Форсунка как работает: Топливные форсунки: устройство и принцип действия

Принцип работы дизельных форсунок и частые неисправности

Статьи

Принцип работы дизельных форсунок и частые неисправности

Начнем с того, что большинство форсунок для дизеля (за исключением насос-форсунок и систем Cоmmon Rail) устроены и работают по схожему принципу. Это значит, что их ремонт также предполагает похожие действия. Для лучшего понимания начнем с принципов работы.

Подача топлива на форсунки в дизелях реализована посредством его нагнетания под высоким давлением. Такое давление на каждую форсунку создает:

• топливный насос высокого давления ТНВД;
• насос-форсунки сами сжимают и впрыскивают топливо;
• в системах Cоmmon Rail давление топлива поддерживается постоянно в специальном «аккумуляторе» высокого давления;

Теперь давайте рассмотрим работу наиболее распространенной системы питания с обычным ТНВД. Если просто, такой насос имеет механический привод и вращается от двигателя. Вращение шкива ТНВД позволяет плунжерным парам в устройстве насоса сильно сжимать дизельное топливо и выдавать давление около 300 кг/см². Затем происходит распределение дизтоплива на форсунки, что соответствует тактам работы двигателя.

Топливо поступает от насоса по магистралям высокого давления к форсунке, установленной на каждом цилиндре, после чего проходит через отдельный канал и оказывается внутри дизельной форсунки (в полости распылителя). Внутри распылителя конструктивным элементом является специальная конусная игла. Такая игла форсунки снизу притирается к седлу с очень большой точностью. Сверху иглу прижимает пружина. Указанная пружина давит на иглу через отдельную шайбу.

Шайба может иметь разную толщину, что определяет степень давления пружины на иглу. По этой причине шайбу называют регулировочной, так как от давления пружины будет зависеть и давление топлива, от которого сработает игла форсунки.

Срабатывание иглы происходит в результате того, что внутри форсунки накапливается нагнетаемое ТНВД топливо. Если иначе, когда горючее доходит до конуса иглы, дальнейший проход солярки становится невозможным, так как канал перекрыт иглой, плотно прижимаемой к седлу усилием пружины.

Однако ТНВД продолжает работать и нагнетать топливо, происходит рост давления, которое в определенный момент становится сильнее давления пружины. В результате игла приподнимается, горючее проходит в пространство между седлом и конусом иглы, попадает под высоким давлением в отверстия распылителя и далее происходит впрыск распыленного топливного заряда.

Время впрыска зависит от того, когда давление топлива внутри форсунки понизится до такой степени, чтобы пружина снова прижала иглу к седлу. Получается, канал для выхода топлива перекрывается, давление снова начнет расти и процесс повторяется.

Синхронная работа всего механизма предполагает точный впрыск топлива в цилиндре, в котором поршень приближается к ВМТ. Следующий впрыск в этом цилиндре в заданный момент будет возможен только при условии того, что игла закроется своевременно, то есть сразу после того, как давление топлива упадет.

Например, если впрыск произойдет раньше, процесс сгорания топлива в цилиндре нарушается, дизель громко и жестко работает. Более того, значительно усиливается износ не только ДВС, но и проблемной форсунки.

Дело в том, что через неплотно закрытое седло происходит прорыв газов, механизм разрушается, подвергается сильному загрязнению от скопления нагара. На начальном этапе нагар удаляют путем промывки форсунок дизельного двигателя, то есть без ремонта.

При этом важно понимать, что нагарообразование является не причиной, а только результатом неполадок внутри самой форсунки. Другими словами, необходимо решать проблему точного срабатывания иглы, усилия пружины и эффективного перекрытия седла.

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.

Новости технологий и науки — Новости ABC

10 минут назад

Федеральный прокурор заявил, что двое сообщников Сэма Бэнкмана-Фрида признали себя виновными в совершении уголовных обвинений в сделках о сотрудничестве, связанных с крахом криптовалютной биржи FTX

10 минут назад

4 часа назад

Илон Маск защищает свое масштабное сокращение расходов в Twitter, поскольку это необходимо для выживания платформы социальных сетей в следующем году, отчасти из-за выплаты долга, связанного с его поглощением компании на 44 миллиарда долларов

4 часа назад

21 декабря

Сильное землетрясение, которое потрясло крайний северный берег Калифорнии на этой неделе, произошло в районе под Тихим океаном, где столкнулись несколько тектонических плит, создав самый сейсмически активный регион штата

21 декабря

21 декабря

Группа игроков в видеоигры подает в суд, чтобы помешать Microsoft купить издателя видеоигр Activision Blizzard, утверждая, что приобретение за 68,7 млрд долларов задушит конкуренцию и уменьшит выбор потребителей

21 декабря

21 декабря

На этой неделе арктический взрыв принес сильный холод, сильный снегопад и сильный ветер на большую часть территории США спутники вышли из строя и упали в море менее чем через три минуты после старта с космодрома во Французской Гвиане в среду

21 декабря

21 декабря

FTX была не единственной криптовалютной компанией, которая рухнула в 2022 году9. 0003

21 декабря

21 декабря

Илон Маск сказал, что уйдет в отставку, «как только я найду кого-нибудь достаточно глупого, чтобы взяться за эту работу», но сказал, что продолжит руководить несколькими командами.

21 декабря

20 декабря

Илон Маск говорит, что играет на том, чтобы оставаться генеральным директором Twitter, пока не найдет кого-то, кто готов заменить его на этом посту В среду в багамском суде рассматривается его возможная экстрадиция в США, в ближайшие дни будут предъявлены уголовные обвинения, связанные с крахом криптовалютной биржи FTX 9.0003

20 декабря

20 декабря

Через день после того, как было достигнуто историческое соглашение о сохранении биоразнообразия, страны столкнулись с необходимостью выполнять обещания и предприниматели по всей стране переоборудуют старинные автомобили и грузовики в экологически чистые электромобили, отчасти благодаря недавним достижениям в технологии аккумуляторов

20 декабря

20 декабря

10 лучших приложений в Apple Store за неделю, завершившуюся 18 декабря 2022 г.

20 декабря

20 декабря

Марк Цукерберг, генеральный директор материнской компании Facebook Meta, выступает свидетелем в зале суда Калифорнии в рамках

20 декабря

20 декабря

Сделка производителя компьютерных микросхем и программного обеспечения Broadcom по покупке компании облачных технологий VMware на сумму 61 ​​миллиард долларов по покупке компании облачных технологий VMware подвергается тщательному анализу со стороны регулирующих органов Европейского Союза, которые заявили, что обеспокоены тем, что сделка может ограничить конкуренцию

20 декабря

20 декабря

Когда дело доходит до борьбы с последствиями изменения климата, лучшим шагом может быть отступление

20 декабря

20 декабря

Посадочный модуль НАСА InSight на Марсе

20 декабря

20 декабря

Пользователи могут выбрать новый шаблон Reels и выбрать 14 фотографий и видео для повторного обмена.

20 декабря

20 декабря

Японский суд постановил, что 45-летний ядерный реактор может продолжать работать, отклонив требования жителей о приостановке его работы из-за угроз безопасности

20 декабря

20 декабря

деловая практика в Европе для урегулирования антимонопольных расследований

20 декабря

20 декабря

Миллионы людей во всем мире поверили правительственным чиновникам, заявившим, что им нужны конфиденциальные данные для новых технических инструментов, помогающих остановить распространение коронавируса на ранней стадии пандемии

20 декабря

20 декабря

Миллионы людей во всем мире поверили правительственным чиновникам, заявившим, что им нужны конфиденциальные данные для новых технических инструментов, помогающих остановить распространение коронавируса на раннем этапе пандемии может быть готов приехать в США для предъявления уголовных обвинений, связанных с крахом криптовалютной биржи FTX после хаотичного выступления в суде на Багамах

19 декабря

19 декабря

Новое исследование дало ключ к разгадке таинственных окаменелостей в Неваде, которые, возможно, были древним родильным домом для гигантских морских рептилий как глава Twitter в опросе миллиардер создал и пообещал соблюдать

19 декабря

19 декабря

С тех пор, как Илон Маск взял под свой контроль Twitter в конце октября, возникла путаница в отношении того, что разрешено, а что запрещено на платформе, даже то, что такое проверенный аккаунт, разрослось до

19 декабря

19 декабря

Произошла утечка охлаждающей жидкости из российской капсулы на МКС.

19 декабря

19 декабря

Ученые говорят, что перенасыщение атмосферы углеродом, ответственное за глобальное потепление, может также сделать большие озера более кислыми

19 декабря

19 декабря

Компания по производству видеоигр Epic Games выплатила в общей сложности 520 миллионов долларов США в виде штрафов и компенсаций для урегулирования жалоб, связанных с неприкосновенностью частной жизни детей и методами, которые обманом заставляли игроков совершать покупки

19 декабря

18 декабря

Синоптики предупреждают о предательских поездках в отпуск и опасном для жизни холоде для большей части страны, арктическая воздушная масса дует на и без того холодный юг Соединенных Штатов

18 декабря

18 декабря

Внезапное отстранение Илоном Маском нескольких журналистов, освещающих Twitter, усугубляет растущий разрыв между сайтом социальной сети и медиа-организациями, которые использовали платформу для формирования своей аудитории

18 декабря

17 декабря

Участникам переговоров на конференции Организации Объединенных Наций еще предстоит решить, как защитить биоразнообразие и предоставить финансирование бедным странам, поскольку переговоры подходят к завершающей стадии создатель игр, который помог Facebook расширить виртуальную реальность, ушел из корпоративной материнской компании социальной сети после того, как разочаровался в том, как технология управляется

17 декабря

17 декабря

Внезапное отстранение Илоном Маском нескольких журналистов, освещающих Twitter, увеличивает разрыв между сайтом социальной сети и медиа-организациями, которые использовали платформу для формирования своей аудитории

17 декабря

16 декабря

Агентство заявило, что Amazon не смогла должным образом зарегистрировать травмы на шести складах.

16 декабря

16 декабря

Твиттер погрузился в хаос с тех пор, как миллиардер, генеральный директор Tesla Илон Маск, стал у руля

16 декабря

16 декабря

Когда Твиттер без объяснения причин резко заблокировал аккаунты нескольких журналистов, владелец платформы Илон Маск намекнул на возможную причину: его якобы доксировали

16 декабря

16 декабря

U.S. регулирующие органы расследуют сообщения о том, что автономные роботакси, управляемые круизом General Motors, могут неожиданно остановиться, что может привести к застреванию пассажиров

16 декабря

16 декабря

Прокуратура США заявляет, что соучредитель мошеннической криптовалюты OneCoin признал себя виновным в мошенничестве с использованием электронных средств связи и обвинениях в отмывании денег Попытка криптовалютной биржи FTX скрыть имена клиентов и кредиторов компании от общественности0003

16 декабря

16 декабря

Новая функция также поможет при забытом пароле.

16 декабря

16 декабря

Twitter заблокировал аккаунты журналистов, освещающих платформу социальных сетей и ее нового владельца Илона Маска

16 декабря

16 декабря

черный список экспортного контроля, ссылаясь на опасения по поводу национальной безопасности

16 декабря

15 декабря

Российский космический чиновник заявил, что утечка охлаждающей жидкости из российской космической капсулы, прикрепленной к Международной космической станции, могла быть вызвана ударом микрометеорита

15 декабря

15 декабря

Акции Tesla немного вырос, несмотря на новость о том, что генеральный директор Илон Маск продал на этой неделе акции производителя электромобилей еще на 3,58 миллиарда долларов Правительство штата Джорджия

15 декабря

15 декабря

Губернатор Джорджии Брайан Кемп запретил TikTok и два популярных приложения для обмена сообщениями на всех компьютерных устройствах, контролируемых правительством штата Джорджия. с надеждой, что он на несколько дюймов приблизится к тому, как он выглядел до пандемии

15 декабря

Конструкция сопла

А
ракетный двигатель использует сопло для
ускорить горячий выхлоп для производства
тяга, как описано
третий закон Ньютона
движения.
количество тяги
вырабатываемый двигателем, зависит от
массовый расход через двигатель, скорость на выходе
расхода и давления на выходе из двигателя. Значение этих
все три переменные потока определяются конструкцией сопла ракеты.

Насадка – это относительно простое устройство, имеющее форму специальной формы.
трубка, по которой проходят горячие газы. Ракеты обычно
используйте фиксированную сходящуюся секцию, за которой следует фиксированная расходящаяся секция
по конструкции форсунки. Эта конфигурация сопла
называется сужающимся-расходящимся , или CD , соплом.
В сопле ракеты CD горячий выхлоп выходит из камеры сгорания.
и сходится к минимальной площади,
или горловина, форсунки. Размер горловины выбирается
дроссель поток и
установить массовый расход
через систему.
Поток в горле звуковой, что означает
число Маха
равен единице в горле. Ниже горла,
геометрия расходится, и поток
изоэнтропически
расширяется до сверхзвукового числа Маха, которое зависит от
отношение площади
выхода в горло.
Расширение сверхзвукового потока приводит к увеличению статического давления и температуры.
убывание от горла к выходу, так
величина расширения также определяет выходное давление и
температура.
Температура на выходе определяет выход
скорость звука, которая определяет
выходная скорость.
Скорость на выходе, давление и массовый расход через сопло
определяет
величина тяги, создаваемой соплом.

На этом слайде мы выводим уравнения, которые объясняют и описывают, почему
сверхзвуковой поток ускоряется в расширяющемся сечении сопла
а дозвуковой поток тормозится в расширяющемся канале. Мы начинаем с
уравнение сохранения массы:

где mdot — массовый расход, r — газ
плотность, V – скорость газа,
и A — площадь проходного сечения. Если мы различаем
это уравнение, мы получаем:

разделите на (r * V * A), чтобы получить:

Теперь мы используем
уравнение сохранения импульса:

и
отношение изоэнтропического потока:

где гам это
отношение удельных теплоемкостей.
Это уравнение № 10 на странице, которая содержит
вывод
изэнтропических соотношений течения
Мы можем использовать алгебру для этого уравнения, чтобы получить:

и использовать
уравнение состояния

где R — газовая постоянная, а T — температура, чтобы получить:

gam*R*T это квадрат
скорость звука a :

говорит нам, что при M > 1 изменение плотности намного больше, чем
изменение скорости. Чтобы сохранить как массу, так и импульс в сверхзвуковом
поток, скорость увеличивается, а плотность уменьшается по мере того, как площадь
повысился.

Были проведены исследования и проведены некоторые эксперименты на альтернативных
конструкции форсунок. Пробковая насадка имеет сплошную поверхность вдоль
центральной линии сопла и свободной поверхности снаружи.
Форсунки с заглушками могут соответствовать выходному давлению на большем диапазоне полета.