Конструкції форсунок

Форсунка (англ. force — нагнітати) — пристрій з одним або декількома отворами для розпилення рідини, яка надходить в нього під тиском.

Різноманітність конструкторських рішень головок блоку і камер згоряння вимагає застосування різних конструкцій форсунок, які з точки зору регулювання тиску можна розділити на три групи:

• форсунки з регулюванням тиску відкриття за допомогою гвинта (т. зв. форсунки з плавним регулюванням тиску), що застосовуються в старих двигунах;
• форсунки з регулюванням тиску за допомогою шайб;
• форсунки з електронним регулюванням тиску (наприклад, форсунки системи Common Rail).

Форсунки з регулюванням тиску за допомогою шайб

Сучасні форсунки - це найчастіше форсунки з регулюванням тиску за допомогою шайб, де пружина розміщена в нижній частині форсунки, біля розпилювача. Таке рішення істотно зменшує розміри грибка форсунки, який одночасно виконує роль опори пружини, а також зменшує розміри пружини, що знижує масу рухомих частин. Вгорі, пружина стикається з шайбами, які служать для регулювання тиску. Вприскування відбувається тоді, коли тиск палива подолає силу пружини і підніме голку розпилювача.

Для штифтових розпилювачів встановлюється тиск 11-14 МПа (17,5 МПа для двигунів з турбонаддувом), а для дірчастих розпилювачів:- 15-30 МПа.

Проставка

Дуже важливу роль у форсунках з регулюванням тиску за допомогою шайб виконує проставка, що знаходиться між корпусом форсунки і корпусом розпилювача, яка:

• Обмежує хід голки розпилювача;
• Поєднує канал високого тиску в корпусі форсунки з паливним каналом в розпилювачі;
• Закриває камеру пружини.

Поверхні проставки виконані з високою точністю, повинні бути ідеально плоскими, гладкими і паралельними. Товщина проставки в форсунках з розпилювачами становить 5-9 мм, а її менший діаметр дорівнює діаметру фланця розпилювача – 14-17 мм. На рис. 1 показані складові частини форсунок з регулюванням тиску за допомогою шайб: 1 - корпус форсунки; 2 - регулююча шайба, 3 - пружина; 4 - грибок, 5 - проставка; 6 - дірчастий розпилювач; 7 - гайка розпилювача; 8 - ущільнювальна шайба.

Корпус форсунки

Найбільш розповсюджена конструкція форсунки - це конструкція, в якій корпус виготовлений із сталевого точеного прутка. Більшість форсунок виготовляється (згідно ISО 2699-1983 і ISО 3539-1975), у трьох розмірах, з діаметрами корпусів форсунок: 17, 21 і 25 мм.

Форсунки з штифтовими розпилювачами найчастіше мають діаметр корпусу 21 мм, а з дірчастими розпилювачами - 17 або 21 мм. У каналі високого тиску в корпусі форсунки є щілинний фільтр, що затримує забруднення в паливі.

Ч-образна форсунка

Оригінальну конструкцію мають форсунки з діаметром корпусу 9,5 мм, так звані Ч-образні форсунки, вироблені тільки однієї американської фірмою - Stanadyne. Вони комплектуються найчастіше дірчастими розпилювачами. У форсунках "Stanadyne" регулюється хід голки, а за допомогою регулюючого гвинта - тиск розпилювача.

Такі форсунки застосовуються у двигунах Ford з безпосереднім вприскуванням і в двигунах фірми John Deer.

На рисунку зобрачена Ч-образна форсунка «Stanadyne» з коротким дірчастим розпилювачем: (А) розріз форсунки: 1 - тефлоновий ущільнювач, який оберігає від прориву продуктів згоряння та стисненого повітря, 2 - корпус форсунки, 3 - нейлоновий ущільнювач, який оберігає від води і забруднень; 4 - напрямна голка розпилювача; 5 - регулятор тиску; 6 - регулятор ходу голки; 7 - патрубок; 8 - елемент щілинного фільтра (B) хомут, що закріплює форсунку на двигуні: 1 - закріплювач хомута; 2 - проставка; 3 – платівка, для визначення положення форсунки.

Двопружинні форсунки

Для зниження рівня шуму в двигунах з безпосереднім вприскуванням, особливо на холостому ходу, застосовуються двопружинні форсунки, зі "слабкою" пружиною, жорсткість якої визначає, так званий, попередній уприск розпилювача, і "потужною" пружиною, яка визначає повне відкриття розпилювача. Під час впорскування, голка спочатку піднімається на невелику висоту, дає можливість вприснути невелика кількість палива, а коли тиск в розпилювачі збільшиться, голка піднімається на повний хід і відбувається вприскування основної кількості палива.

Тиск "1-го" відкриття розпилювача регулюється і перевіряється як і в форсунках з однією пружиною. Тиск "2-го" відкриття розпилювача - це сума попереднього напруження пружини потужної і слабкою. Слабка пружина підтримується опорною втулкою, яка визначає попередній хід голки розпилювача (так само, як втулка в форсунках з однією пружиною), що становить від 0,03 до 0,06 мм. Разом зі зростанням тиску палива у форсунці, опорна втулка починає підніматися, виконуючи подальший рух голки розпилювача вгору. Дуже важливо витримати відповідність тисків відкриття форсунки, наприклад: 130 і 180 бар, а також величину попереднього ходу. У двопружинних форсунках встановлюються розпилювачі з голкою без верхнього штифта, а опорна площина знаходиться у проставці форсунки.

Двопружинні форсунки можна зустріти на двигунах з вихровими камерами.

На рисунку зображена двопружинна форсунка: а) кострукцій: 1 - корпус форсунки, 2 і 9 - регулюючі шайби; 3 - потужна пружина; 4 - грибок потужної пружини; 5 - шайба напрямна; 6 - слабка пружина; 7 - штовхач форсунки; 8 - грибок слабкою пружини; 10 - проставка; 11 - опорна втулка; 12 - голка розпилювача, 13 - гайка розпилювача; 14 - розпилювач; h1 - попередній хід; h2 - основний хід b) порівняння графіка підйому голки: a - в стандартній форсунці, b - у двопружинній форсунці

Форсунки з датчиком підйому голки розпилювача

З метою точного визначення початку вприскування, що визначає оптимальну роботу двигуна, в системах вприскування з електронним управлінням застосовуються одно- та двопружинні форсунки з датчиком підйому голки.

Це індукційний датчик, що живиться струмом низької напруги, що складається з котушки, в якій розміщений штовхач, що є продовженням грибка форсунки. Рух голки, що передається через грибок форсунки, викликає зміна магнітного потоку і індуктує сигнал, амплітуда якого залежить від швидкості руху голки.

При перевірці датчика осцилографом, його необхідно живити від зовнішнього джерела, так як в іншому випадку амплітуда сигналу буде занадто малою. Справність електричних ланцюгів перевіряється омметром. Опір котушки повинен бути в межах 80-120 Ом.

На рисунку зображена конструкція форсунка з датчиком підйому голки: 1 - датчик положення голки 2 - індукційна котушка 3 - штовхач 4 - кабель 5 - роз'єм (B) графік електричного сигналу з датчика положення голки: 1 - дійсного 2 - обробленого