Форсунка дизельного двигуна

Форсунки дизельного двигуна

Призначення форсунок і вимоги до них

Форсунка служить для подачі палива в циліндр двигуна, розпилення та розподілу палива по камерах згоряння.

До форсунок пред'являються такі дуже жорсткі вимоги:

• оптимальна дисперсність, т. е. висока ступінь дроблення крапель палива, тому що чим менше краплі, тим більше їх сумарна поверхня, швидше відбувається нагрів і згоряння палива, але при цьому зменшується довжина факела;
• забезпечення такої швидкості струменя палива, щоб воно досягало країв камери згоряння, тому краплі не повинні бути занадто дрібними - середній розмір крапель (з урахуванням вимоги по першому пункту) - 30 ... 50 мкм;
• розподіл палива, що впорскується по всьому об'єму камери згоряння;
• різке початок упорскування й його припинення.

Форсунки бувають відкриті і закриті.
Відкриті форсунки забезпечують постійну подачу палива. В сучасних дизелях такі форсунки не застосовуються.
У дизельних двигунах застосовують закриті форсунки, які відкриваються тільки в момент подачі палива в камеру згоряння.

Закриті форсунки можуть бути двох типів - одно- і многодирчатий. Перші встановлюють на двигунах з вихровими камерами згоряння. другі з нерозділеним камерами згоряння.

Розрізняють, також, механічні форсунки і форсунки, керовані електронікою.
Сучасні системи харчування дизельних двигунів використовують уприскування, керований комп'ютером (електронним блоком управління). На підставі інформації, що надходить від численних датчиків, такі системи враховують багато процесів і поточні параметри роботи двигуна. Форсунки в таких системах управляються спеціальними електромагнітними або п'єзоелектричними пристроями, що відкриває широкі можливості підвищення ефективності роботи двигуна, а також його екологічності.

Історія винаходу форсунки

Як відомо, Рудольф Дизель спочатку планував роботу свого знаменитого дітища на вугільного пилу. Його система харчування містила спеціальний насос, вдувати вугільний пил в циліндр двигуна стисненим повітрям. Однак, вугілля виявився низькокалорійним паливом, нездатним дати високої температури згоряння, і Дизелю довелося звернути свій геніальний погляд до рідких палив. Адже різниця температур в циклі роботи двигуна - прямий шлях до підвищення ККД, як встановив француз Ніколя Саді Карно.

Ідея гідравлічного уприскування палива в дизельних двигунах належить, як стверджує історія, французькому інженеру Сабате, який, до того ж, запропонував багаторазовий уприскування, т. Е. Впорскування, здійснюваний в кілька етапів (ця ідея використовується в сучасних системах харчування - Common Rail і насос -форсунка).

У 1899 році український інженер Аршаулов вперше побудував і впровадив паливний насос високого тиску оригінальної конструкції - з приводом від стискання в циліндрі повітря, який працював з безкомпресорної форсункою. Ці форсунки встановлювалися на дизелях, що випускалися Механічним заводом «Людвіг Нобель» в Харкові на початку минулого століття ( «українські дизелі»).

У 20-і роки XX століття німецький інженер Роберт Бош удосконалив вбудований паливний насос високого тиску, а також створив вдалу модифікацію безкомпресорної форсунки. Ці пристрої з різними удосконаленнями використовуються в системах харчування дизельних двигунів і в наші дні.

Дизельні двигуни, що використовують в системі харчування підвищення тиску палива перед уприскуванням, називають «Безкомпресорні дизелями».
В даний час класичні компресорні дизелі не мають практичного застосування. У сучасних двигунах впорскування здійснюється Безкомпресорні способами.

Однак, наука і техніка не стоять на місці, і, завдяки широкій комп'ютеризації всіх систем автомобіля, в даний час механічні форсунки поступово витісняються більш досконалими пристроями, керованими електронікою.

Принцип дії многодирчатий форсунки

У многодирчатий форсунки основною частиною є розпилювач. Він складається з корпусу 1 (рис. 1, а) і голки 2. Розпилювач притягнутий до корпусу 7 форсунки накидною гайкою 3. Зверху на голку тисне пружина 12 (рис. 1, б). Паливо в порожнину Б форсунки подається по каналу В.
Коли немає подачі палива насосом (рис. 1. I), тиск в порожнині Б становить 2 ... 4 МПа. Паливо тисне на навантажувальний поясок Г голки, але ця сила менше сили пружини, яка притискає голку до розпилювача. Голка запірним конусом Д перекриває вихідні отвори - сопло А.

При подачі палива насосом сила тиску палива на поясок Г стає більше сили пружини, голка піднімається, і через сопло А з великою швидкістю паливо впорскується в камеру згоряння. Після закінчення подачі палива тиск падає, пружина повертає голку на місце, замикаючи вихідні отвори розпилювача, і уприскування припиняється.

Підйом голки обмежений упором її верхніх заплічок в корпус 5 форсунки і становить 0,2 ... 0,25 мм.

Якість дроблення палива залежить від швидкості його руху через сопла, яка, в свою чергу, залежить від тиску уприскування. При нормальному режимі швидкість струменя палива складає 200 ... 400 м / с. Для цього необхідно створити перепад тисків газу пальника і камері згоряння 5 ... 10 МПа. Оскільки тиск в циліндрі в момент упорскування досягає 3 ... 5 МПа. тиск палива в форсунки має бути більше 10 ... 20 МПа.
Щоб забезпечити роботу форсунки при такому тиску, корпус розпилювача і голка виконані дуже точно і прітерти один до одного. Вони є третьою прецизійної парою в магістралі високого тиску. Голка і корпус розпилювача не підлягають розукомплектуванню і підлягають заміні лише в комплекті.

Пристрій многодирчатий форсунки

На двигунах з нерозділеним камерами згоряння встановлюють, як правило, многодирчатий форсунки. Так, на двигунах КамАЗ-740 встановлюється форсунки серії 33, на двигунах ЗИЛ-645 і ЯМЗ-240 - форсунки Б-2СБ, на двигунах ЯМЗ-238 - форсунки моделі 80 (див. Рисунок 2 внизу сторінки).

До корпусу 7 форсунки накидною гайкою 3 притягнутий розпилювач з голкою 2. Розпилювач має чотири соплових отвори діаметром 0,3 мм. На голку через штангу 13 тисне пружина 12. Паливо від насоса подається в порожнину форсунки через штуцер 9. в якому встановлений фільтр 10. Верхній отвір в корпусі служить для відводу в бак палива, що просочився через зазори між голкою і розпилювачем. Штифти 4 і 6 визначають точне положення розпилювача щодо корпусу і паливних каналів. Прокладками 11 регулюють натяг пружини, яке визначає тиск початку уприскування.

Форсунки встановлюють в спеціальні гнізда головки циліндра і закріплюють скобами.
Між корпусом форсунки і головкою блоку розміщується ущільнювальна мідна шайба (кільце), яка одягається на корпус розпилювача і разом з форсункою акуратно вставляється в гніздо головки. Така шайба служить не тільки ущільнювачем між форсункою і головкою, а й забезпечує хороший тепловідвід від розпилювача до голівці циліндрів.
Кільце ущільнювача 8 оберігає порожнину клапанної кришки від попадання в неї пилу і вологи.

Пристрій однодирчатой ​​штифтової форсунки

Однодирчатие форсунки іноді називають штифтовими, оскільки кінець її голки виконується у вигляді штифта. Такі форсунки встановлюють, як правило, в дизелях з розділеними камерами згоряння.
Конструкція розпилювача таких форсунок забезпечує об'ємно-плівкове сумішоутворення. оскільки розпилювання палива більш спрямоване, ніж в многодирочних форсунках, і значна частина палива досягає стінок камер згоряння, утворюючи швидко випаровується плівку.

Дизелі з вихровими (окремими) камерами згоряння менш чутливі до складу палива і стійкіше працюють в широкому діапазоні частот обертання. Застосовувані з ними форсунки розраховані на менший тиск, отже, не вимагають такої високої точності виготовлення, як форсунки для нерозділеними камерами згоряння, а тому дешевше.

На рис. 1, в показаний розпилювач штифтової однодирчатой ​​форсунки. Така форсунка встановлюється в вихрових камерах згоряння і має одне сопло.
Кінець голки 2 виконаний у вигляді штифта 13 конусної форми, що виступає за межі корпусу розпилювача. Штифт служить для формування факела палива у вигляді конуса.
Принцип роботи однодирчатих форсунок не відрізняється від принципу роботи многодирчатий форсунок.

Пристрій деяких типів форсунок, що застосовуються на автотракторних дизельних двигунах вітчизняного виробництва наведено на малюнку 2.