Насос-форсунка дизельного двигуна: пристрій і принцип роботи

Вимоги, які пред'являються до сучасних дизельним моторам щодо потужності, економічності та екологічності, стають все вище. Щоб ці вимоги задовольнити, слід забезпечити гарне сумішоутворення. Для цього мотори оснащуються сучасними та ефективними системами уприскування палива. Вони здатні не тільки забезпечити дрібний розпил за рахунок більш високого тиску, але також з високою точністю регулюють момент уприскування і кількість подаваного в циліндри пального. Така система існує і повністю задовольняє всім тим високим вимогам. Це насос-форсунка дизельного двигуна. Являє собою окремий елемент вприскування для кожного циліндра в двигуні. Деталь управляється електронним блоком.

Ідеї Дизеля

Про створення сайту, в якому б об'єднувалася форсунки і паливний насос, замислювався сам творець цих двигунів – Рудольф Дизель. Це дозволило б піти від паливних магістралей і трубопроводів високого тиску, тим самим підвищивши вприсковое тиск. Але в часи Дизеля ще не існувало таких можливостей, які є сьогодні.

Опис системи

Насос-форсунка дизельного двигуна – це насос для подачі пального і форсунка, яка об'єднана в одному вузлі. Як і в ПНВТ з форсунками, упорскування на базі цих елементів може виконувати певні завдання. Система створює достатній тиск, подає певну порцію паливної суміші в потрібний момент. Для кожної камери згоряння призначений окремий насос. Саме тому зараз можна зустріти двигуни, де відсутні паливні магістралі високого тиску, що є на силових агрегатах з ТНВД.

Історичні факти

Ця система уприскування – не нова розробка. Насос-форсунка дизельного двигуна встановлювався на автомобілі в кінці 30-х років. Вперше конструкція була випробувана на дизельних двигунах для залізничного, морського, а також вантажної техніки. Всю цю техніку об'єднувало одне – невелика швидкість. Особливості цих двигунів - в наявності окремого насоса на кожен циліндр і в коротких напірних лініях, які йдуть до форсунки. Приводом для елементів служать штовхачі і буфери. Серійно стали застосовувати такі системи на вантажівках з 1944 року. На легкових авто – з 1988 року. У 1938 році компанією «Детройт " - " Дизель», яка належала тоді концерну «Дженерал Моторс», був створений перший такий агрегат, в якому і застосовувалася система живлення дизельного двигуна з насос-форсунками. Незважаючи на те, що пристрій було розроблено у США, конструкції такого типу розроблялися також і в СРСР. Перші мотори ЯАЗ-204 оснащені такими форсунками вже в 1947 році. Але вироблялися ці вузли по ліцензії «Детройт " - " Дизель». Цей силовий агрегат, а потім і модифікований шестициліндровий двигун вироблявся до 1992 року. У 1994 році пристрій і робота насос-форсунки дизельного двигуна були помічені інженерами «Вольво». Компанія випускає перше вантажне авто FH12 з форсунками такого типу. Потім такими ж вузлами почнуть оснащувати свої вантажівки «Сканія» та «Івеко».
Серед легкових автомобілів вперше цю систему почали використовувати на «Фольксвагеном». Насос-форсунка дизельного двигуна «Фольксваген» з'явилася в 1998 році. В кінці 90-х мотори з такою системою зайняли 20 % автомобільного ринку.

Пристрій

Отже, розглянемо, що являє собою насос-форсунка дизельних двигунів. Пристрій її надзвичайно просто. У корпусі вузла знаходиться безпосередньо форсунка, дозуючий вузол, а також силова частина. Завдяки цьому силового приводу насос-форсунка має певні переваги перед традиційними системами. Так, значно скорочується час руху горючої рідини під високим тиском. Також збільшується гідравлічна ефективність і зменшується маса. Форсунки останнього покоління оснащені насосами, здатними видавати досить високий тиск (до 2500 бар). Вони можуть миттєво реагувати на команди ЕБУ, який збирає і аналізує поточну інформацію від зовнішніх датчиків. За цими даними визначається необхідну кількість суміші і час уприскування. Це дає можливість отримати оптимальні значення потужності при заданих робочих режимах. Крім цього, вузли допомагають економити паливо дизельне, що дозволяє знизити до мінімуму шкідливі викиди в атмосферу і сприяють зниженню шуму від працюючого мотора. Ну і нарешті пристрій дуже компактно і може розміщуватися в ГБЦ. Туди ж можна встановити інші деталі і вузли. Форсунка створена таким чином, щоб забезпечувати найбільш ефективне сумішоутворення. Для цього інженери передбачили фази – це попередній, основний і додатковий впорскування. Попередній дає плавне згоряння в момент основної фази, коли забезпечується якісне утворення робочої суміші в різних режимах роботи двигуна. Додатковий необхідний для регенераційних процесів у сажевом фільтрі.

Принцип дії механічної форсунки

Насос-форсунка дизельного двигуна встановлена безпосередньо в ГБЦ. На распредвале є чотири спеціальних кулачка. Вони служать для запуску приводу форсунок. За допомогою коромисел зусилля передається на насос-форсунки допомогою плунжерів.
Приводний кулачок має спеціальний профіль, що забезпечує різкий підйом вгору, а потім повільне опускання коромисла. Коли останнім підніметься, плунжер швидко притискається вниз. За рахунок цього створюється необхідний тиск. При повільному опусканні коромисла вниз, плунжер йде вгору. Завдяки цьому пальне потрапляє до камери з високим тиском без бульбашок повітря. Сам процес вприскування проходить тоді, коли буде подано керуюча напруга від ЕБУ на електромагнітний клапан.

Фази уприскування

Розберемо детальніше принцип роботи насос-форсунки дизельного двигуна. Коли під впливом коромисла плунжер рухається вниз, горюча суміш перетікає по каналах в форсунки. Коли клапан закривається, потік дизеля відсікається. Тиск починає рости. Коли воно досягне рівня в 13 мПа, розпилювальна голка подолає зусилля пружини. Після цього почнеться попередня фаза уприскування. Як тільки клапан почне відкриватися, попередня фаза закінчується, а паливна суміш направляється живильної магістралі. Тиск починає падати. В залежності від режиму роботи двигуна, може виконуватися одна або дві попередні фази. Коли плунжер рухається вниз, починається такт основного уприскування. Клапан знову закривається, тиск пального знову зростає. При досягненні рівня в 30 мПа, розпилювальна голка подолає силу тиску і піднімається вгору, тим самим запускаючи процес вприскування. Чим вище піднімається тиск, тим більше пального буде стисло. Кількість дизеля і повітря, яке зможе потрапити в циліндр, збільшується. Максимальна подача (а вона здійснюється при роботі двигуна в режимі пікової потужності), виконується при тиску в 220 мПа. Завершує етап основного уприскування відкриття клапана. Тиск падає, голка закривається. Додаткова фаза уприскування виконується, коли плунжер далі рухається вниз. Принцип роботи пристрою на цьому етапі такий же, як і основний впорскування. Частіше алгоритм виконується в два етапи. Якщо розглянути пристрій насос-форсунки дизельного двигуна ТДІ, то вона може оснащуватися датчиком, що стежить за підйомом голки. Положення голки потрібно блоку управління, де паливні насоси також управляються електронікою.

Переваги

Тоді як у системі «Коммон рейл» застосовується акумуляторний впорскування, насос-форсунка здійснює подачу паливної суміші під більш високим тиском за рахунок відсутності довгих магістралей. Вони часто можуть руйнуватися в процесі експлуатації автомобіля. Це слабка ланка в класичних системах харчування. Насос-форсунка дозволяє подати в камеру згоряння більше палива. При цьому розпорошення буде ефективніше. Мотори оснащені такими вузлами, відрізняються більшою потужністю. Крім цього, двигуни з таким уприскуванням працюють менш шумно, ніж їх аналоги. Але з «Коммон рейл» або ТНВД насос-форсунка все одно буде компактніше.

Недоліки

Але існують і недоліки. Самий серйозний мінус – висока вимогливість до якості пального. Достатньо найменшого засмічення, щоб система припинила свою роботу. Другий мінус – це ціна. Ремонтувати цей точний вузол поза заводських умов практично неможливо. Ще один недолік – при впливі великого тиску ці вузли частенько розбивають посадочні гнізда в блоці двигуна.

Як обслуговувати насос-форсунки?

Як видно, ці вузли дуже вимогливі до якості дизеля, а воно в нашій країні і в СНД далеке від високого. Щоб не довелося часто міняти цей дорогий елемент, рекомендується регулярно міняти паливні, повітряні і всі інші фільтри, купувати оригінальні витратні матеріали.

Про промивках

Нерідко автовласники цікавляться, як промити насос-форсунки на дизельному двигуні. Фахівці не рекомендують промивати – це недобре для будь форсунки. Краще замінити фільтри і заправлятися на перевірених заправках. Промивка на стенді підійде, якщо є неякісне розпилення – нестійкий холостий хід і схожі проблеми. Промивати в УЗ ванні допускається при повному залипанні голки. Якщо форсунка ллє, то тут вже нічого не допоможе. Для промивання можна використовувати популярні зараз кошти «ЛАВР» і «ВІНС». В цілому, якщо форсунка не працює, краще провести ТО і виконати заміну деталей, що вийшли з ладу. Промивка допомагає лише у разі, якщо вузол хоч як-небудь, але працює.

Висновок

Отже, ми з'ясували, що собою являє насос-форсунка дизельного двигуна і яке її пристрій. Як бачите, це невід'ємний елемент системи живлення дизельних ДВЗ. Він має більш технологічну конструкцію, однак дуже вимогливий до якості палива.