Устройство и принцип действия системы с насос форсунками

В дизельном двигателе важно не только подать топливо в цилиндр, но и сделать это в нужный момент и в точно рассчитанном количестве. Эту задачу выполняет система с насос-форсунками. В ней каждый цилиндр имеет собственную насос форсунку, которая сама создает нужное давление и распыляет топливо в камере сгорания.

В статье рассмотрим, как устроена эта система, из каких элементов она состоит, что происходит с топливом на каждом этапе его движения и чем она отличается от Common Rail.

Конструкция и принцип работы насос-форсунки

Насос форсунка – один из наиболее точных элементов топливной системы дизельного двигателя. Ее особенность заключается в том, что насос высокого давления и форсунка объединены в одном устройстве. В обычной системе топливо сначала сжимается отдельным топливным насосом, а затем по трубопроводу поступает к форсунке. В насос-форсунке этот путь намного короче: горючее сжимается непосредственно рядом с цилиндром и сразу после этого впрыскивается в камеру сгорания.

Такая конструкция позволяет создавать очень высокое давление впрыска и точно контролировать количество топлива. Чем выше давление, тем мельче распыляется горючее. Основу насос-форсунки составляет плунжерная пара. Она состоит из плунжера и гильзы, изготовленных с очень высокой точностью. Минимальный зазор между ними ограничивает внутренние утечки топлива и позволяет создавать высокое давление во время сжатия. За перемещение плунжера отвечает кулачок распределительного вала. В зависимости от конструкции усилие от кулачка передается через коромысло или специальный рычаг.

Кроме плунжерной пары, в состав насос-форсунки входят:

• корпус;
• распылитель с иглой и её пружиной;
• возвратная пружина плунжера;
• топливные каналы;
• управляющий клапан.

Из топливного бака горючее подаётся к насос-форсункам по контуру низкого давления.

В современных дизельных двигателях используется электронное управление. Принцип работы следующий: электронный блок двигателя получает информацию от различных датчиков и определяет, когда нужно начать впрыск, сколько топлива подать и как долго должен продолжаться процесс впрыска.

Работу насос-форсунки можно разделить на несколько последовательных этапов. В начале цикла плунжер находится в верхнем положении, а рабочая камера заполняется топливом. Оно поступает из топливной магистрали через специальный канал. Пока управляющий клапан открыт, давление в рабочей камере остается относительно небольшим, поэтому впрыска топлива в цилиндр не происходит.

Затем начинается рабочий ход плунжера. Кулачок распределительного вала воздействует на механизм привода, и плунжер перемещается вниз. Объем рабочей камеры уменьшается, поэтому находящееся в ней топливо начинает сжиматься. Но до определенного момента топливо может вытесняться обратно через открытый управляющий канал.

Момент начала впрыска определяется закрытием управляющего клапана. После его закрытия топливо оказывается практически запертым в рабочей камере. Плунжер продолжает движение, давление быстро увеличивается. Когда оно становится выше усилия, удерживающего иглу распылителя в закрытом положении, игла поднимается. Открываются распыливающие отверстия, и топливо под большим давлением поступает в цилиндр.

Распылитель имеет несколько очень маленьких отверстий, форма и расположение которых рассчитаны таким образом, чтобы топливо распределялось по камере сгорания. Вместо одной толстой струи образуется несколько тонких факелов. Топливо распадается на мелкие капли, испаряется и смешивается с нагретым воздухом. После этого начинается процесс самовоспламенения.

Возможность выполнять несколько впрысков за один рабочий цикл зависит от конструкции насос-форсунки и быстродействия управляющего клапана. Наиболее гибко подача разделяется на отдельные фазы в устройствах с пьезоэлектрическим клапаном. Перед открытием иглы давление топлива в рабочей камере возрастает, после чего небольшой предварительный впрыск создаёт начальный очаг горения. Благодаря этому давление газов в цилиндре нарастает плавнее и снижается шум сгорания. Затем происходит основной впрыск, при котором подаётся бо́льшая часть цикловой порции топлива. Дополнительный впрыск, если он предусмотрен конструкцией, может использоваться для управления составом отработавших газов или повышения их температуры при регенерации сажевого фильтра.

В конструкции с электромагнитным клапаном после отключения управляющего тока клапан открывает управляющий канал. В устройстве с пьезоэлектрическим приводом ту же команду выполняет пьезоклапан. Давление в рабочей камере резко снижается, усилие топлива на иглу ослабевает, и пружина прижимает её к седлу. Отверстия распылителя закрываются, и подача топлива прекращается. После прохождения кулачка возвратная пружина поднимает плунжер, рабочая камера снова заполняется топливом, и насос-форсунка готова к следующему циклу.

Особенности эксплуатации насос-форсунок

В первую очередь нужно следить за качеством дизельного топлива. В насос-форсунке плунжер и гильза имеют очень маленький зазор. Если в топливо попадают грязь или вода, рабочие поверхности постепенно изнашиваются. Из-за этого насос-форсунка хуже создает давление и неправильно подает топливо в цилиндр. Мотор при этом может начать работать неровно, хуже запускаться и расходовать больше горючего.

Большую роль играет топливный фильтр. Он задерживает грязь и, в зависимости от конструкции, отделяет воду от топлива. Фильтр нужно менять вовремя. При его замене и других работах с топливной системой важно соблюдать чистоту, чтобы пыль и мусор не попали внутрь.

Необходимо следить и за моторным маслом. Насос-форсунка приводится от распределительного вала, поэтому ее механизм испытывает большие нагрузки. Если масла недостаточно или оно сильно загрязнено, детали привода изнашиваются быстрее. Для двигателя нужно использовать масло, которое подходит именно для этого типа мотора, и менять его в установленный срок.

На поломку элемента могут указывать:

• затруднённый запуск;
• неровная работа двигателя;
• потеря мощности;
• повышенный расход топлива;
• дым из выхлопной трубы.

Иногда появляется необычный шум или мотор начинает работать жёстче. Электронный блок управления может зарегистрировать пропуски воспламенения, неисправность электрической цепи или отклонения коррекции подачи по цилиндрам. Точную причину устанавливают после проверки кодов, проводки, разъёмов, коррекций и стендового испытания элемента.

Не стоит сразу после запуска холодного двигателя давать ему большую нагрузку. Пока моторное масло не прогрелось, его вязкость остаётся повышенной, поэтому возрастают сопротивление прокачиванию и механические потери. После стабилизации оборотов можно начинать движение без резких ускорений, поддерживая невысокие обороты и небольшую нагрузку до прогрева двигателя. Длительная работа на холостом ходу для этого не требуется, если производитель не предписывает иное.

Резюмируем

Итак, насос-форсунка выполняет сразу несколько задач:

• принимает топливо из магистрали низкого давления;
• сжимает его плунжером до высокого давления;
• по команде ЭБУ начинает и завершает подачу во время рабочего хода плунжера;
• дозирует рассчитанную ЭБУ порцию топлива и распыляет её в цилиндре.

Ее принцип действия представляет собой короткий, но очень точно рассчитанный процесс, который повторяется для каждого цилиндра двигателя. Именно сочетание высокого давления, точного управления и качественного распыления позволяет дизельному двигателю эффективно использовать топливо и развивать нужную мощность.