Компоненты системы смесеобразования должны обеспечивать надлежащее образование топливно-воздушной смеси при использовании той или иной системы впрыска топлива. В системе с впрыском топлива во впускной коллектор, это в основном задача топливного инжектора, в то время как в системе прямого впрыска топлива может быть установлена дополнительная заслонка для повышения турбулентности. Вот о том, какие компоненты системы смесеобразования бывают, мы и поговорим в этой статье.
Форсунка для систем с впрыском топлива во впускной трубопровод
Конструкция и функция топливной форсунки
Электромагнитная форсунка включает следующие основные компоненты (см. рис. «Топливная форсунка для систем с впрыском топлива во впускной трубопровод» ):
- Корпус клапана с электрическим и гидравлическим соединителями;
- Электромагнитная катушка;
- Игольчатый клапан с якорем электромагнита и шариком клапана;
- Седло клапана с диафрагмой;
- Пружина клапана.
Фильтр на впуске топлива защищает форсунку от загрязнений. Уплотнительное кольцо (круглого сечения) на гидравлическом соединителе служит для уплотнения форсунки в топливной рампе. Нижнее уплотнительное кольцо обеспечивает уплотнение между форсункой и впускным трубопроводом.
Когда катушка электромагнита обесточена, шарик игольчатого клапана прижимается к седлу конической формы пружиной и усилием, создаваемым давлением топлива. При этом система подачи топлива изолирована от впускного трубопровода.
Когда на катушку электромагнита подается электрическое питание, создается магнитное поле, притягивающее якорь электромагнита игольчатого клапана. Шарик клапана поднимается над седлом, и происходит впрыск топлива. Когда катушка обесточивается, игольчатый клапан закрывается под действием усилия пружины.
Топливо распыляется пластиной с отверстиями. Для лучшего распыления топлива ранее использовавшиеся распылительные пластины с четырьмя отверстиями были заменены на распылительные пластины с большим количеством отверстий (до двенадцати). Штампованные диафрагмы обеспечивают хорошую стабильность количества впрыскиваемого топлива. Форма струи топлива, выходящей из форсунки, определяется количеством отверстий в распылительной пластине и их конфигурацией.
Количество топлива, впрыскиваемое за единицу времени, определяется в основном предварительным давлением в системе подачи топлива, противодавлением во впускном трубопроводе и геометрией области выпуска топлива.
Образование и направление струи топлива в форсунках
Процесс образования струи топлива, т.е. ее форма, угол рассеивания и размер капель топлива оказывают влияние на образование топливно-воздушной смеси. Различная геометрия впускного трубопровода и головки блока цилиндров вызывают необходимость в создании струй топлива различной формы. Различные варианты формы струи топлива показаны ниже.
Конусная форма распыления
Отдельные струи топлива, выходящие из отверстий распылительной пластины (см. рис. а, «Формы струй топлива» ), вместе образуют конусную струю.
Форсунки, обеспечивающие конусную форму струи топлива, обычно устанавливаются на двигателях с одним впускным клапаном на каждый цилиндр. Однако они могут использоваться и на двигателях с двумя впускными клапанами на одном цилиндре.
Двухструйная форсунка
Двухструйные форсунки (см. рис. Ь, «Формы струй топлива» ) часто используются на двигателях с двумя впускными клапанами на одном цилиндре. Отверстия в распылительной пластине расположены таким образом, что из форсунки выходят две конусные струи, направленные к соответствующим впускным клапанам или на перегородку между впускными клапанами.
Форсунка с угловым отклонением струи: Струя топлива выходит из форсунки под углом к ее оси (см. рис. с, «Формы струй топлива» ).
Такие форсунки в основном используются, когда конструктивные особенности камеры сгорания не позволяют использовать форсунку с соосным направлением струи.
Электрическая активация форсунки
Выходной модуль в блоке управления двигателем приводит форсунку в действие, подавая на нее соответствующий сигнал (см. рис. а, «Активация топливной форсунки» ). При подаче напряжения электрический ток в катушке электромагнита возрастает (см. рис. Ь), что вызывает подъем игольчатого клапана (см. рис. с). Максимальный подъем клапана достигается по истечении времени подъема. Впрыск топлива начинается, как только шарик клапана выходит из седла. Зависимость количества впрыскиваемого топлива от времени показана на рис. d.
Поскольку после обесточивания катушки магнитное поле не исчезает мгновенно, клапан закрывается с задержкой. Клапан полностью закрывается по истечении времени отпадания.
Нелинейность характеристики на участках открытия и отпадания клапана форсунки должна быть скомпенсирована в течение периода открытого состояния форсунки (время впрыска). Скорость подъема шарика клапана также зависит от напряжения аккумуляторной батареи Слияние напряжения компенсируется посредством коррекции продолжительности впрыска.
Форсунка высокого давления для бензинового двигателя
С связи с тем, что для систем прямого впрыска топлива требуется более высокое давление, форсунка должна отвечать дополнительным требованиям. Для систем прямого впрыска топлива для бензиновых двигателей были разработаны специальные топливные форсунки высокого давления.
Функциями форсунки высокого давления являются дозирование и распыление топлива. Распыление топлива необходимо для смешивания топлива с воздухом в камере сгорания. В зависимости от режима работы топливо концентрируется вблизи свечи зажигания (послойный заряд) или равномерно распределяется во всем объеме камеры сгорания (однородное распределение).
Чтобы обеспечить оптимальное смесеобразование, топливо впрыскивается под давлением до 200 бар. Требуемое количество топлива разделяется на несколько коротких впрысков.
Конструкция и функция форсунки высокого давления
Топливная форсунка высокого давления (см. рис. «Топливная форсунка высокого давления для систем прямого впрыска» ) состоит из корпуса, седла клапана, игольчатого клапана с якорем электромагнита, пружины и катушки электромагнита.
При протекании через катушку электрического тока создается магнитное поле, которое поднимает игольчатый клапан из седла, преодолевая усилие пружины. При этом открывается выпускное отверстие клапана. Поскольку давление топлива значительно выше давления в камере сгорания, топливо впрыскивается в камеру сгорания. Тонкое распыление топлива обеспечивается за счет надлежащей геометрии сопла на конце форсунки.
Когда катушка обесточивается, игла клапана прижимается пружиной к седлу и перекрывает подачу топлива.
Поскольку игольчатый клапан открывается внутрь, процессу закрытия способствует давление, имеющееся в топливной рампе. В то же время во время открытия клапана, это давление действует в направлении, противоположном направлению открытия. В результате для этих форсунок требуется более сильное магнитное поле, чем для обычных топливных форсунок для систем с впрыском топлива во впускной трубопровод.
Образование струи топлива
Точное дозирование топлива может осуществляться за счет открытия клапана и удержания его с полностью поднятой иглой в течение определенного времени. Количество впрыскиваемого топлива зависит от давления в топливной рампе, противодавления в камере сгорания и времени открытия клапана. Распыление топлива обеспечивается соответствующей геометрией седла клапана и направляющей потока, служащей для создания завихрений.
В топливных форсунках второго поколения завихряющие клапаны с одним отверстием, создающие «полую» коническую струю, заменены клапанами с несколькими отверстиями, имеющими намного лучшие характеристики в отношении формы струи, тонкости распыления топлива, распределения отдельных струй по массе топлива и т.д. Эти форсунки обеспечивают адаптацию отдельных струй топлива к геометрии камеры сгорания (нацеливание струи), что позволяет повысить рабочие характеристики двигателя, снизить токсичность отработавших газов, обеспечить более ровную работу двигателя и т.д.
Активация топливной форсунки высокого давления
Чтобы обеспечить надежный и повторяемый впрыск, электрический ток, протекающий по катушке, должен иметь определенную достаточно сложную форму. Сигнал включения форсунки выдает микропроцессор блока управления двигателем (см. рис. а, «Характеристики топливного инжектора высокого давления» ). В соответствии с этим сигналом выходной модуль Преобразователь постоянного напряжения в блоке управления двигателем генерирует бустерное напряжение величиной 65 В. Это напряжение необходимо для как можно более быстрого создания высокого электрического тока на начальной стадии. Это необходимо, чтобы как можно быстрее поднять иглу клапана. На этой стадии игла клапана достигает положения максимального подъема (см. Рис. с). Когда форсунка будет полностью открыта, для ее удержания в открытом положении достаточно значительно меньшего электрического тока (ток удержания). При постоянном подъеме иглы клапана количество впрыскиваемого топлива пропорционально продолжительности впрыска (см. рис. d).
Завихряющие заслонки
Завихряющие заслонки располагаются перед впускными клапанами (см. рис. «Завихряющая заслонка» ) и обычно находятся в горизонтальном положении. 
Будучи закрытой, завихряющая заслонка ускоряет движение заряда, тем самым способствуя смешиванию воздуха и топлива в камере сгорания. Кроме того, повышение турбулентности потока позволяет увеличить скорость сгорания топлива, тем самым, оказывает положительное влияние на расход топлива и плавность работы двигателя.
В системах прямого впрыска топлива имеющееся в наличии время смесеобразования значительно меньше, чем в системах с впрыском топлива во впускной трубопровод. Для обеспечения достаточно хорошего смесеобразования в течение этого короткого периода, прежде всего при малых частотах вращения коленчатого вала, в системах прямого впрыска топлива иногда применяются
Имеются два различных вида завихряющих заслонок: с двухступенчатой конструкцией и работающих в непрерывном режиме.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
