Корпус форсунки вместе с распылителем составляет форсунку. В головку блока над каждым цилиндром устанавливается по одной форсунке (рис. «Схема установки форсунки на примере дизеля с непосредственным впрыском топлива»). Форсунки существенно влияют на мощность двигателя, параметры отработавших газов и уровень шума. Для оптимального выполнения своих функций форсунки должны быть максимально адаптированы к дизелю.
Рис. Схема установки форсунки на примере дизеля с непосредственным впрыском топлива 1. Подвод топлива; 2. Корпус форсунки; 3. Обратный слив топлива; 4. Распылитель; 5. Уплотнительная шайба; 6. Камера сгорания дизеля; 7. Головка блока цилиндров; 8. Гайка распылителя; 9. Нажимная пружина иглы распылителя; 10. Канал давления; 11. Фильтр.
Распылитель 4 в корпусе форсунки впрыскивает топливо в камеру 6 сгорания. Корпус форсунки в сборе содержит следующие важные элементы:
- Нажимная пружина 9: опирается на иглу распылителя и закрывает, таким образом, форсунку;
- Гайка 8 распылителя: держит и центрирует распылитель;
- Фильтр 11 задерживает нерастворимые примеси;
- Сверления для подачи и отвода топлива через канал 10 давления соединяются с топливными магистралями.
Наряду с этим корпус форсунки, в зависимости от исполнения комплектуются уплотнениями и регулировочными шайбами. Стандартизованные размеры позволяют иметь необходимую гибкость в комплектации различных систем впрыска с минимумом вариантов отдельных частей.
Устройство корпуса форсунки принципиально одинаково для двигателей с непосредственным впрыском топлива и с разделенными камерами сгорания. Так как сегодня разрабатываются почти исключительно двигатели с непосредственным впрыском топлива, в данном разделе преимущественно представлены корпуса форсунок для таких дизелей. Однако описания годны также для дизелей с разделенными камерами сгорания, в корпусах форсунок, которых вместо бесштифтовых распылителей используются штифтовые.
Рис. Обозначение типа корпусов форсунок. Этот номер нанесен на корпусе форсунки и позволяет точно идентифицировать его тип.
Корпуса форсунок могут сочетаться с различными распылителями. В зависимости от требований к процессу впрыскивания имеются:
- Стандартный корпус форсунки (корпус однопружинной форсунки);
- Корпус двухпружинной форсунки (кроме систем индивидуальных ТНВД).
Вариантом может быть ступенчатый корпус, особенно удобный при минимальных размерах цилиндра двигателя. Корпуса форсунок применяют в зависимости от системы впрыска — с датчиком хода иглы или без него. Датчик хода иглы передает блоку управления работой дизеля точный сигнал момента начала впрыскивания.
Рис. Корпуса форсунок. a — ступенчатый корпус форсунки дня дизелей грузовых автомобилей; b — стандартный корпус форсунки для различных двигателей; с — двухпружинный корпус форсунки для дизеля легкового автомобиля; d — ступенчатый корпус форсунки для различных двигателей; e — ступенчатый корпус форсунки без отвода под обратный слив топлива для дизелей грузовых автомобилей; f — ступенчатый корпус форсунки для дизелей грузовых автомобилей; g — ступенчатый корпус форсунки для различных двигателей; h — двухпружинный корпус форсунки для дизеля легкового автомобиля; i — ступенчатый корпус форсунки для различных двигателей; j — стандартный корпус форсунки со штифтовым распылителем для различных двигателей с разделенными камерами сгорания.
Корпус форсунки может быть укреплен на головке блока цилиндров фланцем, скобой, накидной гайкой или резьбой. Штуцер подсоединения магистрали высокого давления располагается по оси форсунки или сбоку.
Просачивающееся по направляющей иглы распылителя топливо служит для смазки. Во многих вариантах корпусов форсунок утекающее топливо возвращается через магистраль обратного слива в топливный бак.
Некоторые корпуса форсунок работают без утечки топлива и без соответствующего обратного слива. Топливо в пространстве нажимной пружины смягчает подъем иглы при больших величинах подачи топлива и высоких частотах вращения коленчатого вала, так что процесс впрыскивания оказывается подобен процессу в двухпружинной форсунке.
При использовании насос-форсунок или системы Common Rail распылитель интегрирован в форсунку. Отдельный корпус форсунки в этом случае не требуется.
Для больших двигателей с цилиндровой мощностью более 75 кВт имеются специфичные по применению форсунки с охлаждением и без него.
Стандартный корпус форсунки
Стандартные корпуса форсунок имеют следующие особенности:
- Внешняя цилиндрическая форма с максимальными диаметрами 17,21, 25 и 26 мм;
- Фиксированные от проворота в корпусе бесштифтовые распылители для двигателей с непосредственным впрыском топлива;
- Стандартизованные отдельные детали (пружины, нажимные штифты, гайки распылителя), которые могут использоваться в разных комбинациях.
Рис. Стандартная форсунка дизеля с непосредственным впрыском топлива. 1 Уплотнительный конус; 2. Резьба для центрального подсоединения магистрали высокого давления; 3. Корпус форсунки; 4. Гайка распылителя; 5. Проставка; 6. Корпус распылителя; 7. Игла распылителя; 8. Седло корпуса распылителя; 9. Отверстия распылителя; 10. Подвод топлива; 11. Накидная гайка; 12. Стержневой фильтр; 13. Подсоединение магистрали обратного слива топлива; 14. Канал обратного слива топлива; 15. Регулировочная шайба; 16. Канал давления; 17. Нажимная пружина иглы распылителя; 18. Нажимной штифт; 19. Нажимной шип; 20. Фиксирующий штифт.
Форсунка состоит из распылителя и корпуса форсунки в сборе (рис. «Стандартная форсунка дизеля с непосредственным впрыском топлива», пример с бесштифтовым распылителем). Корпус форсунки в сборе содержит следующие элементы:
- Корпус 3 форсунки;
- Проставка 5;
- Гайка 4 распылителя;
- Нажимной штифт 18;
- Нажимная пружина 17;
- Регулировочные шайбы 15;
- Фиксирующий штифт 20.
Распылитель укрепляется гайкой и по оси корпуса форсунки. При наворачивании гайки распылителя на корпус форсунки проставка сжимается между уплотнительными поверхностями корпуса форсунки и распылителя. Проставка служит как упор подъема иглы распылителя и центрирует фиксирующими штифтами распылитель относительно корпуса форсунки.
Нажимной штифт с одной стороны центрирует нажимную пружину, а с противоположной стороны направляющая нажимного штифта соединена с нажимным шипом 19 иглы распылителя.
В корпусе форсунки канал 16 давления через проставку направляет топливо к подводящему отверстию в корпусе 6 распылителя и связывает, таким образом, распылитель с нагнетательной магистралью ТНВД. При необходимости в корпус форсунки устанавливается стержневой фильтр 12, отсекающий примеси из топлива.
Нажимная пружина в корпусе форсунки давит через нажимной штифт на иглу распылителя. Предварительное сжатие этой пружины определяется регулировочной шайбой. Упругость пружины определяет, таким образом, давление открытия форсунки.
Топливо проходит через стержневой фильтр 12, затем по каналу 16 давления в корпусе 3 форсунки к каналу проставки 5 и затем через корпус 6 распылителя к седлу 8 корпуса распылителя. В процессе впрыскивания игла 7 распылителя поднимается давлением впрыскивания (110…170 бар при штифтовых распылителях и 150…350 бар при бесштифтовых распылителях). Топливо через отверстия 9 распылителя попадает в камеру сгорания. Впрыскивание заканчивается, когда давление впрыскивания снижается настолько, что нажимная пружина 17 иглы распылителя прижимает ее к седлу. Момент начала впрыскивания управляется давлением. Величина подачи топлива зависит по существу от продолжительности впрыскивания.
Чтобы ограничить ход иглы при предварительном впрыскивании, в некоторых исполнениях используется демпфирование хода иглы распылители (рис. «Демпфирование хода иглы распылителя»).
 |
 |
|
| Рис. Демпфирование хода иглы распылителя а — распылитель закрыт; b — демпфирование хода. 1. Нажимная пружина; 2. Корпус форсунки; 3. Зазор утечки топлива; 4. Гидравлическая подушка; 5. Демпфирующий поршень; 6. Игла распылителя; hu — недемпфированный ход (около 1/3 полного хода иглы). | Рис. Ступенчатый корпус форсунки 1. Ступень корпуса; 2. Канал давления; 3. Нажимной штифт; 4. Проставка 5. Гайка распылителя 6. Корпус распылителя; 7. Фиксирующий штифт; 8. Нажимная пружина; 9. Магистраль обратного слива топлива; 10. Штуцер магистрали высокого давления; 11. Корпус форсунки; 12. Резьба для съемника. |
Ступенчатый корпус форсунки
Ступенчатые корпуса форсунок используются, в частности, на четырех клапанных дизелях грузовых автомобилей, у которых, например, из-за недостатка места форсунка должна устанавливаться вертикально (рис. «Ступенчатый корпус форсунки»). Происхождение наименования «ступенчатый корпус» связано с наличием ступени 1.
Устройство и принцип действия соответствуют стандартному корпусу форсунки. Существенное различие состоит в способе подсоединения магистрали высокого давления: при стандартном корпусе она подсоединяется центрально на противоположном конце, при ступенчатом корпусе она связана с корпусом 11 форсунки посредством штуцера 10 магистрали высокого давления. При такой компоновке, как правило, используются очень короткие магистрали высокого давления, что выгодно отражается на уровне давления впрыскивания из-за сокращенного «мертвого» объема магистрали.
Ступенчатый корпус делают как с присоединением магистрали 9 обратного слива топлива, так и без него.
Двухпружинный корпус форсунки
Рис. Двухпружинный корпус форсунки. 1. Корпус форсунки; 2. Регулировочные шайбы; 3. Нажимная пружина 1; 4. Нажимной штифт; 5. Направляющая шайба; 6. Нажимная пружина 2; 7. Нажимной стержень; 8. Тарелка пружины; 9. Проставка; 10. Опорная втулка; 11. Корпус распылителя; 12. Гайка распылителя; 13. Игла распылителя. h1 — предварительный ход иглы; h2 — основной ход иглы.
Двухпружинный корпус форсунки — это усовершенствованный вариант стандартного корпуса форсунки. У него такие же наружные диаметры. Он используется преимущественно при непосредственном впрыске топлива. Разделенный на этапы процесс впрыскивания ведет к «более мягкому» сгоранию и, таким образом, к снижению уровня шума сгорания, особенно на холостом ходу и в режиме частичной нагрузки.
В двухпружинном корпусе форсунки (рис. «Двухпружинный корпус форсунки») две нажимные пружины расположены последовательно. Сначала первая нажимная пружина 3 действует на иглу 13 распылителя и определяет тем самым величину первого значения давления открытия. Вторая нажимная пружина 6 опирается на опорную втулку 10, которая ограничивает предварительный ход иглы. В процессе впрыскивания игла распылителя поднимается сначала до уровня предварительного хода h1, (0,03…0,06 мм для двигателей с непосредственным впрыском топлива, 0,1 мм для двигателей с разделенными камерами сгорания).
Таким образом, только незначительное количество топлива попадет в камеру сгорания. Если давление в корпусе распылителя будет увеличиваться дальше, опорная втулка 10 поднимается, преодолевая упругость обеих нажимных пружин 3 и 6.
Теперь игла распылителя перемещается на полный ход (h1 + h2, 0,2…0,4 мм) так, что впрыскивается основное количество топлива.
Корпус форсунки с датчиком хода иглы
Рис. Двухпружинный корпус форсунки с датчиком хода иглы распылителя 1. Корпус форсунки; 2. Датчик хода иглы распылителя; 3. Нажимная пружина 1; 4. Направляющая шайба; 5. Нажимная пружина 2; 6. Нажимной стержень; 7. Гайка распылителя; 8. Штекер соединения с блоком управления; 9. Направляющий штифт; 10. Контактный элемент; 11. Катушка датчика; 12. Нажимной штифт; 13. Тарелка нажимной пружины 1. X — глубина погружения нажимного штифта 12 в катушку
Момент начала впрыскивания — это важный параметр для обеспечения оптимальной работы дизелей. Измерение этой величины дает возможность, например, изменять момент начала подачи в зависимости от нагрузки на двигатель и частоты вращения коленчатого вала. Для этого в распределительных или рядных ТНВД используется корпус форсунки с датчиком хода иглы, который сигнализирует о начале перемещения иглы распылителя.
По катушке 11 датчика хода иглы протекает ток силой около 30 мА. В результате в катушке возникает магнитное поле. Удлиненный нажимной штифт 12 входит в направляющий штифт 9. Глубина X его погружения в катушку определяет величину магнитного потока в катушке датчика. Перемещение иглы распылителя изменяет, таким образом, магнитный поток в катушке, индуцируя напряжение (рис. «Двухпружинный корпус форсунки с датчиком хода иглы распылителя»), которое непосредственно обрабатывается в блоке управления. Превышение порогового напряжения служит сигналом момента начала впрыскивания.
