Электромагнитные топливные форсунки

Назначение

Электромагнитные топливные форсунки (с электромагнитными управляемыми кла­панами) впрыскивают топливо во впуск­ной коллектор под давлением, создавае­мым в топливной системе. Такие форсунки обеспечивают очень точное дозирование количества топлива, требуемого двигате­лем. Пусковой сигнал рассчитывается сис­темой управления и подаётся на форсунки задающими каскадами электронного блока управления двигателя.

Устройство и принцип действия

Электромагнитные форсунки (рис. 2) со­стоят из следующих основных компонен­тов:

• Корпус форсунки 9 с электрическими разъёмами 8 и гидравлическими соеди­нениями 1;

• Катушка возбуждения электромагнита 4;

• Игла форсунки 6 с якорем и сферичес­ким запорным клапаном;

• Седло клапана 10 с сопловыми отверс­тиями на пластине 7;

• Пружина 5.

Для обеспечения бесперебойной работы форсунки её детали, которые контакти­руют с топливом, изготовлены из нержаве­ющей стали. Форсунка защищается от за­грязнений сетчатым фильтром на впуске топлива.

Соединения

В современных форсунках подача к ним топлива обычно осуществляется в осевом направлении сверху вниз («top feed»). Тру­бопровод подачи топлива закрепляется на форсунке с использованием специальных зажимов, которые обеспечивают надёжное выравнивание и фиксацию. Уплотнительное кольцо 2 на гидравлическом соедине­нии 1 герметично соединяет форсунку с топливным коллектором. Форсунка соединяется с электронным бло­ком управления через электрический разъём.

Работа форсунки

Когда напряжение на электромагнитный клапан не подаётся (клапан обесточен), игла форсунки с шаровым уплотнительным клапаном прижимается к коничес­кому седлу под действием пружины и дав­ления топлива. Система топливоподачи, таким образом, отсоединена от впускного коллектора. Как только на электромагнит­ный клапан подаётся напряжение (ток воз­буждения), в нём возникает магнитное поле, которое втягивает иглу форсунки с якорем. В результате сферический запор­ный клапан поднимается с седла, и начина­ется впрыск топлива. Как только ток воз­буждения выключается, игла форсунки под действием пружины снова опускается, и клапан садится на седло.

Впрыск топлива

Распыливание топлива осуществляется со­пловыми отверстиями в пластине распы­лителя. Сопловые отверстия в пластине выполняются штамповкой, что обеспечи­вает высокий уровень воспроизводимости цикловой полдачи топлива. Пластина с со­пловыми отверстиями невосприимчива к образованию отложений. Форма струи топлива, выходящей из форсунки, зависит от числа и расположения сопловых отверс­тий.

Очень хорошая герметичность форсунки обеспечивается принципом уплотнения коническое седло/шаровой клапан. Форсунка устанавливается в специальное отверстие во впускном коллекторе и гер­метизируется нижним уплотнительным кольцом. Величина подачи топлива в еди­ницу времени определяется следующими факторами:

• Давление в топливной системе;

• Противодавление во впускном коллек­торе;

• Геометрия зоны выхода топлива.

Конструктивные типы

С течением времени форсунки всё больше и больше совершенствовались и адаптиро­вались к постоянно повышающимся требо­ваниям, касающимся технологии, качества, надёжности и снижения массы. В резуль­тате это привело к различным конструк­циям форсунок.

Форсунка типа EV6

Форсунка EV6 - это стандартная форсунка для современных топливных систем (рис. 2 и За). Она отличается небольшими габари­тами и незначительной массой, благодаря чему является предпосылкой создания ком­пактных модулей в системах впрыска топ­лива.

Кроме того, форсунка EV6 прекрасно рабо­тает в условиях сильно нагретого топлива, то есть имеет малую склонность к образо­ванию пузырьков пара топлива. Это облег­чает применение систем без рециркуляции топлива (RLFS), в которых температура топлива в форсунках выше, чем в системах с линией возврата топлива. Благодаря из­носостойким поверхностям количество пива, впрыскиваемого форсункой типа 6, отличается высокой степенью воспро­изводимости в течение длительного срока самой форсунки, благодаря очень хорошей герметичности такие форсунки способны выполнить все требования, которые в перспективе будут относиться к обеспечению нулевой испаря­емости топлива.

5 достижения лучшего распыливания топлива был разработан вариант форсунки с пневматическим распылением («air shrouding»).

Тонкое распыливание и, соответственно, хорошее испарение топлива может быть достигнуто и другими способами. В буду­щем кроме пластин с четырьмя сопловыми отверстиями будут использоваться плас­тины с числом сопловых отверстий от де­сяти до двенадцати. Такие многосопловые форсунки будут способны создавать очень тонко распыленное топливо - «топливный туман».

Существует большой ряд форсунок, пред­назначенных для различных областей при­менения. Они отличаются различной дли­ной, величиной расхода топлива и электри­ческими характеристиками. Форсунки типа EV6 удобны также для работы с топливами, содержащими до 85% этанола.

Форсунка типа EV14

Дальнейшая модернизация привела к со­зданию форсунки типа EV14 (рис. ЗЬ), сконструированной на базе форсунки EV6. Эта форсунка отличается ещё большей компактностью, что позволяет интегриро­вать её в топливный коллектор. Форсунка EV14 выпускается в трёх разных вариантах по длине - компактная, стандар­тная, длинная. Это позволяет индивиду­ально адаптировать её к различной геомет­рии впускного коллектора двигателя.

Рис.2

1-Гидравлическое соединение 2-Уплотнительное кольцо 3-Сетчатый фильтр 4-Магнитная катушка возбуждения 5-Пружина 6- Игла форсунки с якорем и шаро­вым клапаном 7-Пластина с сопловыми отверстиями 8-Электрический разъём 9-Корпус форсунки 10-Седло клапана

Рис.3

а – Стандартная EV6 b – Компактная EV14

Образование факела распыливания топлива

Образование факела распыливания топ­лива форсункой, то есть форма факела рас­пыливания, угол его раскрытия и размер капель в спектре распыливания оказывает значительное влияние на формирование топливовоздушной смеси. Для того чтобы соответствовать индивидуальным конс­трукциям впускных коллекторов и различ­ной геометрии головки блока цилиндров, требуются различные варианты исполне­ния факелов распыливания топлива. На рис. 4 показаны наиболее распространён­ные формы факелов распыливания.

Узкая («карандашная») струя Тонкая, концентрированная, с высоким импульсом струя топлива образуется при истечении из одного соплового отверстия в пластине распылителя форсунки. Такая форма струи практически исключает сма­чивание стенок впускного коллектора. Та­кие форсунки наиболее удобны для ис­пользованияв узких впускных коллекторах и там, где требуется длинный путь топлива от точки впрыска до впускного клапана.

Рис.4

а -Узкая струя b - Коническая струя

с - Двойная струя d - Смещённая струя

Такие форсунки имеют ограниченное приме­нение из-за низкого уровня распыливания.

Коническая струя

В этом случае из пластины распылителя выходит определённое число отдельных струй, комбинация которых образует ко­ническую струю.

Хотя форсунки с конической формой струи обычно используются при одном впускном клапане на цилиндр, но они подходят также и для

Двойная струя цилиндров с двумя впускными кла­панами.

Форсунки с образованием двойных струй часто используются в двигателях с двумя впускными клапанами на цилиндр, а дви­гатели с тремя клапанами на цилиндр обя­зательно должны оснащаться форсунками с двумя факелами распыливания топлива. Сопловые отверстия в пластине располо­жены таким образом, что из форсунки вы­ходят две топливные струи, которые на­правлены на соответствующие впускные клапаны или на разделительную поверх­ность между ними. Каждая из этих струй может быть составлена из нескольких ин­дивидуальных струй.

Смещённая струя

В такой форсунке струя топлива (одиноч­ная или двойная) впрыскивается под углом к продольной оси форсунки (угол у). Фор­сунки с такой формой факела распылива­ния топлива применяются в случаях за­труднённой установки.

Виды впрыска топлива

Вместе с продолжительностью впрыска топлива другим важным параметром для оптимизации расхода топлива и состава отработавших газов является момент впрыска по углу поворота коленчатого вала. Возможные изменения зависят здесь от используемого вида впрыска топлива (рис. 5).

В современных системах впрыска топлива обеспечивается или последовательный впрыск, или индивидуальный впрыск для каждого цилиндра (SEFI и CIFI, соот­ветственно).