Форсунка — распылитель жидкости и топлива¶
Форсунка — это распылительное устройство, обеспечивающее подачу жидкости, газа или топлива в виде мелкодисперсного потока с заданным давлением, направлением и формой факела. Форсунки применяются в двигателях внутреннего сгорания, топливной и гидравлической аппаратуре, пожарной технике, сельском хозяйстве, промышленном оборудовании и медицинских ингаляторах.
¶Принцип работы
Форсунка преобразует поток жидкости (или газа) в распылённую струю. Основной механизм работы связан с созданием высокого давления в полости перед соплом: при прохождении через калиброванное отверстие (дюзу) жидкость ускоряется, а на выходе дробится на капли под действием аэродинамических сил. Размер капель зависит от давления, геометрии сопла и физических свойств жидкости (вязкости, плотности, поверхностного натяжения).
В топливных системах дизельных двигателей давление перед форсункой может достигать 2000 бар и более, что обеспечивает глубокое распыление топлива и его равномерное перемешивание с воздухом в цилиндре.
¶Классификация
Форсунки классифицируются по нескольким признакам:
| Признак | Виды |
|---|---|
| По типу привода | Механические, электромагнитные (электроклапанные), пьезоэлектрические |
| По способу подачи топлива | Трубопроводные (common rail), насос-форсунки (насосные элементы) |
| По типу распылителя | Щелевые, многодырковые, барботажные |
| По назначению | Топливные, гидравлические, газовые, пожарные, распылительные |
¶Топливные форсунки
Топливные форсунки являются ключевым элементом системы впрыска двигателей внутреннего сгорания. В бензиновых двигателях с распределённым впрыском форсунка устанавливается во впускной коллектор или непосредственно в камеру сгорания (непосредственный впрыск). В дизельных двигателях форсунка подаёт топливо напрямую в цилиндр под высоким давлением.
По типу управления различают:
- Механические форсунки — открываются давлением топлива без электрического привода. Применялись в старых дизельных системах.
- Электромагнитные форсунки — управляются импульсом от электронного блока управления (ЭБУ). Клапан открывается при подаче напряжения на катушку.
- Пьезоэлектрические форсунки — используют пьезокристаллы, изменяющие размер при подаче напряжения. Позволяют выполнять до пяти впрысков за один цикл и обеспечивают точное дозирование топлива.
¶Common rail
Система Common Rail (от англ. common rail — «общая магистраль») подразумевает, что топливо подаётся в общую рампу под постоянным высоким давлением, а форсунки распределяют его по цилиндрам. Давление в рампе создаётся топливным насосом высокого давления (ТНВД), а момент и длительность впрыска задаёт ЭБУ. Система Common Rail применяется практически во всех современных дизельных двигателях легковых и грузовых автомобилей, а также в ряде бензиновых моторов с непосредственным впрыском.
¶Насос-форсунка
Насос-форсунка объединяет в одном корпусе элементы ТНВД и форсунки. Топливо сжимается механическим приводом (от распредвала) непосредственно в корпусе элемента и подаётся в цилиндр. Решение применялось на двигателях Volkswagen TDI, Mercedes-Benz CDI ранних поколений и ряде других.
¶Устройство электромагнитной форсунки
Типичная электромагнитная форсунка состоит из:
- Корпуса с электрическим разъёмом.
- Электромагнитной катушки, управляющей клапаном.
- Игла распылителя, перекрывающей дюзу.
- Дюзы (распылителя) с калиброванными отверстиями.
- Фильтра тонкой очистки на входе.
При подаче управляющего импульса катушка притягивает якорь, игла поднимается, и топливо выходит через отверстия дюзы. Длительность импульса (миллисекунды) определяет количество подаваемого топлива.
¶Применение вне автотранспорта
Помимо двигателей внутреннего сгорания, форсунки используются:
- В пожарной технике — водяные и пенные форсунки формируют струю заданной формы и дальности подачи.
- В сельском хозяйстве — опрыскиватели распыляют пестициды и удобрения.
- В гидравлических системах — гидрофорсунки создают струи высокого давления для резки и очистки поверхностей.
- В медицине — ингаляторы и системы инъекций.
- В промышленных печах — газовые и мазутные форсунки для подачи топлива в топку.
¶Неисправности
Основные неисправности топливных форсунок связаны с износом иглы и дюзы, загрязнением фильтра, обрывом обмотки катушки и нарушением герметичности. Загрязнение дюзы приводит к нарушению формы факела распыления, неравномерной работе цилиндров, росту расхода топлива и выбросов сажи. Для очистки применяют ультразвуковые стенды, а при критическом износе форсунку заменяют.
Источники:
- Кисориук В. М., Сивопляс В. Н. «Устройство автомобиля»
- Боровиков А. С., Шаталов А. Н. «Конструкция и расчёт автомобильных двигателей»
- Материалы Bosch «Системы впрыска дизельных двигателей»