В современных автомобильных двигателях для подачи топлива в камеру сгорания используются топливные форсунки. Их главная задача — обеспечение точной дозировки топлива в определенный момент времени. Применяются форсунки и на бензиновых, и на дизельных двигателях.

Виды форсунок

Топливная форсунка представляет собой электромагнитный клапан, работа которого контролируется блоком управления двигателя. Это позволяет подавать топливо под высоким давлением, строго ограниченными порциями и в заданный момент времени. В зависимости от типа системы впрыска форсунка может устанавливаться в различных местах, может иметь разную конструкцию и принцип работы. 

Моновпрыск - форсунка располагается перед дроссельной заслонкой во впускном трубопроводе.

Распределенный впрыск - форсунки устанавливаются в ГБЦ или впускной коллектор перед клапанами.

Непосредственный впрыск - форсунки находятся в верхней части цилиндра, подавая топливо сразу в камеру сгорания.

По типу привода форсунки разделяют на следующие типы:

• механические
• электромагнитные
• электрогидравлические
• пьезоэлектрические

В современных двигателях механические форсунки не встречаются, поэтому не будем заострять внимание на принципе их работы, а перейдем к следующим типам топливных форсунок.

Электромагнитная топливная форсунка

Такой тип форсунок используется в бензиновых топливных системах, включая двигатели с непосредственным впрыском. 
Конструктивно электромагнитная форсунка самая простая.

Основными элементами электромагнитной форсунки являются: 

• сетчатый фильтр
• электрический разъем
• пружина
• обмотка возбуждения
• якорь электромагнита
• корпус форсунки
• игла форсунки
• уплотнения
• сопло/распылитель форсунки

В заданный момент времени ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения, что обеспечивает формирование электромагнитного поля, воздействующего на якорь с иглой. В этот момент усилие сжатия пружины становится меньше магнитной силы, якорь втягивается, игла поднимается и освобождает сопло инжектора. Управляющий клапан форсунки двигателя открывается, и происходит впрыск топлива под высоким давлением. Когда блок управления прекращает подачу энергии на обмотку, пружина возвращает иглу в исходное положение.
Электромагнитные инжекторы подбираются в зависимости от мощности двигателя. Прежде всего, необходимо знать, какое сопротивление у форсунок. В заводском исполнении они бывают низкоомные (2-6 Ом) и высокоомные 12-16 Ом.  При низком сопротивлении может быть установлен дополнительный резистор в 6-8 Ом, который снизит потребление тока.

Электрогидравлическая топливная форсунка

Такой тип форсунок используется в дизельных топливных системах. Они подходят для типовых ТНВД и систем Common Rail. 

Основными элементами электрогидравлической форсунки являются:

• сопло/распылитель форсунки
• пружина
• камера управления
• сливной дроссель
• якорь электромагнита
• сливной канал
• эектрический разъем
• обмотка возбуждения
• штуцер подвода топлива
• впускной дроссель
• поршень
• игла форсунки

В момент начала цикла управляющий электромагнитный клапан форсунки полностью закрыт. Топливо в системе давит на поршень, находящийся в камере управления, а игла инжектора плотно прижата к седлу. ЭБУ двигателя подает напряжение на обмотку возбуждения электромагнитного клапана. Дроссель слива открывается, и топливо поступает в сливную магистраль. Дроссель впуска, в свою очередь, не позволяет мгновенно выровнять давление на впуске и в камере управления. Таким образом, на некоторый промежуток времени усилие, воздействующее на поршень, уменьшается, а давление на иглу остается высоким. Эта разность давлений и обеспечивает подъем иглы и впрыск топлива.

Пьезоэлектрическая топливная форсунка

Такой тип форсунок используется в дизельных топливных системах. Этот тип топливных форсунок считается наиболее прогрессивным, поскольку обеспечивает более быстрое срабатывание, максимально точную дозировку и позволяет выполнять многократный впрыск на протяжении одного цикла. Применяется в дизельных двигателях Common Rail.

Основными элементами пьезоэлектрической форсунки являются:

• игла форсунки
• уплотнения
• пружина иглы
• блок дросселей
• переключающий клапан
• пружина клапана
• поршень клапана
• поршень толкателя
• пьезоэлемент
• сливной канал
• сетчатый фильтр
• электрический разъем
• нагнетательный канал

Принцип работы такого инжектора основан на изменении длины пьезоэлемента при подаче на него напряжения. В начальном положении игла под воздействием давления топлива посажена на седло. Когда ЭБУ двигателя посылает сигнал на пьезоэлемент, последний, изменяя длину, воздействует на поршень толкателя. Переключающий клапан форсунки открывается, и топливо подается на слив. Аналогично электрогидравлическим системам, создается разность низкого давления над иглой и высокого под ней, и она поднимается, выполняя впрыск дизтоплива. Количество последнего при этом регулируется длительностью подачи напряжения на пьезоэлемент пьезофорсунки и давлением в топливной рампе двигателя.

Неисправности топливных форсунок

Одной из основных характеристик форсунки является факел распыла. Для обеспечения корректной работы двигателя топливо должно распыляться под высоким давлением и на большую площадь. При этом размеры капель горючего должны быть как можно меньше. Это позволяет ускорить процесс сгорания и уменьшить расход топлива. Если же подача бензина или дизеля будет осуществляться струей, возникнут провалы в работе мотора, увеличится количество сажи в выхлопе. Происходит это, когда распылитель инжектора загрязняется. Также важным параметром является время впрыска форсунок, или лаг открытия и закрытия. Он зависит от множества параметров напряжения, уровня давления и типа топлива. Измеряется лаг лабораторным методом, в ходе которого определяется количество пролитого топлива за единицу времени. Несмотря на сложное устройство, топливные инжекторы имеют длительный срок эксплуатации. В среднем он составляет от 100 до 150 тысяч километров пробега. Основным требованием для обеспечения продолжительности работы форсунок является качество топлива и своевременный технический осмотр автомобиля.

При написании статьи использовались материалы информационного портала ТехАвтоПорт