Форсунка: устройство, виды и применение¶

Форсунка — распылительная насадка, устройство для дозированной подачи жидкости или газа в виде мелкодисперсного потока (струи, факела, тумана) через калиброванное отверстие под определённым давлением. Форсунки применяются в двигателях внутреннего сгорания, гидравлических системах, пожаротушении, сельском хозяйстве, промышленном оборудовании и бытовой технике.

¶Принцип работы

Форсунка преобразует потенциальную энергию давления жидкости в кинетическую энергию потока. Жидкость под давлением подводится к соплу (распылителю), через которое выбрасывается наружу. Размер, форма и число отверстий определяют характер распыления: размер капель, угол распыления, форму факела и равномерность распределения.

В топливных форсунках ДВС дополнительно присутствует управляющий клапан (электромагнитный или пьезоэлектрический), который по сигналу от электронного блока управления открывает и закрывает подачу топлива, обеспечивая точную дозировку и синхронизацию с тактами двигателя.

¶Основные типы

По способу управления потоком:

• Механические — клапан открывается давлением самой жидкости (например, в дизельных ТНВД старого типа).
• Электромагнитные (соленоидные) — клапан управляется электромагнитной катушкой; наиболее распространены в современных бензиновых и дизельных двигателях.
• Пьезоэлектрические — клапан приводится в действие пьезокристаллом, который деформируется при подаче напряжения; отличаются высокой скоростью срабатывания и применяются в системах Common Rail.
• Гидравлические (гидромеханические) — давление управления создаётся самой рабочей жидкостью.

По типу распыления:

• Струйные — формируют компактную струю.
• Факельные — образуют конусообразный факел.
• Плёночные — жидкость распыляется по внутренней поверхности канала.

¶Форсунки в двигателях внутреннего сгорания

В ДВС форсунка подаёт топливо в цилиндр (или во впускной коллектор) в строго заданный момент и в заданном количестве. От её работы зависит мощность, топливная экономичность, токсичность отработавших газов и устойчивость двигателя.

¶Бензиновые двигатели

В системах распределённого впрыска (например, Bosch Motronic, Январь, Аврора) электромагнитные форсунки устанавливаются во впускной коллектор — по одной на каждый цилиндр. Топливо впрыскивается перед открытием впускного клапана. В системах непосредственного впрыска (GDI, TSI, Ford EcoBoost) форсунка подаёт бензин напрямую в цилиндр под давлением до 200–350 бар.

¶Дизельные двигатели

В дизелях топливо подаётся под значительно бо́льшим давлением. Классическая схема — форсунка, управляемая ТНВД (топливным насосом высокого давления). В системе Common Rail топливо сначала нагнетается в общую магистраль (рейку) под давлением до 2500 бар, а форсунки, управляемые электроникой, впрыскивают его в цилиндры. Многосопловые форсунки имеют от 5 до 10 отверстий диаметром около 0,1–0,2 мм.

¶Устройство электромагнитной форсунки

Основные элементы:

1. Корпус с электрическим разъёмом.
2. Обмотка (катушка) — при подаче напряжения создаёт магнитное поле.
3. Якорь (арматура) — поднимается, открывая клапан.
4. Игла клапана — прижата к седлу пружиной; в закрытом состоянии перекрывает подачу.
5. Распылитель — выполненный с высокой точностью элемент с калиброванными отверстиями.

¶Применение вне автотранспорта

• Пожарные системы — водяные форсунки спринклерных установок активируются при повышении температуры (колба с жидкостью разрушается, открывая клапан).
• Сельское хозяйство — опрыскиватели для внесения пестицидов и удобрений.
• Дизельные отопительные котлы и пеллетные горелки — подача топлива в зону горения.
• Газовые плиты и котлы — распределение газа по конфоркам.
• Промышленное литьё и покраска — подача краски, смазочных материалов.
• Дизельные генераторы и тепловозы — топливные системы с механическими форсунками.
• Судовые двигатели — крупногабаритные форсунки с давлением впрыска до 2500 бар.

¶Неисправности и обслуживание

Основные признаки неисправности форсунки в ДВС: неустойчивая работа двигателя, повышенный расход топлива, чёрный или белый дым, детонация, снижение мощности, «троение» двигателя.

Частые причины:

• Загрязнение отверстий распылителя продуктами сгорания (лаковые отложения, нагар).
• Износ иглы и седла клапана.
• Обрыв или замыкание обмотки.
• Засорение фильтра тонкой очистки топлива.
• Попадание воды в топливо (коррозия).

Профилактика — своевременная замена топливных фильтров, использование качественного топлива. Для очистки применяется ультразвуковая мойка форсунок и стендовые испытания на герметичность, производительность и равномерность подачи по цилиндрам.

Исторически первые форсунки для ДВС появились в конце XIX века в работах Готтлоба Даймлера и Рудольфа Дизеля. В СССР разработкой топливной аппаратуры занимались НАМИ, Кутаисский завод «Топливоаппаратура» и другие предприятия; в современной России топливные системы производят предприятия в рамках кооперации с зарубежными поставщиками, а также отечественные производители — например, «ЯЗТА» (Ярославль) и «АВТОВАЗ-Сервис».

Источники:

• Клименко В. М. «Устройство автомобиля» — М.: Транспорт.
• Боровиков А. С., Клименко В. М. «Устройство автомобильных двигателей» — М.: Машиностроение.
• Михельсон В. Г. «Системы впрыска бензиновых двигателей».
• Материалы производителей топливной аппаратуры Bosch, Denso, Delphi.