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.

Материалы: http://www.auto-infosite.ru/articles_nasos_forsunka_ustrojstvo_i_princip_raboty.html

Система впрыска насос-форсунками является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. В отличии от системы впрыска Common Rail в данной системе функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Собственно насос-форсунка и составляет одноименную систему впрыска.

Применение насос-форсунок позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива, выбросы вредных веществ, а также уровень шума.

В системе на каждый цилиндр двигателя приходится своя форсунка. Привод насос-форсунки осуществляется от распределительного вала, на котором имеются соответствующие кулачки. Усилие от кулачков передается через коромысло непосредственно к насос-форсунке.

Устройство насос-форсунки

Конструкция насос-форсунки включает плунжер, клапан управления, запорный поршень, обратный клапан и иглу распылителя.

Плунжер служит для создания давления топлива. Поступательное движение плунжера осуществляется за счет вращения кулачков распределительного вала, возвратное – за счет плунжерной пружины.

Клапан управления предназначен для управления впрыском топлива. В зависимости от привода различают электромагнитный и пьезоэлектрический клапаны. Пьезоэлектрический клапан пришел на смену электромагнитному клапану. Пьезоэлектрический клапан обладает большим быстродействием. Основным конструктивным элементом клапана является игла клапана.

Пружина форсунки обеспечивает посадку иглы распылителя на седло. Усилие пружины при необходимости поддерживается давлением топлива. Данная функция реализуется с помощью запорного поршня и обратного клапана. Игла распылителя предназначена для обеспечения непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания.

Управление насос-форсунками осуществляет система управления двигателем. Блок управления двигателем на основании сигналов датчиков управляет клапаном насос-форсунки.

Принцип действия насос-форсунки

Конструкция насос-форсунки обеспечивает оптимальное и эффективное образование топливно-воздушной смеси. Для этого в процессе впрыска топлива предусмотрены следующие фазы:

• предварительный впрыск;
• основной впрыск;
• дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск производится для достижения плавности сгорания смеси при основном впрыске. Основной впрыск обеспечивает качественное смесеобразование на различных режимах работы двигателя. Дополнительный впрыск осуществляется для регенерации (очистки от накопленной сажи) сажевого фильтра.

Работа насос-форсунки осуществляется следующим образом. Кулачек распределительного вала через коромысло перемещает плунжер вниз. Топливо перетекает по каналам форсунки. При закрытии клапана происходит отсечка топлива. Давление топлива начинает расти. При достижении давления 13 МПа игла распылителя, преодолевая усилие пружины, поднимается и происходит предварительный впрыск топлива.

Предварительный впрыск топлива прекращается при открытии клапана. Топливо переливается в питающую магистраль. Давление топлива снижается. В зависимости от режимов работы двигателя может осуществляться один или два предварительных впрыска топлива.

Основной впрыск производится при дальнейшем движении плунжера вниз. Клапан снова закрывается. Давление топлива начинает расти. При достижении давления 30 МПа, игла распылителя, преодолевая усилие пружины и давление топлива, поднимается и происходит основной впрыск топлива.

Чем выше давление, тем больше количества топлива сжимается и соответственно больше впрыскивается в камеру сгорания двигателя. При максимальном давлении 220 МПа впрыскивается наибольшее количество топлива, тем самым обеспечивается максимальная мощность двигателя.

Основной впрыск топлива завершается при открытии клапана. При этом падает давление топлива и закрывается игла распылителя.

Дополнительный впрыск выполняется при дальнейшем движении плунжера вниз. Принцип действия насос-форсунки при дополнительном впрыске аналогичен основному впрыску. Обычно производится два дополнительных впрыска топлива.

Материалы: http://systemsauto.ru/feeding/nasos_forsunka.html

Требования, которые предъявляются к современным дизельным моторам в отношении мощности, экономичности и экологичности, становятся все выше. Чтобы эти требования удовлетворить, следует обеспечить хорошее смесеобразование. Для этого моторы оснащаются современными и эффективными системами впрыска топлива. Они способны не только обеспечить мельчайший распыл за счет более высокого давления, но также с высокой точностью регулируют момент впрыска и количество подаваемого в цилиндры горючего. Такая система существует и полностью удовлетворяет всем тем высоким требованиям. Это насос-форсунка дизельного двигателя. Представляет собой отдельный элемент впрыска для каждого цилиндра в двигателе. Деталь управляется электронным блоком.

О создании узла, в котором бы объединялась форсунка и топливный насос, задумывался сам создатель этих двигателей – Рудольф Дизель.

Это позволило бы уйти от топливных магистралей и трубопроводов высокого давления, тем самым повысив впрысковое давление. Но во времена Дизеля еще не существовало таких возможностей, которые есть сегодня.

Насос-форсунка дизельного двигателя – это насос для подачи горючего и форсунка, которая объединена в одном узле. Как и в ТНВД с форсунками, впрыск на базе этих элементов может выполнять определенные задачи. Система создает достаточное давление, подает определенную порцию топливной смеси в нужный момент. Для каждой камеры сгорания предназначен отдельный насос. Именно поэтому сейчас можно встретить двигатели, где отсутствуют топливные магистрали высокого давления, что есть на силовых агрегатах с ТНВД.

Эта система впрыска – не новая разработка. Насос-форсунка дизельного двигателя устанавливалась на автомобили в конце 30-х годов. Впервые конструкция была опробована на дизельных двигателях для железнодорожной, морской, а также грузовой техники. Всю эту технику объединяло одно – небольшая скорость. Особенности этих двигателей - в наличии отдельного насоса на каждый цилиндр и в коротких напорных линиях, которые идут к форсунке. Приводом для элементов служат толкатели и буферы.

Серийно стали применять такие системы на грузовиках с 1944 года. На легковых авто – с 1988 года. В 1938 году компанией «Детройт-Дизель», которая принадлежала тогда концерну «Дженерал Моторс», был создан первый такой агрегат, в котором и применялась система питания дизельного двигателя с насос-форсунками. Несмотря на то, что устройство было разработано в США, конструкции такого типа разрабатывались также и в СССР.

Первые моторы ЯАЗ-204 оснащались такими форсунками уже в 1947 году. Но производились эти узлы по лицензии «Детройт-Дизель». Этот силовой агрегат, а затем и модифицированный шестицилиндровый двигатель производился до 1992 года.

В 1994 году устройство и работа насос-форсунки дизельного двигателя были замечены инженерами «Вольво». Компания выпускает первое грузовое авто FH12 с форсунками такого типа. Затем такими же узлами начнут оснащать свои грузовики «Скания» и «Ивеко».

Среди легковых автомобилей впервые эту систему начали использовать на «Фольксвагенах». Насос-форсунка дизельного двигателя «Фольксваген» появилась в 1998 году. В конце 90-х моторы с такой системой заняли 20 % автомобильного рынка.

Итак, рассмотрим, что представляет собой насос-форсунка дизельных двигателей. Устройство ее чрезвычайно просто. В корпусе узла находится непосредственно форсунка, дозирующий узел, а также силовая часть. Благодаря этому силовому приводу насос-форсунка имеет определенные преимущества перед традиционными системами. Так, значительно сокращается время движения горючей жидкости под высоким давлением. Также увеличивается гидравлическая эффективность и уменьшается масса.

Форсунки последнего поколения оснащены насосами, способными выдавать достаточно высокое давление (до 2 500 бар). Они могут мгновенно реагировать на команды ЭБУ, который собирает и анализирует текущую информацию от внешних датчиков. По этим данным и определяется необходимое количество смеси и время впрыска. Это дает возможность получить оптимальные значения по мощности при заданных рабочих режимах. Кроме этого, узлы помогают экономить дизельное топливо, что позволяет снизить до минимума вредные выбросы в атмосферу и способствуют снижению шума от работающего мотора. Ну и наконец устройство очень компактно и может размещаться в ГБЦ. Туда же можно установить другие детали и узлы.

Форсунка создана таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное смесеобразование. Для этого инженеры предусмотрели фазы – это предварительный, основной и дополнительный впрыск. Предварительный дает плавное сгорание в момент основной фазы, когда обеспечивается качественное образование рабочей смеси в разных режимах работы двигателя. Дополнительный необходим для регенерационных процессов в сажевом фильтре.

Насос-форсунка дизельного двигателя установлена непосредственно в ГБЦ. На распредвале имеется четыре специальных кулачка. Они служат для запуска привода форсунок. При помощи коромысел усилие передается на насос-форсунки посредством плунжеров.

Приводной кулачок имеет специальный профиль, который обеспечивает резкий подъем вверх, а затем медленное опускание коромысла. Когда последнее поднимется, плунжер быстро прижимается вниз. За счет этого создается нужное давление. При медленном опускании коромысла вниз, плунжер идет вверх. Благодаря этому горючее попадает в камеры с высоким давлением без пузырьков воздуха.

Сам процесс впрыска проходит тогда, когда будет подано управляющее напряжение от ЭБУ на электромагнитный клапан.

Разберем подробней принцип работы насос-форсунки дизельного двигателя. Когда под воздействием коромысла плунжер двигается вниз, горючая смесь перетекает по каналам в форсунки. Когда клапан закрывается, поток дизеля отсекается. Давление начинает расти. Когда оно достигнет уровня в 13 мПа, распылительная игла преодолеет усилие пружины. После этого начнется предварительная фаза впрыска.

Как только клапан начнет открываться, предварительная фаза заканчивается, а топливная смесь направляется по питающей магистрали. Давление начинает падать. В зависимости от режима работы двигателя, может выполняться одна либо две предварительных фазы.

Когда плунжер движется вниз, начинается такт основного впрыска. Клапан вновь закрывается, давление горючего снова растет. При достижении уровня в 30 мПа, распылительная игла преодолеет силу давления и поднимается вверх, тем самым запуская процесс впрыска. Чем выше поднимается давление, тем больше горючего будет сжато. Количество дизеля и воздуха, которое сможет попасть в цилиндр, увеличивается.

Максимальная подача (а она осуществляется при работе мотора в режиме пиковой мощности), выполняется при давлении в 220 мПа. Завершает этап основного впрыска открытие клапана. Давление падает, игла закрывается.

Дополнительная фаза впрыска выполняется, когда плунжер далее двигается вниз. Принцип работы устройства на этом этапе такой же, как и основной впрыск. Чаще алгоритм выполняется в два этапа.

Если рассмотреть устройство насос-форсунки дизельного двигателя ТДИ, то она может оснащаться датчиком, следящим за подъемом иглы. Положение иглы нужно блоку управления, где топливные насосы также управляются электроникой.

Тогда как в системе «Коммон рейл» применяется аккумуляторный впрыск, насос-форсунка осуществляет подачу топливной смеси под более высоким давлением за счет отсутствия длинных магистралей.

Они часто могут разрушаться в процессе эксплуатации автомобиля. Это слабое звено в классических системах питания. Насос-форсунка позволяет подать в камеру сгорания больше топлива. При этом распыление будет эффективней. Моторы, оснащенные такими узлами, отличаются большей мощностью.

Кроме этого, двигатели с таким впрыском работают менее шумно, чем их аналоги. Но с «Коммон рейл» или ТНВД насос-форсунка все равно будет компактней.

Но существуют и недостатки. Самый серьезный минус – высокая требовательность к качеству горючего. Достаточно малейшего засора, чтобы система прекратила свою работу. Второй минус – это цена.

Ремонтировать этот точный узел вне заводских условий практически невозможно. Еще одни недостаток – при воздействии большого давления эти узлы частенько разбивают посадочные гнезда в блоке двигателя.

Как видно, эти узлы очень требовательны к качеству дизеля, а оно в нашей стране и в СНГ далекое от высокого. Чтобы не пришлось часто менять этот дорогостоящий элемент, рекомендуется регулярно менять топливные, воздушные и все прочие фильтры, приобретать оригинальные расходные материалы.

Нередко автовладельцы интересуются, как промыть насос-форсунки на дизельном двигателе. Специалисты промывать не рекомендуют – это нехорошо для любой форсунки. Лучше заменить фильтры и заправляться на проверенных заправках.

Промывка на стенде подойдет, если есть некачественное распыление – неустойчивый холостой ход и похожие проблемы. Промывать в УЗ ванне допускается при полном залипании иглы. Если форсунка льет, то здесь уже ничего не поможет. Для промывки можно использовать популярные сейчас средства «ЛАВР» и «ВИНС».

В целом, если форсунка не работает, лучше провести ТО и выполнить замену деталей, которые вышли из строя. Промывка помогает лишь в случае, если узел хоть как-нибудь, но работает.

Итак, мы выяснили, что собой представляет насос-форсунка дизельного двигателя и каково ее устройство. Как видите, это неотъемлемый элемент системы питания дизельных ДВС. Он имеет более технологичную конструкцию, однако очень требователен к качеству топлива.

Материалы: http://fb.ru/article/307793/nasos-forsunka-dizelnogo-dvigatelya-ustroystvo-i-printsip-rabotyi