Форсунки предназначены для введения топлива в камеру сгорания, при этом они должны обеспечивать оптимальные с точки зрения выбранных условий смесеобразования длину топливной струи, мелкость распыливания, равномерность распределения топлива по камере сгорания, высокие давления впрыскивания в начале и конце процесса.

Помимо общих требований к ТА, к форсункам предъявляется ряд специальных требований:

• минимальные размеры для повышения давления впрыскивания и облегчения компоновки на дизеле; минимальная масса движущихся деталей;
• простота, дешевизна, надежность (ресурс распылителей меньше ТНВД и прочих деталей; для автотракторных дизелей – не менее 1,5 тыс. ч);
• минимальное гидравлическое сопротивление запорного клапана, уменьшающее давление впрыскивания;
• высокое давление начала и, особенно, конца впрыскивания;

Трудность обеспечения всех требований обусловила многообразие форсунок, отличающихся по конструкции и принципу действия. типичная нормальная закрытая форсунка с механическим (пружинным) запиранием иглы. Игла запирает топливо по конусу и в сопряжении с распылителем по прецизионной поверхности.

Форсунки - наиболее часто изнашиваемые детали топливной аппаратуры, они наиболее просты в обслуживании и диагностике в условиях автосервиса. Форсунка непосредственно влияет на процесс сгорания топлива в дизельном двигателе, и соответственно, на легкость запуска, мощность, динамику, расход топлива, а также на уровень вредных выбросов и шум.
Обычно, на практике, форсунка ассоциируется с хорошим распылением топлива в камере сгорания двигателя и плотным закрытием после окончания впрыска, именно эти параметры чаще всего контролируются дизель-сервисами. Но правильная оценка состояния форсунки и ее работоспособности, это также и проверка внутренней плотности форсунки, влияющей на величину дозы топлива впрыснутой в камеру сгорания, плотности монтажа форсунки в головке блока цилиндров, обеспечивающей герметичность камеры сгорания. Величину дозы топлива, впрыснутой в камеру сгорания, определяют количество и диаметр распыляющих отверстий распылителя, а также давление и время впрыска. Максимальное давление топлива в распылителе во время впрыска, в зависимости от топливной системы и типа распылителя, составляет 120-300 МПа, а время впрыска около 1- 2 миллисекунды. О протекании впрыска топлива (насыщении поступающего топлива в зависимости от оборотов коленвала) зависит шумность, выбросы сажи, содержание окислов азота и углеводородов в выхлопных газах. Форсунки различаются по конструкции корпуса, по типоразмеру применяемого распылителя и по способу управления открытием распылителя.

ТИПЫ ФОРСУНОК

В зависимости от системы впрыска различают форсунки со штифтовыми распылителями, применяемыми в форкамерных двигателях, и с дырчатыми распылителями, применяемыми в двигателях с непосредственным впрыском топлива. В зависимости от способа управления открытием распылителя, стандартные форсунки различаются: с одной пружиной, форсунки двухпружинные, форсунки с датчиком положения иглы распылителя и форсунки, управляемые электромагнитным клапаном или пьезоэлектрическим элементом.
Кроме того, конструкция корпуса форсунки зависит от способа ее установки в головке блока - с помощью фланца, прижимного хомута, прижимной гайки или непосредственно, вворачивая корпус в отверстие головки блока.

КОНСТРУКЦИЯ ФОРСУНОК

Разнообразность конструкторских решений головок блока и камер сгорания требует применения различных конструкций форсунок, которые с точки зрения регулировки давления открытия можно разделить на три группы:

1. форсунки с регулировкой давления открытия с помощью винта (т.н. форсунки с плавной регулировкой давления), применяемые в старых двигателях;
2. форсунки с регулировкой давления открытия регулировочными шайбами;
3. форсунки с электронной регулировкой давления открытия, например, форсунки системы Common Rail.

Современные форсунки - это чаще всего форсунки с регулировкой давления с помощью шайб - пружина размещена в нижней части форсунки, возле распылителя. Такое решение существенно уменьшает размеры грибка форсунки, который одновременно выполняет роль опоры пружины, а также уменьшает размеры пружины, что уменьшает массу подвижных частей. Вверху, пружина соприкасается с шайбами, которые служат для регулировки давления открытия. Впрыск происходит тогда, когда давление топлива преодолеет силу пружины и поднимет иглу распылителя.

Для штифтовых распылителей устанавливается 11-14 МПа (17,5 МПа для двигателей с турбонаддувом), а для дырчатых распылителей: 15-30 МПа.

Насос-форсунки

Синоним насос-форсунки – топливная система неразделенного типа (подразумевается, не разделена нагнетательным топливопроводом). В едином корпусе размещается ТНВД и форсунка, и этот узел устанавливается в головке цилиндров на месте форсунки. Внешний вид, и компоновка электроуправляемой насос-форсунки R.Bosch легкового автомобиля

Повышение интереса к насос-форсункам в последние годы было обусловлено наиболее полным соответствием двум важнейшим тенденциям совершенствования ТПА при максимальной простоте конструкции: интенсификации впрыскивания и введению электронного управления. Давно известны достоинства насос-форсунок: повышение давления впрыскивания за счет минимизации объемов сжимаемого топлива, отсутс твие подвпрыскивания, уменьшение номенклатуры деталей, резкая отсечка подачи, меньшее закоксовывание и больший ресурс распылителя, меньшие затраты мощности, отсутствие необходимости в нагнетательном клапане, снижение запаздывания впрыскивания относительно нагнетания плунжера, что уменьшает разброс УОВТ по частотам вращения и уменьшает требуемый диапазон его регулирования. Насос-форсунки обеспечивают относительно более пологий передний фронт подачи, что соответствует экологическим требованиям. Более пологий передний фронт и более резкий задний способствуют снижению жесткости сгорания, шумности, выбросов NOx, получению крупных капель в конце впрыскивания, снижению сажеобразования. Сегодня насос-форсунки используются в дизелях с диаметром цилиндра 67...300 мм. В дизелях FOCS Lamborgini они представляют Г - образную конструкцию с перпендикулярными осями насосной секции и распылителя. Электроуправляемыми насос-форсунками снабжены быстроходные дизели Caterpillar, Cummins, Detroit Diesel, Volkswagen, MAN, Scania и др. В последних в 2006 было достигнуто рекордное давление впрыскивания – 250 МПа.

Ограничивали применение насос-форсунок недостатки: усложненные условия компоновки головки, увеличенный диаметр форсуночной части, большее снижение давления впрыскивания на частичных режимах работы, усложненные и менее точные условия регулировки равномерности подачи по цилиндрам, усложнение привода реек и специального привода автоматического регулятора, зачастую отсутствие специально приспособленных для насос-форсунок испытательных топливных стендов.

В связи с использованием электронного управления число достоинств выросло, а недостатков - уменьшилось. Так, плунжерная пара максимально упростилась, исчез механизм поворота плунжера, реечные тяги и индивидуальный автоматический регулятор, отпала необходимость выравнивания подачи по цилиндрам при регулировке, возникла возможность обеспечения двухфазной подачи, регулирования УОВТ, а поэтому, повысились экономичность, надежность пуска, снизилась эмиссия ВВ. Дорогие топливные стенды начали комплектовать специальных оборудованием. Насос-форсунки будут использоваться в и будущем.