Конструкция топливной форсунки

В соответствии с тем, имеет ли двигатель разделенную камеру сгорания (двигатель с предкамерой или с вихревой камерой) или неразделенную камеру сгорания (двигатели с непосредственным впрыском (DI)), каждая конструкция требует своей специальной форсунки.

Форсунка с дросселирующей иглой используется на двигателях с разделенной камерой сгорания. Эта форсунка впрыскивает струю топлива и форсунка обычно открывается внутрь. С другой стороны форсунки (распылители) с отверстием используются для двигателей с непосредственным впрыском (DI) с неразделенной камерой сгорания.

Формы распылителей форсунок

Рис. Формы распылителей форсунок:
1. распылитель с дросселирующей иглой; 2. Распылитель с дросселирующей иглой и иглой с плоским сечением; 2а — вид сбоку; 2б — вид спереди; 3. Распылитель с отверстиями и коническим глухим отверстием; 4. Распылитель с отверстиями и цилиндрическим глухим отверстием; 5. Распылитель с отверстиями.

Форсунки с дросселирующей (вибрирующей) иглой

Форсунки с дросселирующей (вибрирующей) иглой

Рис. Форсунки с дросселирующей (вибрирующей) иглой:
1. Нажимной палец; 2. Корпус распылителя; 3. Игла распылителя; 4. Входной канал; 5. Камера высокого давления; 6. Отверстие распылителя; 7. Игла.

Стандартная форсунка в сборе с держателем для двигателей с предкамерой и вихревой камерой состоит из форсунки (тип DN…SD) вместе с держателем (тип КСА с резьбой). Обычная версия этого держателя имеет резьбу размером М24х2 и размер под ключ 27 мм. Обычно используются форсунки DN О SD, которые имеют диаметр иглы распылителя 6 мм и угол струи 0° ( прямая струя). Намного реже используются распылители с определенным углом распыления (например, 12° для форсунки DN 12 SD). Для ограниченного пространства головки цилиндров используются более компактные держатели форсунок (например, КСЕ).

Одной из характерных особенностей форсунки с дросселирующей иглой является управление ее поперечным сечением, другими словами, количеством протекающего через нее топлива в зависимости от подъема иглы. Тогда как в случае форсунки с дырчатым распылителем (т.е. форсунки с отверстиями) поперечное сечение резко возрастает, как только игла открывается, форсунка с дросселирующей иглой характеризуется очень пологой характеристикой поперечного сечения в области малых ходов иглы. В этой области дросселирующая игла с выступом в форме стержня остается внутри отверстия распылителя и только малая поверхность кольцевой формы между отверстием распылителя и иглой играет роль поперечного сечения для потока топлива. При больших ходах иглы она поднимается из отверстия распылителя полностью и поперечное сечение резко возрастает.

В определенной степени это изменение поперечного сечения в зависимости от хода иглы, управляет кривой скорости сброса, другими словами, количеством впрыскиваемого топлива в единицу времени. В начале впрыска лишь небольшое количество топлива может выйти из форсунки, тогда как большое количество выходит в конце процесса впрыска. Прежде всего такая характеристика имеет положительный эффект на шум двигателя от процесса сгорания.

Следует отметить, что если величины поперечного сечения слишком малы и подъем иглы недостаточен, то ТНВД передвигает иглу в направлении открытия более быстро, чем могло бы быть и игла выходит из отверстия распылителя раньше, т.е. прекращение дросселирующего действия произойдет быстрее. Количество впрыскиваемого за единицу времени топлива в результате быстро возрастает и шум от сгорания также усиливается. Чрезмерно малые поперечные сечения в конце впрыска имеют похожее отрицательное воздействие из-за того, что когда игла закрывается снова, то выход топлива затруднен через ограниченное поперечное сечение с одновременной задержкой конца впрыска. Очень важно, следовательно, подбирать характеристику поперечного сечения к кривой скорости спада и конкретному процессу сгорания.

Для отверстий распылителя должны применяться соответствующие технологические процессы, чтобы удовлетворить малым допускам по размерам.

При работе дроссельное отверстие закоксовывается довольно жестко и очень неравномерно. Степень коксования определяется качеством топлива и режимом работы двигателя. Лишь около 30% оригинального сечения для потока топлива остается свободным от коксования.

Так называемая форсунка (распылитель) с плоской иглой является специальной версией форсунки с дросселирующей иглой. Кольцевой зазор между отверстием распылителя и его дросселирующей иглой практически нулевой и кроме того, что коксование в этом случае меньше, чем у форсунок с дросселирующей иглой, коксование распределителя более равномерно. Игла такого распылителя снабжена плоской поверхностью, которая открывает сечение для потока топлива, когда игла поднимается. Затем образуется канал, общая поверхность которого относительно сечения для потока топлива будет меньше, причем эффект самоочистки будет больше. Плоская поверхность иглы часто параллельна оси иглы. Если угол наклона поверхности увеличивается, то плоская часть кривой поперечного сечения поднимается быстрее и это приводит к более плавному переходу к полностью открытому состоянию. Это имеет положительное влияние на шумы автомобиля в области частичной нагрузки и на его приемистость. Так как температура на форсунках превышает 220°С и это приводит к явно выраженному коксованию, то нужны защитные пластинки и колпачки, которые рассеивают тепло камеры сгорания от форсунок и в головку цилиндров.

Распылители с отверстиями

Распылители с отверстиями

Рис. Распылители с отверстиями:
1. Нажимной палец; 2. Корпус распылителя; 3. Игла распылителя; 4. Входной канал; 5. Камера высокого давления; 6. Распылительное отверстие; 7. Глухое отверстие; 8. Угол конуса отверстий распылителя.

В настоящее время имеется много различных вариантов конструкций форсунок с распылителями, имеющих отверстия. В отличие от распылителей с дросселирующей иглой, распылители с отверстиями должны устанавливаться в определенное положение. Распылительные отверстия находятся под разными углами в корпусе распределителя и должны быть правильно размещены по отношению к камере сгорания. Распылитель и держатель (корпус) форсунки в сборе закреплены в головке блока цилиндров с помощью полых винтов или зажимов. Для удержания форсунки в правильном положении используется специальное крепление.

Распылители с отверстиями имеют диаметр иглы 4 мм (размер Р) и от 5 до 6 мм (размер S). Распылитель с отверстиями с гнездом используется на версии с размером Р. Нажимные пружины форсунки должны подбираться к диаметрам иглы и к высоким давлениям открывания, которые обычно превышают 150 бар. Функция уплотнения форсунки очень важна в конце процесса впрыска, так как есть риск того, что газы — продукты сгорания прорвутся обратно в форсунку и в процессе долгой работы разрушают ее и приведут к нестабильности ее работы. Точный подбор нажимной пружины и диаметра иглы обеспечивают эффективное уплотнение. В определенных случаях может быть необходимо принимать во внимание колебания нажимной пружины.

Существует три конструкции по размещению распылительных отверстий в конусе распылителя. Эти конструкции также отличаются друг от друга по количеству топлива, которое остается внутри форсунки, и которое может испариться в камеру сгорания, когда впрыск закончен. Версии с цилиндрическим глухим отверстием, коническим глухим отверстием и отверстием с гнездом имеют уменьшающееся в порядке перечисления количество топлива. Более того, чем меньше топлива, которое может испариться из распылителя, тем ниже выбросы углеводородов из двигателя. Уровни этих выбросов также соответствуют перечисленному выше порядку.

Механическая чистота конуса распылителя является ограничительным фактором длины распылительного отверстия. В настоящее время длина распылительного отверстия составляет 0,6 — 0,8 мм, в случае цилиндрического и конического глухих отверстий минимальная длина отверстия составляет 1 мм, причем следует использовать специальные технологии для изготовления такого отверстия.

Развитие технологии идет в направлении укорачивания длины отверстия, потому что, как правило, чем короче отверстие, тем лучше характеристики дымления двигателя. В случае распылителей с отверстиями, когда отверстие просверливается, это приводит к изменениям потока в пределах ±3,5%. Если производится скручивание (специальная обработка), то допуски сокращаются до ±2%. Благодаря термической стабильности материалов, используемых в распылителе с отверстиями, верхний предел температуры находится около 270°С. Особенно сложные применения могут потребовать использования термозащитных втулок и охлаждаемых форсунок для двигателей большого объема.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.