Топливные форсунки — это компоненты системы впрыска силового агрегата автомобиля. Они подают в камеру сгорания топливно-воздушную смесь в нужное время и в определенном объеме. Это обеспечивает правильную работу мотора и минимизирует образование вредных продуктов сгорания, которые загрязняют атмосферу.
Устройства пришли на смену морально устаревшим карбюраторам и сейчас устанавливаются во все автомобильные ДВС. Разберем подробнее, что из себя представляет эта деталь, узнаем принцип работы форсунки, признаки неисправностей и способы устранения неполадок.
Для нормальной работы силового агрегата машины необходимо обеспечить несколько условий. Главный фактор — способ распыления топливо-воздушной смеси в цилиндре. Бензин или солярка должны поступать в виде мелкодисперсной взвеси, которая быстро воспламеняется и толкает поршень. При проектировании ДВС инженеры решают несколько задач:
- смешать топливо с воздухом в нужных пропорциях;
- подать его в цилиндр в виде мельчайшей взвеси, которая заполнит весь объем;
- впрыснуть ТВС так, чтобы поршень в это время находился в нужном положении в цилиндре.
Для этой цели в автомобилях устанавливают систему впрыска, основными элементами которой являются форсунки ДВС. Они нужны для смешивания топлива и воздуха с последующим разбрызгиванием в форме «факела» определенной конфигурации в строго установленное время. От этого напрямую зависит стабильность работы мотора и содержание вредных компонентов в выхлопных газах.
В новых моделях двигателей внутреннего сгорания форсунки обеспечивают послойную подачу дизеля или бензина, что делает силовые агрегаты экономичными и экологичными без потери мощности.
Эти устройства в системах впрыска заменили собой классические карбюраторы. Сначала инженеры использовали одну форсунку. Она располагалась в коллекторе и впрыскивала только топливо. Смешивание с воздухом происходило перед поступлением в цилиндр через клапан.
В следующих поколениях моновпрыск заменили на распределенный. В этом случае форсунки устанавливаются для каждого цилиндра отдельно. Именная такая схема в усовершенствованном виде используется сейчас. Морально устаревшие машины с карбюраторами и моновпрыском сейчас не выпускаются, хотя продолжают использоваться на дорогах.
Бензиновые или дизельные форсунки требуют подачи топлива. Для нагнетания нужного давления применяется ТНВД или подкачивающий насос. Есть также устройства для впрыска, в которых уже встроен небольшой насос.
Кроме того, эти детали отличаются местом расположения сопел:
- Во впускном коллекторе;
- В форкамере (в дизелях);
- В цилиндре (автомобили с прямым впрыском).
Наиболее современной считается система впрыска ТВС Common Rail. У нее насос высокого давления нагнетает дизельное топливо в топливную рампу. Находящаяся там солярка впрыскивается форсунками в нужное время по команде от электронного блока. Положение распорядительного вала влияния на момент срабатывания не оказывает.
Внедрение Common Rail позволило избавиться от пульсации во время работы насоса. В новых транспортных средствах смесь подается равномерно и реализован ступенчатый впрыск, состоящий из трех разных фаз.
Впрыск топлива в камеру сгорания производится в любом типе мотора. Форсунки равномерно впрыскивают ТВС в виде облака, чтобы обеспечить ее воспламенение. Схема работы этих деталей схожа, отличаются только внутреннее устройство и характеристики.
Назначение форсунки в дизельном двигателе:
- дозирование ТВС;
- разбрызгивание в виде факела для повышения эффективности сгорания;
- экономия топлива;
- уменьшение количества вредных выбросов.
Принцип работы форсунки дизельного двигателя напоминает функционирование насоса и клапана одновременно. В нее попадает топливная смесь, которая затем впрыскивается в камеру сгорания.
Алгоритм работы:
- Насос для подачи топлива закачивает бензин или дизель и создает в системе избыточное давление.
- Контроллер, управляющий работой мотора, определяет момент, в который нужно подать ТВС в цилиндр и объем смеси.
- По команде от ЭБУ срабатывает клапан и форсунка впрыскивает топливо для последующего воспламенения.
В действительности форсунки работают сложнее, обеспечивая послойную подачу смеси.
В зависимости от типа силового агрегата схема форсунки может отличаться. Также меняется место ее установки. В моносистемах она заменяла карбюратор и находилась возле дроссельной заслонки. В моторах с распределенным впрыском эта деталь расположена на впускном коллекторе. В ДВС с прямым впрыском она вставлена в головку блока для каждого из цилиндров.
Из чего состоит форсунка:
- корпус устройства;
- фильтр для очистки топлива;
- игла или запорный клапан;
- одно или несколько сопел для распыления.
Устройство форсунки может отличаться в зависимости от ее типа.
Системы впрыска в дизельных и бензиновых агрегатах отличаются. Это связано с разными принципами функционирования моторов. Например, для воспламенения солярки в цилиндре нужно создать намного большее давление.
Разберем основные виды устройств:
Механические
Эти модели морально устарели и сейчас встречаются в дизельных машинах, выпущенных десятки лет назад. Механическая форсунка срабатывает в зависимости от давления топлива в системе. Для его создания используются насосы. В момент подачи смеси жидкость воздействует на иглу и поднимает ее, после чего через открывшееся сопло происходит впрыск.
После подачи солярки в цилиндр давление падает, пружина возвращает иглу в прежнее положение, сопло закрывается до следующего цикла.
Электромагнитные
Производители устанавливают их в бензиновые и дизельные моторы. Деталь состоит из корпуса, в котором установлен запорный клапан и сопло. Как работает дизельная форсунка с электромагнитом? Клапан в ней открывается под действием электрического импульса, который создает электронный блок управления мотором.
При подаче напряжения на обмотку возникает электромагнитное поле, которое поднимает иглу и открывает сопло. Топливо-воздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания и воспламеняется. Обратное движение после отключения подачи тока производится за счет пружины. Момент открывания определяет электроника в зависимости от режимов работы силового агрегата.
Электрогидравлические
Разберем, как работает форсунка этого типа. В основу функционирования положена разница давлений жидкости. Топливо в них подается в нижнюю и верхнюю камеру. Первоначально давление смесей одинаковое, а пружина удерживает иглу, которая закрывает сопло.
При подаче импульса открывается электромагнитный клапан, из-за чего объем жидкости в верхней камере в верхней камере уменьшается. Топливо вытекает обратно. В это время топливо под давлением в нижней камере поднимает иглу, вследствие чего происходит впрыск.
Пьезоэлектрические
Конструктивно эти модели похожи на электрогидравлические. Но для работы привода используется пьезоэлектрический элемент. Он представляет собой несколько пластин из керамики (кристаллов), соединенных друг с другом. При подаче электрического импульса они увеличиваются в размерах, вследствие чего срабатывает запорный клапан. Давление в верхней камере падает, сопло открывания и топливо попадает в цилиндр.
Благодаря такому принципу действия форсунки, игла двигается очень точно. Быстродействие в сравнении с электромагнитными моделями увеличивается в 4 раза.
Форсунки с насосами
Эти детали системы впрыска объединяют в себе клапан с соплами и насос, который создает нужное давление. Такое устройство дизельной форсунки позволяет отказаться от ТНВД. Они устанавливаются в каждый из цилиндров и впрыскивают топливо в камеру сгорания.
Для нагнетания давления используется плунжерный насос, работающий за счет вращения распределительного вала. Клапаны открываются с помощью электромагнита или пьезоэлектрического элемента. Работой всей системы управляет контроллер, который отдает команды на основе данных с датчиков.
Полноценно использовать газ в качестве топлива для моторов внутреннего сгорания стало возможным после появления распределенного впрыска. По этой схеме сделано ГБО четвертого поколения. С помощью форсунок инженеры смогли смешать в правильных пропорциях газообразное топливо и воздух. Так они обеспечили полное сгорание смеси в цилиндрах.
Благодаря системе впрыска удалось избавиться от основной проблемы автомобилей на газу — прогорания клапанов и перерасхода топлива из-за досрочного воспламенения смеси.
Особенность работы газобаллонного оборудования последнего поколения в том, что топливо сначала подается в редуктор, где происходит его переход из жидкой в газообразную фазу. После этого оно попадает форсунку, через которую происходит впрыск.
В автомобилях, работающих на газе, используются форсунки нескольких типов:
- Штоковые. Морально устаревший вариант с электромагнитом. Их минусы — низкая скорость и точность срабатывания. Из-за этого их нельзя применять в системах с трехфазным впрыском. Однако они могут работать с загрязненным газом, не портятся от колебаний давления.
- Игольчатые. Они имеют надежную конструкцию и точнее впрыскивают смесь в камеру сгорания. Газ подается внутрь через соленоид со штоком и запорной иглой. В процессе срабатывания происходит продувка внутренней камеры. Это увеличивает срок ее службы и время между очередными регламентными обслуживаниями.
Производители выпускали также устройства с запорными механизмами тарельчатого и мембранного типа, но они не получили широкого распространения из-за низкой скорости работы и маленького времени эксплуатации.
В системах подачи газа пятого поколения инженеры отказались от редуктора. Газ поступает в форсунку жидким и впрыскивается по фазам. Благодаря этому эффективность работы мотора увеличивается, а расход топлива снижается.
Если на автомобиле установлено газовое оборудование, не стоит использовать классические бензиновые форсунки. Они не могут работать в нужных режимах, быстро выходят из строя и не обеспечивают нужных режимов работы мотора.
Для очистки топлива и воздуха от посторонних включений в автомобиле предусмотрены фильтры. Отдельный очищающий элемент встроен в корпус форсунки. Он задерживает мельчайшие загрязнения и предотвращает поломку запорной иглы с соплом.
Производители устанавливают пористые фильтры, которые во время техобслуживания можно промывать или заменять. В автомобилях с ГБО очистка происходит за счет действия центробежных сил. Посторонние включения удаляются благодаря спиральному движению газа в корпусе.
На очередном ТО необходимо убедиться в чистоте фильтра и, при необходимости, очистить его от загрязнений.
Главным критерием оценки работы форсунки является форма факела при распыле топлива. Струя топливо-воздушной смеси из сопла формируется в виде конуса определенных размеров и конфигурации. Если он правильный, смешивание происходит в нужных пропорциях, взвесь не оседает на стенках цилиндра и не попадает в него струей.
Форма факела зависит от места установки форсунки — в коллекторе или камере сгорания. Количество подаваемой ТВС, размер капли и форма облака определяются при разработке двигателя. Если эти параметры не будут соответствовать штатным, мотор будет работать неправильно. ДВС теряет мощность, а срок его эксплуатации уменьшится.
Также важным параметром является объем, который форсунка может наполнить за минуту при подаче жидкости под давлением 3 Бар. В автомобильной промышленности используются устройства производительностью от 180 до 240 см3 в мин. В технической документации эти значения могут указываться в фунтах в час, так как эта единица измерения принята в США.
Во время работы форсунок дизельного двигателя возникают поломки, которые не позволяют эксплуатировать автомобиль в штатном режиме. Они могут быть вызваны некачественным топливом, износом механических и электрических компонентов, засорением фильтров и сопел. Проблема может быть связана с потерей герметичности уплотнителей.
Порядок устранения неисправностей зависит от вида неисправности. Некоторые дефекты можно устранить промывкой и чисткой. В более сложных случаях придется менять деталь на новую.
Симптомы неправильной работы системы впрыска автомобиля:
- проблемы с запуском мотора;
- большой расход солярки или бензина;
- потеря двигателем мощности и ухудшение динамики разгона;
- нестабильная работа на холостом ходу;
- выход из строя катализатора или сажевого фильтра.
Форсунка может не работать по следующим причинам:
- топливо не проходит к соплам из-за засоренного фильтра;
- игольчатый клапан неплотно закрывает отверстие из-за попадания в него посторонних частиц и грязи;
- топливо не впрыскивается в камеру сгорания через забитое сопло;
- произошло короткое замыкание в катушке, что не позволяет отдать команду форсунке на срабатывание;
- оборвался кабель к блоку управления двигателем.
Наиболее частая проблема — забивание форсунок из-за топлива низкого качества и накопления нагара на внутренних поверхностях. Избавиться от проблемы можно путем промывки. Она проводится самостоятельно или в сервисных центрах по обслуживанию авто.
Топливо для двигателей внутреннего сгорания содержит присадки, которые смывают налет и не дают ему накапливаться на поверхностях мотора. Но процесс воспламенения сопровождается выделением продуктов горения, которые постепенно откладываются на форсунке. Из-за микроскопических размеров сопла оно может быстро забиться и в цилиндр не попадает нужное количество ТВС.
Проблема проявляется в виде пропусков зажигания и «дрожании» стрелки тахометра, сбоях двигателя при работе на холостом ходу.
В случае обнаружения перечисленных симптомов нужно промыть форсунку. Сделать это можно несколькими способами:
- С помощью очищающих составов, которые добавляются в топливо;
- В ультразвуковой ванне, для этого детали демонтируются с двигателя;
- На специальном стенде, который подает промывочный состав в топливную систему. Демонтировать форсунки не нужно.
Самостоятельная промывка без необходимых знаний и навыков может привести к еще большим проблемам. Специалисты по обслуживанию авто рекомендуют пользоваться для этого услугами мастеров из сервисных центров.
Также не нужно добавлять моющие жидкости для профилактики. Агрессивные вещества в таких составах могут вывести из строя электромагниты форсунок и другие компоненты систем впрыска.
В процессе эксплуатации двигателя владелец авто может столкнуться с протечками топлива из сопла. В этом случае мастера говорят, что форсунки «льют». Подтекание топливо-воздушной смеси происходит из-за нарушения герметичности уплотнителей. Проблема может быть вызвана и неправильной работой топливного насоса.
Признаки подтекания:
- запах топлива под капотом и в салоне;
- проблемы с запуском мотора;
- жидкое масло из-за попадания в него бензина.
Например, если уплотняющее кольцо форсунки начинает течь, часть топлива проникает в цилиндр не в тот момент, когда происходит воспламенение. Далее оно просачивается через кольца поршня и попадает в картер, где находится масло.
Изменение вязкости смазывающего состава приводит к тому, что стенки цилиндра могут прогореть, подшипники выйти из строя и полностью разрушится. Заклинивший ДВС придется долго и дорого ремонтировать.
Ремонт форсунок требует специальных инструментов и приспособлений. Особенно сложно снимать детали, установленные в головке блока цилиндров. Самостоятельно устранять неисправности крайне сложно и опасно, поэтому лучше обращаться за помощью в сервисный центр.
Посторонние звуки при срабатывании механизма впрыска возникают из-за попадания в камеру сгорания слишком большого количества ТВС. Проблема также может быть связана с физическим износом деталей или плохой регулировкой двигателя.
Обнаружить неисправность можно без специальной диагностики. Для этого необходимо прислушаться к работе мотора. Будет отчетливо слышен стрекот или цоканье, которое создают подвижные элементы систем впрыска. Если он звучит слишком громко, необходимо обратиться к специалистам для ремонта.
Время эксплуатации зависит от производителя и модели. В большинстве случаев форсунки подлежат замене через 100 тыс. км пробега. Реальные сроки зависят от качества топлива и условий использования. Для предотвращения поломок и уменьшения износа достаточно заправляться дизелем или бензином на надежных АЗС и своевременно заезжать в сервисные центры для регламентного обслуживания автомобиля.
Форсунки играют одну из главных ролей в работе двигателя внутреннего сгорания. Их неисправность приводит к перерасходу топлива и износу мотора вплоть до полного заклинивания силового агрегата.
Очистить форсунки можно самостоятельно, но делать это крайне не рекомендуется из-за риска повреждения других узлов и агрегатов. Если вы обнаружили признаки неисправности системы впрыска, приезжайте в наш сервисный центр для диагностики и ремонта.
