройств с механическими форсунками и гораздо компактнее их.

Однако, в описанной системе есть и свои минусы. Основной из них – это необходимость использования качественного топлива, так как любые примеси в виде воды, грязи или использование суррогатного топлива для нее губительны. Вторым серьезным недостатком является высокая стоимость самой насос-форсунки, а ремонт данного узла практически невозможен в «домашних условиях», из-за чего автовладельцам приходится сразу покупать новые детали.

Также стоит учитывать тот факт, что кулачковая зависимость чаще всего вызывает впрыск лишь тогда, когда кулачок задействует насос, а значит, диапазон возможных моментов впрыска обусловлен определенным диапазоном вокруг ВМТ (верхней мертвой точки), что не может обеспечить плавность хода. Поскольку момент и количество впрыска не могут постепенно меняться, то такой процесс является ограниченным. Более того, для соблюдения стандартов EURO 4, температуру выхлопных газов также не получится быстро изменить.

Если резко выполнить восстановление давления в системе впрыска с насос-форсункой, то необходимая при этом движущая энергия будет применяться только лишь в области впрыска. Соответственно, высокие динамические нагрузки, возникающие в результате роста давления, требуют определенного размера распредвала и соответствующую конструкцию его привода. Привод должен быть оборудован широким зубчатым ремнем или цилиндрическим зубчатым колесом, так как высокая жесткость на растяжение и низкая демпфирующая способность цепных приводов в условиях предельных нагрузок часто приводят к их разрыву.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

форсунка — устройство, принцип работы и ремонт — dieselfors.ru

14.03.2017 / Roman / Блог

Насос-форсунка — гибридная система подачи топлива, соединившая в одном агрегате насос высокого давления и устройство впрыска.

Насос-форсунки расположены в головке блока цилиндров. Каждый цилиндр в системе оснащен персональной насос-форсункой.

Устройство насос-форсунки дизельного двигателя

Плунжер создает необходимое давление внутри инжектора. Специальные кулачки распределительного вала приводят плунжер в действие, воздействуя на него в определенные моменты времени.

Клапан управления отрывается и закрывается при движении плунжера, пропуская топливо из топливной магистрали в  камеру высокого давления. Главной деталью клапана является игла распылителя, которая плотно прижимается пружиной распылителя  отвечает за быстродействие всей системы.

Принцип работы топливных насос-форсунок

Давление в форсунке создается с помощью плунжера, под контролем электронного блока управления, который находится на корпусе насос-форсунки. Клапаны управления бывают электромагнитные и пьезоэлектрические. Пьезоэлектрические форсунки срабатывают в 4 раза быстрее, чем устройства с электромагнитным клапаном, и не допускают образования излишков топлива. Количество подаваемого топлива может достигать 10 порций за один такт, которые распределяются на три фазы:

1. Предварительный впрыск. Когда плунжер двигается вниз под действием специальных кулачков распределительного вала, топливно-воздушная смесь попадает в каналы форсунки, когда клапан закрывается горючее перестает поступать. Когда давление смеси достигает 13 мПа, распылитель преодолевает усилие пружины и подает горючую смесь в камеру сгорания. Предварительный впрыск помогает достигнуть плавного сгорания смеси на следующем этапе.
2. Основной впрыск. Плунжер опускается вниз, клапан управления закрывается и давление топлива увеличивается до 30 мПа. Распылитель пересиливает действие пружины и поднимается вверх. Горючее подается в камеру сгорания под большим напором, поэтому сжимается и сгорает эффективнее. Каждый раз сжатие сопровождается увеличением давления до максимального 220 мПа. Основной впрыск служит для качественного образования смеси горючего на разных режимах работы двигателя.
3. Дополнительный впрыск осуществляется при движении плунжера вниз для очистки сажевого фильтра от накопленной копоти.

Ремонт дизельных насос-форсунок

При нарушении нормальной работы иглы форсунки, система не закрывается вовремя и подача топлива не осуществляется в положенное время. Инжектор не справляется со своей задачей, двигатель работает резко и подаваемые на него нагрузки могут вывести его из строя. Чаще всего в форсунках засоряется распылитель, стираются резиновые прокладки.

Внимание! Подбирая ремонтный комплект для насос-форсунки, приобретайте детали одного производителя, соблюдая марку и модель. Использование прокладок, которые предназначены для форсунки другой марки, приведет к некорректной работе инжектора.

Любой ремонт форсунок или их полная замена требует начинается с демонтажа старых насос-форсунок.

Порядок действий при замене насос-форсунок

1. Сбросьте давление в топливной системе.
2. Открутите крепления с трубок высокого давления и снимите их.Важно! Пометьте, где стояла каждая трубка. Чтобы не запутаться во время установки форсунок обратно.
3. Используя удлиненные торцевые головки, отверните насос-форсунки.
   
4. Аккуратно покачайте инжектор в стороны, чтобы сохранить резьбу.
5. Осторожно удалите с форсунок уплотнительные шайбы. Нельзя выдалбливать их зубилом!
6. С помощью накидного ключа разберите распылитель.
7. Открутите и очистите накидную гайку.
8. Вытащите промежуточный корпус.
9. Очистите все металлические детали устройства.
10. Установите новый распылитель, если требуется. Закрутите накидную гайку.
11. Замените уплотнительные кольца и все детали из ремонтного комплекта.
12. Убедитесь, что все детали находятся на месте и в должном состоянии и установите восстановленную или новую форсунку на место. 
    Внимание! Запрещено ставить форсунки без уплотнительных шайб. Кроме уплотнения и герметизации, они выполняют теплоотводящую функцию. Без них система перегреется и выйдет из строя.
13. С небольшим усилием руками вкрутите форсунку на место. Если форсунка не вкручивается, прочистите резьбу.
14. Присоедините трубки высокого давления  на свои места и закрепите их зажимами.
15. Выверните рукоятку ручной подкачки топлива  и прокачайте до того момента, пока она не станет ходить туго. Заверните ее. Давление в системе создано, запустите двигатель.

Принцип действия насос-форсунки

Работу насос форсунки можно разделить на 4 хода плунжера:

• ход впуска
• предварительный ход
• ход нагнетания и впрыска топлива
• окончание процесса впрыска

Рис. Принцип действия насос-форсунки:
а – ход наполнения; b – предварительный ход; c – ход нагнетания и процесс впрыска топлива; d – окончание процесса впрыска; 1 – кулачок приводного вала; 2 – плунжер; 3 – возвратная пружина; 4 – полость высокого давления; 5 – клапан соленоида; 6 – полость соленоидного клапана; 7 – впускной канал; 8 – выпускной канал; 9 – обмотка соленоида; 10 – седло клапана; 11 – игла форсунки; Is – сила тока в – ток в обмотке электромагнита; hм – ход электромагнитного клапана; pe – давление впрыска; hN – ход иглы форсунки

Ход наполнения

При движения плунжера вверх, под воздействием возвратной пружины, топливо при постоянном давлении поступает по каналу 7 от подкачивающего насоса в полость соленоидного клапана 6, который открыт, так как на него не подается напряжение. По каналам топливо попадает в полость высокого давления 4.

Предварительный ход

Кулачок приводного вала поворачиваясь, начинает оказывать давление на плунжер 2, который движется вниз. Соленоидный клапан открыт и топливо, под давлением движущегося вниз плунжера 2, вытесняется через выпускной канал 8 в систему низкого давления.

Ход нагнетания и процесс впрыска топлива

От блока управления на катушку 9 соленоидного клапана подается напряжение и якорь соленоидного клапана под воздействием созданного электромагнитного поля закрывает клапан, преодолевая при этом сопротивление пружины клапана. Сила магнитного потока при этом должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить достаточное уплотнение между плоскостями 10 и 11. Чем ближе якорь расположен к ярму, тем больше сила прижатия клапана к седлу, что позволяет снизить ток управления соленоидным клапаном, уменьшая расход электроэнергии, и сохранить при этом закрытое положение клапана. Сообщение между полостями высокого и низкого давления при этом перекрывается. Закрытие соленоидного клапана приводит к изменению тока катушки 9, что определяется блоком управления, как начало подачи топлива.

Давление топлива в полости высокого давления при движении плунжера возрастает. Одновременно возрастает давление и в полости распылителя форсунки. При достижении давления начала подъема иглы распылителя около 300 кгс/см2 игла распылителя слегка приподнимается и начинается впрыск топлива в камеру сгорания (фактическое начало впрыска или начало подачи). Давление впрыска постоянно увеличивается по мере хода плунжера насоса.

Окончание процесса впрыска

При прекращении подачи тока на обмотку соленоида клапан приоткрывается и сообщение между полостями высокого и низкого давления снова восстанавливается. В момент переходной фазы между ходом нагнетания и окончанием процесса впрыска достигается наибольшее давление нагнетания. В зависимости от типа насоса форсунки оно составляет 1800…2050 кгс/см2. После полного открытия электромагнитного клапана давление резко падает, игла форсунки при этом закрывает отверстие распылителя, усилием пружины клапан устанавливается в исходное положение и процесс впрыска заканчивается.

Принцип работы насоса-форсунки

Современные дизельные моторы с момента своего появления на протяжении последних нескольких десятков лет эволюционировали и развивались. Если первые силовые агрегаты, работающие на дизельном топливе, отличались повышенной шумностью и значительной вибрацией, то последние модели мало уступают традиционно малошумным бензиновым моторам.

Это произошло во многом из-за изменения способа подачи топлива в камеру сгорания силового агрегата. Современный дизельный мотор невозможно себе представить без насоса-форсунки. Именно они отвечают за дозированную подачу горючего, экономичность и плавность работы двигателя.

Что собой представляет насос-форсунка?

Насос-форсунка одна из самых важных элементов подачи топлива в камеры сгорания каждого цилиндра мотора. Используются они только лишь в дизельных моторах. Различаются между собой по размеру, форме, модели и способу управления.

Отличия обусловлены использованием разных систем управления впрыска топлива и видов распылителей. Необходимо отметить, что эти детали топливной системы автомобиля в наибольшей степени подвержены загрязнению.

Низкое качество топлива, содержащее примеси может привести к выходу из строя насоса-форсунки. Это потребует от владельца автомобиля существенных материальных затрат для восстановления их работоспособности или замены.

На что влияет работа насоса-форсунки?

Внедрение насоса-форсунки в современный дизельный двигатель позволило значительно увеличить эффективность использования топлива.Применение подобного рода системы даёт возможность увеличить мощность двигателя, оптимизировать расход топлива, уменьшить уровень загрязняющих веществ в отработанных газах и понизить шумность мотора.

Именно насос-форсунка обеспечивает централизацию подачи и распределения топлива при работе силового агрегата. Она помещена в индивидуальный цилиндр, выполняющий защитные функции и нивелирующий воздействие внешних факторов.

Насос-форсунка позволила сделать существующие ныне дизельные моторы экономными и выгодными для использования в первую очередь грузоперевозчиками. Дизельный мотор, оснащённый этим устройством системы подачи топлива, позволяет экономно расходовать топливо при поездках на длительные расстояния.

Устройство насоса-форсунки

Механизм насоса-форсунки довольно сложен, но при желании можно разобраться. Удивительно, как небольшое по размеру изделие сочетает в себе множество технологий и обеспечивает топливом массивный двигатель.

Можно выделить следующие основные компоненты главного механизма топливной системы:

Плунжер

Нагнетает уровень давления внутри форсунки до рабочих величин

Управляющий клапан

Главная задача заключается в точной регулировке поступления топлива и впрыска смеси в камеру сгорания

Пружина распылителя

Удерживает надёжно иглу распылителя в зафиксированном положении

Игла распылителя

Распыляет топливную смесь под высоким давлением в камеру сгорания

Блок управления двигателя

Обеспечивает непрерывный мониторинг и контроль работы форсунки.

Принцип работы насоса-форсунки

Поступление и распределение топливно-воздушной смеси устройством происходит в 3 этапа:

Предварительный этап

Обеспечивает равномерное сгорание топливно-воздушной смеси. Он даёт возможность бесперебойного поступления топлива в необходимом количестве для работы мотора в различных режимах.

Механическое усилие, передаваемое кулачком распределительного вала на коромысло, влечёт плунжер вниз. Топливная смесь перемещается по каналам форсунки. На следующем этапе поступление ТВС (топливно-воздушной смеси) временно останавливается.

Это приводит к образованию высокого давления в замкнутом пространстве. В идеальном варианте оно должно доходить до 13Мпа. Давление заставляет иглу, преодолевая сопротивление, оказываемое пружиной выполнить предварительную подачу ТВС.

Заключительный этап предварительного впрыска прекращается на открытии входного клапана. После поступления топлива в магистраль давление снижается.

Основной этап

Начало этапа стартует с момента опускания плунжера. После закрытия клапана давление ТВС начинает стремительно увеличиваться и достигает потолка в 30Мпа.

Игла при достижении рабочего давления поднимается и выполняет главный впрыск топлива в камеру сгорания. Наибольший объём ТВС направляемый в камеру сгорания достигается на пределе мощности работы мотора. Расход топлива в этом случае значительно увеличивается,если сравнивать с обычным ритмом работы силового агрегата.

Дополнительный этап

Осуществляет дополнительный впрыск ТВС для очистки сажевого фильтра, удаления копоти и прочих загрязнений.

Можно ли ремонтировать самостоятельно насоса-форсунки?

Как и любой современный механизм, насос-форсунка имеет довольно сложное устройство и поэтому «кулибины» из ближайшего гаража капитулируют перед ней без сопротивления. Её ремонт возможен только лишь при помощи использования специального профессионального оборудования.

«Кривые пальцы» доморощенных мастеров, если попытаются вмешаться в работу устройства, потерпят полное фиаско. Необходимо помнить, что неквалифицированное обслуживание системы в большей массе попыток приводит к безвозвратной потере работоспособности.

Детальный разбор принципа работы насоса-форсунки показывает, что это достаточно надёжная в работе система подачи топлива. Её ахиллесовой пятой является требовательность к качеству дизельного топлива и снижение эффективности работы при загрязнении.

Спасибо за внимание, удачи вам на дорогах. Читайте, комментируйте и задавайте вопросы. Подписывайтесь на свежие и интересные статьи сайта.

Это интересно