Форсунка из чего состоит: Устройство и конструкция форсунок дизельного автомобиля

Форсунка дизельная — устройство и разновидности

Дизельная форсунка, которую нередко называют инжектором, является ключевой деталью дизельного двигателя. Ее основной задачей выступает подача топлива в камеру сгорания, а также его точная дозировка и распыление. Учитывая сложные условия эксплуатации, которые сопровождают эксплуатацию дизельного двигателя и выражаются в высокой температуре и серьезном давлении, от качества изготовления и эффективности выполнения форсункой своих функций зависит КПД всего агрегата.

Наличие в конструкции топливной форсунки выступает отличительной чертой не только дизельных, но и бензиновых инжекторных двигателей. Необходимость в этой детали возникает из принципа работы обоих типов силовых установок, который предусматривает использование системы прямого впрыска горючего в камеры сжигания. При этом воспламенение топлива происходит под воздействием высокого давления, достигаемого за счет ТНВД. Уровень этого показателя в дизельных агрегатах намного выше, чем в инжекторных бензиновых установках.

Как следствие, эффективная работа двигателя на дизельном топливе возможна только при наличии специальной детали, способной обеспечить своевременную подачу нужного количества горючего, его распыление внутри камеры и герметичность си

темы. Основные функции дизельной форсунки уже были перечислены выше. Они состоят в следующем:

· дозировка горючего, представляющая собой определение такого его количества, которое необходимо для достижения нужной мощности;

· распыление топлива внутри камеры сгорания, что обеспечивает более полное и эффективное сжигание;

· сохранение герметичности системы подачи топлива.

История изобретения и совершенствования

Первые модели дизельного двигателя, разработанные и изготовленные в конце позапрошлого века при непосредственном участии Рудольфа Дизеля, предусматривали наличие так называемой компрессорной форсунки и применение в качестве топлива керосина. Появление ТНВД позволило использовать намного более компактные и удобные бескомпрессорные форсунки.

Особенно удачной оказалась модель инжектора, созданная в 20-х годах прошлого века Робертом Бошем. Этот вариант дизельной форсунки с незначительными доработками и усовершенствованиями применяется до настоящего времени. Конечно же, эксплуатационные и технические параметры современных деталей, несмотря на общую схожесть конструкции, существенно превосходят разработки Боша, что объясняется значительным улучшением качества и точности изготовления, а также использованием в процессе производства новейших сталей и сплавов.

Ключевым усовершенствованием форсунки стало активное применение разнообразной электроники. Использование датчиков контроля и управления работой дизельного двигателя в целом и его отдельных узлов позволяет заметно повысить КПД и эффективность эксплуатации транспортного средства.

Устройство

В настоящее время продолжает активно использовать большое количество различных по конструкции и принципу действия типов дизельных форсунок. Несмотря на определенные особенности каждого из них, можно выделить несколько общих элементов или деталей, в том или ином виде присутствующих практически всегда. К ним относятся:

· корпус, в котором размещаются остальные детали и элементы дизельной форсунки;

· распылитель в виде иглы. Предназначение детали очевидно и заключается в распределении топлива в пространстве над поршнем;

· стержень или плунжер, который движется внутри корпуса форсунки, за счет чего нагнетается необходимый уровень давления;

· пружина запирания иглы. Используется для фиксации иглы в нужном положении;

· штуцер подвода топлива. Предназначен для подачи горючего в форсунку;

· управляющий клапан. Применяется для эффективного решения двух главных задач – дозировки топлива и определения регулярности его впрыскивания в камеру сжигания;

· фильтр очистки топлива. Один из элементов общей системы очистки используемого в дизельном двигателе горючего;

· штуцер обратного отвода излишков топлива. Назначение этого элемента форсунки также предельно очевидно – он применяется для того, чтобы отвести из форсунки топливо, не попавшее в камеру сжигания.

Устройство современных дизельных форсунок предусматривает обязательное наличие электронного блока управления. Входящие в него приборы и датчики в автоматическом режиме регулируют процессы, протекающие в рассматриваемом механизме, обеспечивая эффективную работу как инжектора, так и двигателя в целом.

Рабочие стадии

Эксплуатация дизельной форсунки предусматривает циклическое и последовательное повторение 4 рабочих стадий. В указанное число входят:

1. Закрытое положение форсунки. Начальный этап процесса. Предусматривает создание высокого давления одновременно со стороны плунжера и пружины, благодаря чему форсунка остается закрытой.

2. Начало впрыска. Автоматика подает сигнал, вследствие которого плунжер форсунки начинает двигаться вверх. В результате давление на иглу уменьшается, она также начинает подниматься, обеспечивая начало поступления топлива в камеру сгорания.

3. Полностью открытое положение форсунки. На этом этапе плунжер управления поднимается максимально, достигая верхнего упора. Это означает аналогичное перемещение иглы и режим полного открытия форсунки.

4. Конец впрыска. Завершающая стадия рабочего процесса. Она состоит в опускании управляющего плунжера и иглы форсунки, следствием чего становится перекрытие доступа горючего в камеру сжигания.

Приведенная выше схема с некоторыми корректировками достаточно точно описывает эксплуатацию дизельных форсунок любого типа. Важно понимать, что количество подобных рабочих циклов в период времени зависит от типа и мощности агрегата, вида самой форсунки и большого количества других факторов.

Разновидности и принцип работы

В сегодняшних условиях применяются самые разные виды дизельных форсунок. Их большое разнообразие объясняется как крайне широкой сферой применения, так и различиями в задачах, для решения которых они предназначаются.

Механическая форсунка

Традиционный вариант устройства, постепенно уступающий по популярности современным инженерным решениям. Именно его принцип действия был приведен выше при описании рабочего цикла дизельной форсунки. Он базируется на срабатывании клапана при достижении определенного уровня давления.

Механическая форсунка применяется в автомобилестроении в течение нескольких десятков лет. Однако, введение новых экологических стандартов и всеобщее стремление к повышению уровня экономичности дизельных двигателей привело к неуклонному вытеснению этого классического устройства более эффективным разработкам последних лет.

Главное направление совершенствования форсунки в частности и дизельного двигателя в целом – это передача контроля и управления большинством рабочих процессов электронным приборам и датчикам. Кроме того, отдельного упоминания заслуживает форсунка с двумя пружинами, разделяющая подъем иглы на две стадии. В результате обеспечивается гибкость в подаче горючего, более полное сгорание топлива и уменьшение шума при работе агрегата.

Электромеханическая форсунка

Главное отличие от механического варианта состоит в использовании для перемещения иглы форсунки вместо пружины электромагнитного клапана. Он управляется автоматикой, благодаря чему достигается точное определение количества необходимого топлива и оптимальная периодичность его впрыска.

Электромеханическая форсунка напоминает часто используемую в инжекторных бензиновых двигателях электромагнитную версию устройства. Она не используется в дизель-моторах, так как не способна выдерживать высокое давление.

Насос-форсунка

Еще одна вариация традиционного дизельного двигателя. Устройство агрегата не предполагает наличие обычного ТНВД. Вместо него для нагнетания необходимого уровня давления используются специальные насос-форсунки. Фактически, вместо одного топливного насоса высокого давления устанавливаются несколько более простых, каждый из которых обслуживает только одну форсунку.

Такое устройство двигателя позволяет подавать топливо в камеру сгорания под очень высоким давлением. Как следствие – обеспечивается уверенное самовоспламенение и более полное сжигание горючего. Отсутствие ТНВД позволяет сделать двигатель более компактным, что также выступает немаловажным достоинством.

Однако, использование системы насос-форсунка имеет и определенные недостатки. Главные из них – высокая требовательность к качеству применяемого дизельного топлива, а также более значительные расходы на изготовление двигателя в целом. Именно поэтому стремительно растет популярность еще одной разновидности дизельных форсунок и системы, предусматривающей их применение.

Пьезоэлектрическая форсунка

Устройство пьезофорсунки напоминает электромеханические или электромагнитные аналоги. Главное отличие заключается в использовании вместо электромагнитного клапана специального пьезоэлемента, часто называемого пьезоэлектрическим кристаллом. Его наличие обеспечивает крайне высокое быстродействие устройства. Благодаря этому клапан срабатывает в 4 раза чаще, чем в обычных электромагнитных форсунках.

Нет ничего удивительного, что пьезоэлектрические форсунки стали важным элементом системы впрыска Common Rail, которая используется сегодня практически повсеместно. Ее использование позволяет увеличить эффективность работы дизельного двигателя и повысить КПД при одновременном уменьшении расхода топлива и количества вредных выбросов.

Причины и способы устранения неисправностей

Главной проблемой при эксплуатации форсунок выступает низкое качество дизельного топлива. Оно может быть вызвано с продажей некачественного горючего на автозаправочных станциях, использованием различных красителей и присадок для дизтоплива, слишком большим количеством тяжелых фракций углеводородов или элементарным загрязнением топлива мелкими частицами различных веществ.

В любом из перечисленных случаев возникают крайне неприятные последствия в виде повышенного уровня износа и быстрой эрозии поверхности деталей и узлов дизельной форсунки. Следствием этого становятся очевидные проблемы в работе двигателя в целом, которые обычно выражаются в следующем:

· ослабление или перепады мощности в процессе эксплуатации автомобиля;

· трудности при запуске двигателя;

· порывистое движение при увеличении оборотов;

· заметный рост расхода дизельного топлива;

· увеличение количества выбросов или их качества (черный или сизый дым из выхлопной трубы) и т.д.

Современное диагностическое оборудование позволяет заблаговременно выявить возможные проблемы с форсунками двигателя. Поэтому для длительной и бесперебойной работы агрегата целесообразно регулярно проходить техническое обслуживание, причем в солидной специализированной организации.

Для устранения выявленных проблем применяются различные современные и весьма эффективные методы, требующие наличия соответствующего оборудования и навыков и обслуживающих его специалистов:

· чистка ультразвуком;

· промывка при помощи специальных присадок, добавляемых в дизельное топливо;

· промывка специальными техническими жидкостями на стенде;

· ручная промывка форсунок дизельного двигателя.

Своевременно проведенная диагностика и ремонт форсунок обеспечат длительную и беспроблемную эксплуатацию. В свою очередь, это гарантирует владельцу транспортного средства эффективную и экономную работу всего дизельного двигателя, установленного на автомобиле.

Форсунка — это… Что такое Форсунка?

Форсунка, инжектор — механический распылитель жидкости или газа.

Используется для распыления топлива (мазута, дизельного топлива, бензина), например в инжекторных системах подачи топлива, осуществляют распыление за счёт высокого давления топлива (несколько атмосфер для бензина и сотни — тысячи атмосфер для дизельного).

В форсунках для мойки автомобилей используется давление 100—200 бар.

Была изобретена Владимиром Григорьевичем Шуховым.

Конструкция

Наиболее важным элементом форсунки является сопло.

Как правило, форсунка состоит из одного, реже двух каналов. По первому на выход подается распыляемая жидкость, по второму жидкость, пар, газ, который служит для распыления первой жидкости. Чистая, качественная форсунка даёт конусообразный распыл, а факел получается ровный и непрерывистый.

Основные характеристики

• динамический диапазон работы и минимальная цикловая подача топлива
• время открытия и закрытия (лаг) форсунки
• угол конуса распыливания и дальнобойность факела топлива
• мелкость распыливания и распределения топлива в факел

Виды форсунок

• электромагнитные
• пьезоэлектрические
• гидравлические

Форсунка дизельного двигателя

Устройство форсунки автомобиля КрАЗ — 255:

• Корпус.
• Гайка распылителя.
• Распылитель.
• Игла.
• Уплотнительные шайбы.
• Штифт.
• Шток.
• Тарелка.
• Пружина.
• Регулировочный винт.
• Гайка.
• Контргайка.
• Колпачок.
• Штуцер.
• Втулка.
• Фильтр.
• Уплотнитель штуцера.

Принцип действия форсунки автомобиля КрАЗ — 255:

Топливо поступает под давлением в кольцевую камеру, образованную между корпусом распылителя и иглой. За счёт давления топлива игла поднимается и сжимает пружину, при этом открываются сопла распылителя, и через них топливо впрыскивается в цилиндр. При снижении давления игла опускается за счёт пружины и собственной массы, закрывает сопла, прекращая впрыск топлива (его давление зависит от сжатия пружины регулировочным винтом).

Ссылки

См. также

Число Воббе

Форсунка: виды, принцип работы | motors-vaz.ru

Часто во время разговора о работе автомобиля звучит слово «форсунка». Что же это за деталь? Форсунка – элемент топливной системы, которая управляет дозировкой подачи топлива и распыляется в камере сгорания, мешая бензин или дизель с воздухом и получая топливно—воздушное соединение.

Это приспособление встраивается на двигатели разного топлива, играя роль основной детали системы впрыска. Именно поэтому ее нужно вовремя менять, покупая только качественные детали, которые подходят модели машины. Хороший выбор предоставляют интернет—магазины, например, http://zakupka.com/k/forsunki—inzhektory—dlya—avtomobiley—renault, которые сотрудничают с зарубежными и национальными производителями.

Процесс функционирования

Само функционирование форсунки состоит из нескольких этапов:

1. Сама форсунка закрыта, но давление на нее присутствует.
2. Она открывается, и начинается впрыск топлива.
3. Полное открытие запчасти.
4. Закрытие форсунки, которое прекращает работу топлива.

Виды форсунок

Это устройство делится на виды, в зависимости от того, как осуществляется впрыск:

• Электромагнитная. Довольно простое приспособление, за работу в нем отвечает специальный электромагнит, он поднимает и опускает иглу. Применяется в двигателях на бензине.
• Электрогидравлическая. Такая форсунка устанавливается на дизельных двигателях. Система ее работы основана на использовании давления топлива, как для впрыска, так и для его прекращения.
• Пьезоэлектрическая. Такой тип считается самым лучшим, ведь ее главный плюс – скорость срабатывания. Скорость такой форсунки увеличивается благодаря пьезоэффекту, который основан на изменении длины пьезокристалла под влиянием напряжения. Это помогает осуществлять процесс многократного и точного впрыскивания за один период работы. Устанавливается, в основном, на двигателях с дизельным топливом.

Также может отличаться расположение форсунки:

• Центральное расположение. Когда деталь размещается перед заслонкой во впускном трубопроводе.
• Непосредственное положение. Форсунки расположены вверху стенок цилиндра.
• Распределенное положение. Каждому цилиндру соответствует отдельная форсунка, которая размещается у основания впускного трубопровода.

Заменить, в случае неисправности, форсунку можно как своими руками, так и на станции техобслуживания. Но так как деталь эта требует определенных навыков, лучше обратиться к специалисту.

Вопрос-ответ по двигателю ВАЗ?

Топливная форсунка. Назначение, устройство, принцип работы

Как правило, на сегодня, большое количество автомобилей оборудуются специальными системами впрыска горючего. Интересно будет узнать, о том что идея о внедрении такой системы в автомобильный мир появилась уже в далеких 50-х годах. Так, 1951 год стал годом рождения первой системы впрыска топлива, именно в этом году компания Bosch укомплектовала ею 2-х тактный двигатель купе Goliath 700 Sport.

Последователем Bosch стал Mercedes-Benz 300 SL, который подхватил эстафету в 1954 году. И вот, уже в конце 70-х годов началось массовое, серийное введение инжекторных систем впрыска топлива. Как оказалось на практике, впрыск топлива имеет множество достоинств и отличных характеристик, по которым такая система превосходит карбюраторную подачу топлива. От карбюраторного принципа смесеобразования система впрыска топлива отличается более безошибочной дозировкой топлива, а следовательно, и большей экономичностью и приемистостью автомобильного транспорта. Также система впрыска топлива славится меньшей токсичностью выхлопных газов. Можно сделать такой вывод, что переоценить работу системы впрыска топлива практически невозможно.

Форсунка является одной из аниболее важных частей системы впрыска топлива, поэтому она во многом и определяет эффективность и надежность работы движка. Однако, именно она работает в наиболее тяжелых условиях. Каждому автолюбителю важно знать что это за деталь и как она работает, дабы в случае какой-либо неисправности системы впрыска топлива произвести правильную диагностику поломки, ведь именно от состоянии форсунки зависит хорошая работоспособность самой системы. В данной статье мы акцентируем внимание именно на строении форсунки, ее видах и принципе работы. Итак, начнем.

Типы инжекторных форсунок

Для начала давайте разберемся, что такое форсунка и какое ее предназначение. Деталь форсунки (по-другому можно назвать инжектором) представляет собой конструктивный элемент системы впрыска горючего. Главными тремя функциями, которые выполняет форсунка являются дозированная подача топлива, распыление данной топливной жидкости в камере сгорания (другими словами – впускной коллектор), а также возникновение топливно-воздушной смеси.

Как правило, форсунка приводится в эксплуатацию в системах впрыска топлива как дизельных, так и двигателей, работающих на бензине. Если говорить о современных двигателях, установленные в них форсунки руководствуются электронным управлением впрыска. Данную деталь принято разделять на три типа, в зависимости от способа произведения впрыска.

Итак, существуют такие три вида форсунки:

1. Электрогидравлическая

2. Электромагнитная

3. Пьезоэлектрическая

Теперь о каждом виде поподробнее.

Форсунка электромагнитная

Данную форсунку, как правило, принято устанавливать именно на бензиновых движках, в том числе укомплектованных системой непосредственного впрыска. Сама по себе электромагнитная форсунка имеет довольно обычное строение и состоит непосредственно из электромагнитного клапана с иглой и сопла. Работает такая форсунка по своеобразному принципу. В соотношении с заложенным алгоритмом, установленный электронный блок управления способен обеспечить в нужный момент передачу напряжения прямиком на обмотку возбуждения клапана. В этот момент создается своеобразное электромагнитное поле, которое может преодолевать усилие пружины, втянуть якорь с иглой и отпустить сопло. После проделанной операции осуществляется впрыск топлива. После того момента, как напряжение исчезнет, пружина возвращает иглу форсунки обратно на седло.

Форсунка электрогидравлическая

Как правило, электрогидравлическую форсунку принято приводить в действие на двигателях использующих дизель, в том числе и таких, которые укомплектованы системой впрыска Common Rail. Сама по себе электрогидравлическая форсунка состоит из впускной и сливной дроссели, камеры управления, а также электромагнитного клапана. Такая форсунка приводится в эксплуатацию по принципу применения в процессе работы давления топлива, как при произведении впрыска, так и при его окончании.

Как правило, на начальной позиции электромагнитный клапан обесточен и находится в закрытом состоянии, игла форсунки прислоняется к седлу благодаря мощности давления топлива на поршень, которое имеет место в камере управления. В этом случае впрыск топлива не производится. В этот момент давление топлива на иглу ввиду несоответствии площадей контакта порядка меньше чем давление на поршень.

Электронный блок управления посылает сигнал и по его команде в работу включается электромагнитный клапан, который осуществляет открытие сливной дроссели. В свою очередь, топливо, которое выходит из камеры управления, начинает проходить через дроссель прямиком в сливную магистраль. В таком случае, дроссель способна воспрепятствовать скорой стабилизации давлений в камере управления и впускной магистрали. Таким образом, происходит снижение давления на поршень, но давление топлива на иглу остается на прежнем уровне. Под воздействием давления игла двигается вверх и происходит впрыск топлива.

Форсунка пьезоэлектрическая

Пьезоэлектрическая форсунка является самым совершенным и надежным устройством, которое способно обеспечить впрыск горючего. Такую форсунку, как правило, устанавливают на двигателях, использующих дизель, которые укомплектованы системой впрыска Common Rail. Такой вид форсунки имеет много достоинств, среди которых имеет место быстрота срабатывания Данная форсунка превосходит всех своих оппоненток и является самым надежным устройством, обеспечивающим впрыск горючего.

Преимуществом пьезофорсунки является быстрота срабатывания, которая в четыре раза превышает быстроту электромагнитного клапана. Из этого следует осуществимость многократного впрыска горючего в период одного цикла, а также безошибочная дозировка впрыскиваемого горючего.

Вся операция происходит благодаря использованию пьезоэффекта в руководстве форсункой, который был основан на изменении показателей длины пьезокристалла под воздействием напряжения. Вся конструкция пьезоэлектрической форсунки состоит из пьезоэлемента, переключающего клапана, толкателя, а также иглы, которые умещаются в корпусе. Пьезофорсунка приводится в работу по такому же принципу как и электрогидравлическая, а именно по гидравлическому. В связи с высоким давлением горючего, игла, находящаяся на исходной позиции, посажена на седло.

Во время подачи электрического сигнала на пьезоэлемент, производится увеличение его длины, при этом это позволяет пьезоэлементу толкать усилие непосредственно на поршень толкателя. В этот момент, переключающий клапан приходит в открытое состояние и топливо проходит в сливную магистраль. При этом падает давление, которое находится выше иглы. При этом, за счет давления в нижней части игла идет вверх и происходит впрыск горючего. Как правило, количество впрыскиваемого топлива может определяться длительностью воздействия на пьезоэлемент, а также уровнем давления горючего в топливной рампе.

Принцип работы форсунки инжектора

Для того, чтобы разобраться в принципе работы форсунки, нужно в общем понять работу всей системы впрыска топлива. Итак, данная система производит подачу горючего в цилиндр двигателя либо во впускной коллектор по принципу прямого впрыска благодаря форсунке, или как принято называть еще, инжектора. Исходя из этого, все автомобили, которые комплектуются такой системой, получают название инжекторных.

Классифицирование инжекторного впрыска проводится в зависимости от того, какой принцип работы инжектора, а также по месту его установки и суммарному количеству инжекторов. Как правило, центральный впрыск топлива осуществляется по такому принципу: во всеобщий впускной трубопровод, с помощью форсунки впрыскивается топливо на все цилиндры двигателя.

Форсунку, как мы уже упоминали, принято устанавливать именно перед дроссельной заслонкой, в том месте, где должен находиться карбюратор. Она показывает низкое сопротивление обмотки электромагнита (до 4-5 Ом). Как же распределяется впрыск? С помощью отдельных форсунок происходит впрыск топлива во впускные трубопроводы каждого имеющегося цилиндра. Они занимают место у основания впускных трубопроводов (как правило, у корпуса головки блока цилиндров) и отличаются довольно-таки высоким сопротивлением обмоток электромагнитов (до 12-16 Ом). Он может быть и меньшим, но при условии наличия дополнительного блока сопротивлений.

Как известно, большинство современных автомобилей снабжаются системой именно распределенного впрыска топлива. Как мы уже говорили, она работает по принципу, что отдельная форсунка отвечает за свой цилиндр. Важно знать, что каждая система распределенного впрыска топлива делится на четыре разных типа:

1. Одновременный

2. Попарно-параллельный

3. Фазированный

4. Прямой

Теперь о каждом поподробнее. Одновременный тип характеризируется подачей горючего от всех форсунок системы одновременно во все цилиндры. Что ж, название говорит само за себя. Попарно-параллельный тип впрыска подразумевает парное открытие форсунок, при котором, одна открывается непосредственно пред циклом впуска, а вторая — перед циклом впуска. Главной отличительностью этого типа является применение попарно-параллельный принцип открытия форсунок в момент запуска двигателя, или же в период аварийного режима неисправности датчика положения распредвала. В период эксплуатации автомобиля, то есть во время движения, в работу включается фазированный впрыск топлива. Это тип впрыска. При котором каждый инжектор открывается перед тактом впуска. Наконец, прямой тип впрыска происходит непосредственно в камеру сгорания.

Некоторые автомобили новейшего поколения могут похвастаться подачей топлива непосредственно в камеру сгорания (это и есть непосредственный впрыск). Отличительной чертой форсунок таких двигателей является наличие высокого рабочего напряжения электромагнита, которое достигает до 100 В. Маркировки форсунок отражают фабричную, или торговую, марку либо название, а также каталожный номер, или наименование и номер серии.

Как правило, горючее подается к форсунке под определенным давлением, которое зависит от режима работы движка. Принцип действия инжектора предполагает использование сигналов микроконтроллера, который в свое время получает данные от датчиков. Поступившие на электромагнит электрические импульсы, которые исходят от блока управления, заставляют работать игольчатый клапан, который открывает и закрывает канал форсунки. Все количество топлива которое распыляется зависит от длительности импульса, которая задается непосредственно блоком управления. Если говорить о форме и направлении распыляемого факела очень важны при смесеобразовании и определяются количеством и расположением распылительных отверстий.

Как правило, если топливо впрыскивается во всеобщий трубопровод с помощью одной форсунки, то это называется системой моновпрыска. Такая система на сегодня не пользуется особым спросом среди автомобилестроителей. Большинство автопроизводств предпочитают использовать сразу две форсунки в системе впрыска.

Как ни крути, но как и любая другая система, инжекторная ситсема имеет и свои недостатки, среди которых достаточно высокая цена на узлы инжектора, низкая уровень ремонтопригодности, высокие запросы по поводу состава и качества горючего, крайняя необходимость использования специального оборудования для диагностики каких-либо поломок, и, конечно же, довольно высокие ценовые показатели стоимости ремонта.

Как устроена форсунка инжектора

А теперь давайте рассмотрим конструкцию форсунки, из чего же она состоит.Каждому автолюбителю известно, что подача топлива в форсунках происходит преимущественно сверху вниз.Если говорить в общих чертах, можно сказать, что форсунка состоит из одного, реже двух каналов. Как правило, по первому к выходу подходит распыляемая жидкость, а по второму проходят жидкость, пар, газ, который служит для распыления первой жидкости. Как показывает практика, чистая и качественная форсунка способна дать конусообразный распыл, а факел получается непрерывный и ровный.

Если детализировать построение форсунки, можно сказать, что она, в первую очередь состоит из корпуса. В верхней части корпуса можно отыскать так называемый гидравлический разъем, который, в свою очередь, закрепляется к топливной рампе.Благодаря наличию насоса и обратного клапана в рампе непрерывно поддерживается установленное давление горючего. Известно, что форсунка прикрепляется к топливной рампе посредством специального зажимного устройства.

Нижнюю часть форсунки занимает распылительная пластина с отверстиями для впрыскивания топлива. Для того, чтобы обеспечить герметичность соединения сверху и снизу находятся специальные уплотнительные кольца. С одной стороны форсунки находится электрический разъем, который используется для управления соленоидом форсунки.Весь основной механизм находится внутри форсунки и состоит из фильтрующей сетки, электромагнитной обмотки, седлом клапана, пружины, игольчатого клапана с якорем соленоида и запорным сферическим элементом, а также распылительной пластины. Сопло принято считать самым важным элементом форсунки.

Где в автомобиле находятся форсунки?

Функции и виды форсунок

Топливная форсунка, или инжектор, представляет собой своеобразный клапан, работа которого контролируется блоком управления (ЭБУ) двигателя. Это позволяет подавать топливо, находящееся под высоким давлением, строго ограниченными порциями и в заданный момент времени. В зависимости от типа системы впрыска форсунка может устанавливаться в различных местах. Так, при моновпрыске она располагается перед дросселем во впускном трубопроводе. В системе с распределенным впрыском форсунки устанавливаются в ГБЦ перед клапанами. При этом для каждого цилиндра предусматривается свой отдельный инжектор. В двигателях с непосредственным впрыском форсунки находятся в верхней части цилиндра, подавая топливо сразу в камеру сгорания.

По способу управления (типу привода) инжекторы разделяют на следующие типы:

• механические;
• электромагнитные;
• электрогидравлические;
• пьезоэлектрические.

Устройство механической форсунки

Механические форсунки применяются на дизелях. Принцип их работы основан в воздействии усилия давления топлива на запорную пружину. Когда давление в системе выше сопротивления пружины, игла поднимается и происходит впрыск. После того как давление падает, игла возвращается в исходное положение. Стоит отметить, что давление таких форсунок дизельных двигателей очень низкое, а потому они редко применяются в современном автомобилестроении.

Электромагнитные и гидромеханические инжекторы могут иметь:

• клапан форсунки со сферическим профилем;
• штифтовой клапан;
• дисковый клапан.

Как устроена электромагнитная форсунка двигателя

Такой тип инжекторов используется преимущественно в бензиновых системах, включая двигатели с непосредственным впрыском. По функциональному назначению электромагнитные форсунки разделяются на пусковые (например, в системе «K-Jetronic») и рабочие. Последние могут быть центральными (выполняют точечный впрыск) и индивидуальными (распределяют топливо по цилиндрам).

Читайте также:  Виды и особенности работы систем впрыска бензиновых двигателей

Устройство электромагнитной форсунки

Конструктивно электромагнитная форсунка самая простая. Ее основными элементами являются:

• герметичный корпус;
• разъем для подключения к электрической цепи;
• запирающая пружина;
• обмотка возбуждения клапана;
• якорь электромагнита;
• игла;
• уплотнители;
• сопло;
• фильтр-сеточка форсунки;
• распылитель.

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.

Вопреки расхожему заблуждению, сама электромагнитная форсунка бензинового двигателя не создает давление. Давление в системе создается топливным насосом.

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.

Принцип действия электрогидравлической форсунки

Устройство электрогидравлической форсунки двигателя

Электрогидравлический инжектор (насос-форсунка) — это форсунки топливные дизельные. Они подходят для типовых ТНВД и систем Common Rail. Состоят такие форсунки из следующих элементов:

• сопло;
• пружина;
• камера управления;
• дроссель слива;
• якорь электромагнита;
• магистраль слива топлива;
• разъем для подключения к электрической цепи;
• обмотка возбуждения;
• штуцер подачи топлива;
• дроссель на впуске;
• поршень;
• игла распылителя.

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.

Особенности работы пьезоэлектрической форсунки

Устройство пьезоэлектрической форсунки двигателя

Это исключительно дизельная форсунка, которая считается наиболее прогрессивной, поскольку обеспечивает более быстрое срабатывание, максимально точную дозировку и позволяет выполнять многократный впрыск на протяжении одного цикла. Она применяется в дизельных двигателях Common Rail. Пьезоэлектрические форсунки двигателя состоят из таких деталей:

• игла;
• уплотнители;
• блок дросселей;
• пружина запора иглы;
• переключающий клапан форсунки;
• пружина клапана;
• поршень клапана;
• пьезоэлемент;
• сливная магистраль;
• поршень толкателя;
• фильтр;
• разъем для подключения к цепи питания;
• нагнетательная магистраль.

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.

Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного 

Инжектор представляет собой принципиально другой способ подачи топлива в камеру сгорания по сравнению с карбюратором. Другими словами, в инжекторном моторе наибольшие конструктивные изменения коснулись системы питания и топливоподачи.  В карбюраторном двигателе бензин смешивается с определенной частью воздуха во внешнем устройстве (карбюраторе). 

После образовавшаяся топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндры двигателя. Инжекторный двигатель имеет специальные инжекторные форсунки, которые дозировано впрыскивают горючее под давлением, после чего происходит смешение порции топлива с воздухом. Если сравнивать эффективность подачи горючего инжектором и карбюратором, мотор с инжектором оказывается до 15%!мощнее. Также отмечается существенная экономия топлива на разных режимах работы двигателя.

Форсунка дизеля, виды форсунок дизельных двигателей, устройство и принцип действия

На дизельных моторах, а том числе и на тех, которые оснащены системой впрыска «Common Rail», применяют электрогидравлические форсунки. В конструкцию данного устройства входит — электромагнитный клапан, камера управления, а также сливная и впускная дроссели.

Принцип работы такого оборудования основывается на использовании давления топлива при впрыске, а также, после его прекращения. В исходном положении электромагнитный клапан полностью закрыт и обесточен, игла прибора прижата к седлу при помощи давления на поршень горючего в камере управления. Впрыск топлива в таком положении не производится. Стоит отметить, что давление горючего на иглу, в данной ситуации, меньше давления, которое производится на поршень, в результате разности площадей контакта.

После команды ЭБУ, срабатывает электромагнитный клапан и производится открытие сливной дроссели. Топливо, которое находится в камере управления, при этом, вытекает через дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель является препятствием, чтобы осуществилось быстрое выравнивание давлений во впускной магистрали и камере управления. Постепенно происходит уменьшение давления на поршень, однако давление горючего, осуществляемое на иглу, не изменяется, в результате чего осуществляется поднятие иглы и впрыск горючего.

Рабочие параметры и неисправности инжекторов

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.

(2 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

Устройство простейшего инжектора

Инжектор включает в себя такие исполнительные элементы, как:

• бензонасос (электрический),
• ЭБУ (контроллер),
• регулятор давления,
• датчики,
• форсунка (инжектор).

Соответственно, схема инжектора: электробензонасос подает топливо, регулятор давления поддерживает разницу давления в инжекторах (форсунках) и воздухом впускного коллектора. Контроллер, обрабатывает информацию от датчиков: температуры, детонации, распредвала и коленвала, и управляет системами зажигания, подачи топлива и так далее.

Всем хороша инжекторная система впрыска топлива, но и она не обошлась без своих особенностей. Приверженцы карбюраторов, называют их недостатками. Особенностями инжектора смело можно назвать: достаточно высокая стоимость узлов инжектора, низкая ремонтопригодность, высокие требования к качеству и составу топлива, необходимость специального оборудования для диагностики, и высокая стоимость ремонтных работ.

Пьезофорсунка, достоинства

1. Высокий КПД форсунки.
2. Снижение шума в процессе работы мотора.
3. Возможность перемены давления впрыска.
4. Увеличение быстродействия форсунки.

Форсунка дизельного двигателя.

Устройства и приборы высокого давления

Форсунки дизельного двигателя

Назначение форсунок и требования к ним

Форсунка служит для подачи топлива в цилиндр двигателя, распыления и распределения топлива по камерам сгорания.

Условия работы форсунок очень тяжелые – они подвержены воздействию колоссальных давлений и тепловых нагрузок. Впрыск начинается при температуре в камере сгорания 700…900 ˚С и давлении 3…6 МПа, а заканчивается при температуре до 2000 ˚С и давлении 10…11 МПа.

К форсункам предъявляются следующие очень жесткие требования:

• оптимальная дисперсность, т. е. высокая степень дробления капель топлива, так как чем меньше капли, тем больше их суммарная поверхность, быстрее происходит нагрев и сгорание топлива, но при этом уменьшается длина факела;
• обеспечение такой скорости струи топлива, чтобы оно достигало краев камеры сгорания, поэтому капли не должны быть слишком мелкими – средний размер капель (с учетом требования по первому пункту) – 30…50 мкм;
• распределение впрыскиваемого топлива по всему объему камеры сгорания;
• резкое начало впрыска и его прекращение.

Форсунки бывают открытые и закрытые.
Открытые форсунки обеспечивают постоянную подачу топлива. В современных дизелях такие форсунки не применяются.
В дизельных двигателях применяют закрытые форсунки, которые открываются только в момент подачи топлива в камеру сгорания.

Закрытые форсунки могут быть двух типов – одно- и многодырчатые. Первые устанавливают на двигателях с вихревыми камерами сгорания, вторые с неразделенными камерами сгорания.

Различают, также, механические форсунки и форсунки, управляемые электроникой.
Современные системы питания дизельных двигателей используют впрыск, управляемый компьютером (электронным блоком управления). На основании информации, поступающей от многочисленных датчиков, такие системы учитывают многие процессы и текущие параметры работы двигателя. Форсунки в таких системах управляются специальными электромагнитными или пьезоэлектрическими устройствами, что открывает широкие возможности повышения эффективности работы двигателя, а также его экологичности.

К отдельной категории устройств для впрыска топлива в цилиндры относятся насос-форсунки, представляющие собой своеобразный гибрид между ТНВД и форсункой в одном узле.

***

История изобретения форсунки

Как известно, Рудольф Дизель изначально планировал работу своего знаменитого детища на угольной пыли. Его система питания содержала специальный насос, вдувавший угольную пыль в цилиндр двигателя сжатым воздухом. Однако, уголь оказался низкокалорийным топливом, не способным дать высокой температуры сгорания, и Дизелю пришлось обратить свой гениальный взор к жидким топливам. Ведь разница температур в цикле работы двигателя – прямой путь к повышению КПД, как установил француз Николя Сади Карно.

Сначала Дизель попробовал впрыскивать в цилиндр своего двигателя бензин, но при первом же испытании двигателя произошел взрыв, едва не стоивший жизни самого Дизеля и его помощников, и изобретателю пришлось применить менее взрывоопасное топливо – керосин.
В июне 1894 года Дизель построил двигатель, использующий в качестве топлива керосин, который впрыскивался в цилиндры специальной форсункой. Для впрыскивания керосина применялся пневматический компрессор, развивавший давление, превышающее давление в цилиндре двигателя. За такими двигателями закрепилось название «компрессорные дизели».

Идея гидравлического впрыска топлива в дизельных двигателях принадлежит, как утверждает история, французскому инженеру Сабатэ, который, к тому же, предложил многократный впрыск, т. е. впрыск, осуществляемый в несколько этапов (эта идея используется в современных системах питания — Common Rail и насос-форсунка).

В 1899 году русский инженер Аршаулов впервые построил и внедрил топливный насос высокого давления оригинальной конструкции — с приводом от сжимаемого в цилиндре воздуха, работавший с бескомпрессорной форсункой. Эти форсунки устанавливались на дизелях, выпускавшихся Механическим заводом «Людвиг Нобель» в Петербурге в начале прошлого века («русские дизели»).

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, а также создал удачную модификацию бескомпрессорной форсунки. Эти устройства с различными усовершенствованиями используются в системах питания дизельных двигателей и в наши дни.

Дизельные двигатели, использующие в системе питания повышение давления топлива перед впрыском, называют «бескомпрессорными дизелями».
В настоящее время классические компрессорные дизели не имеют практического применения. В современных двигателях впрыск осуществляется бескомпрессорными способами.

Однако, наука и техника не стоят на месте, и, благодаря широкой компьютеризации всех систем автомобиля, в настоящее время механические форсунки постепенно вытесняются более совершенными устройствами, управляемыми электроникой.

***

Принцип действия многодырчатой форсунки

В многодырчатой форсунке основной частью является распылитель. Он состоит из корпуса 1 (рис. 1, а) и иглы 2. Распылитель притянут к корпусу 7 форсунки накидной гайкой 3. Сверху на иглу давит пружина 12 (рис. 1, б). Топливо в полость Б форсунки подается по каналу В.
Когда нет подачи топлива насосом (рис. 1. I), давление в полости Б составляет 2…4 МПа. Топливо давит на нагрузочный поясок Г иглы, но эта сила меньше силы пружины, которая прижимает иглу к распылителю. Игла запорным конусом Д перекрывает выходные отверстия – сопло А.

При подаче топлива насосом сила давления топлива на поясок Г становится больше силы пружины, игла поднимается, и через сопло А с большой скоростью топливо впрыскивается в камеру сгорания. После окончания подачи топлива давление падает, пружина возвращает иглу на место, запирая выходные отверстия распылителя, и впрыск прекращается.

Подъем иглы ограничен упором ее верхних заплечиков в корпус 5 форсунки и составляет 0,2…0,25 мм.

Качество дробления топлива зависит от скорости его движения через сопла, которая, в свою очередь, зависит от давления впрыска. При нормальном режиме скорость струи топлива составляет 200…400 м/с. Для этого необходимо создать перепад давлений в форсунке и камере сгорания 5…10 МПа. Поскольку давление в цилиндре в момент впрыска достигает 3…5 МПа, давление топлива в форсунке должно быть более 10…20 МПа.
Чтобы обеспечить работу форсунки при таком давлении, корпус распылителя и игла выполнены очень точно и притерты друг к другу. Они являются третьей прецизионной парой в магистрали высокого давления. Игла и корпус распылителя не подлежат разукомплектованию и подлежат замене только в комплекте.

Устройство многодырчатой форсунки

На двигателях с неразделенными камерами сгорания устанавливают, как правило, многодырчатые форсунки. Так, на двигателях КамАЗ-740 устанавливается форсунки серии 33, на двигателях ЗИЛ-645 и ЯМЗ-240 – форсунки Б-2СБ, на двигателях ЯМЗ-238 – форсунки модели 80 (см. рисунок 2 внизу страницы).

К корпусу 7 форсунки накидной гайкой 3 притянут распылитель с иглой 2. Распылитель имеет четыре сопловых отверстия диаметром 0,3 мм. На иглу через штангу 13 давит пружина 12. Топливо от насоса подается в полость форсунки через штуцер 9, в котором установлен фильтр 10. Верхнее отверстие в корпусе служит для отвода в бак топлива, просочившегося через зазоры между иглой и распылителем. Штифты 4 и 6 определяют точное положение распылителя относительно корпуса и топливных каналов. Прокладками 11 регулируют натяжение пружины, которое определяет давление начала впрыска.

Форсунки устанавливают в специальные гнезда головки цилиндра и закрепляют скобами.
Между корпусом форсунки и головкой блока размещается уплотнительная медная шайба (кольцо), которая надевается на корпус распылителя и вместе с форсункой аккуратно вставляется в гнездо головки. Такая шайба служит не только уплотнителем между форсункой и головкой, но и обеспечивает хороший теплоотвод от распылителя к головке цилиндров.
Уплотнительное кольцо 8 предохраняет полость клапанной крышки от попадания в нее пыли и влаги.

***

Устройство однодырчатой штифтовой форсунки

Однодырчатые форсунки иногда называют штифтовыми, поскольку конец ее иглы выполняется в виде штифта. Такие форсунки устанавливают, как правило, в дизелях с разделенными камерами сгорания.
Конструкция распылителя таких форсунок обеспечивает объемно-пленочное смесеобразование, поскольку распыливание топлива более направленное, чем в многодырочных форсунках, и значительная часть топлива достигает стенок камер сгорания, образуя быстро испаряющуюся пленку.

Дизели с вихревыми (раздельными) камерами сгорания менее чувствительны к составу топлива и устойчивее работают в широком диапазоне частот вращения. Применяемые с ними форсунки рассчитаны на меньшее давление, следовательно, не требуют столь высокой точности изготовления, как форсунки для неразделенными камерами сгорания, а потому дешевле.

На рис. 1,в показан распылитель штифтовой однодырчатой форсунки. Такая форсунка устанавливается в вихревых камерах сгорания и имеет одно сопло.
Конец иглы 2 выполнен в виде штифта 13 конусной формы, выступающего за пределы корпуса распылителя. Штифт служит для формирования факела топлива в виде конуса.
Принцип работы однодырчатых форсунок не отличается от принципа работы многодырчатых форсунок.

Устройство некоторых типов форсунок, применяемых на автотракторных дизельных двигателях отечественного производства приведено на рисунке 2.

***

Трубопроводы высокого давления дизеля

Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Форсунки. Описание. Типы.

Инжектор под названием форсунка является основным элементом, предназначенным для подачи топлива, и преобразование ее в топливно-воздушную смесь.

Конструктивный элемент форсунка используют для впрыска топлива в камеру сгорания в бензиновых и дизельных двигателях. В наше время для лучшей производительности устанавливают электронный впрыск для управления форсунки.

В зависимости от управления форсункой различают несколько способов впрыска:
1.Электромагнитая система;
2.Электрогидравлическая система;
3.Пьзеоэлектрическая.

Электромагнитная форсунка

Чаще всего электромагнитную форсунку устанавливают на бензиновых двигателях системой непосредственного впрыска. Для роботы форсунки используется электромагнитный клапан с иглой и сопло.

Принцип роботы электромагнитной форсунки

Работа форсунки починается с подачи напряжения на обмотку клапана с помощью электронного блока управления. В этот момент электромагнитное поле втягивает иглу за счет преодоления пружины. Как только игла освободила сопло происходит впрыск топлива. После впрыска игла возвращается на исходное положение.

Электрогидравлическая форсунка

В отличии от электромагнитной форсунки электрогидравлическую устанавливают на дизельных двигателях разом с системой впрыска Common Rail. Она состоит из клапана, камеры управления, и впускной и сливной дроссели.

Принцип роботы

Основа роботы форсунки — это давление, которое используется при впрыске топлива. В исходном положении   игла опущена и прижата к седлу, клапан закрыт. Впрыск производится только когда клапан открывается. Блок управления подает сигнал на клапан а он в свою очередь открывает сливную дроссель. Топливо течет по дроссели и переходит в впускную магистраль. Давление топлива снижается на поршень при этом поднимая иглу и впрыскивая топливо.

Пьезоэлектрическая форсунка

Пьезофорсунка является совершенным, устройством которое обеспечивает высокое качество впрыска топлива. Конструкцию форсунки оборудовала система Common Rail Она устанавливается на дизельных двигателях.

Преимущества такой технологии и ее составные элементы:
Форсунка срабатывает в 4 раза быстрее электромагнитной форсунки и это дает возможность многократно впрыскивать топливо за один цикл. Топливо впрыскивается с большой точностью. Такой результат стало возможно получить благодаря пьезо-кристаллу под действием давления.  Как и все форсунки пьезоэлектрическая имеет конструкцию из нескольких элементов таких как пьезоэлемент, толкатель, клапан и игла. Все эти элементы помещаются в корпусе форсунки.

Принцип роботы пьезоэлектрической форсунки

Работа осуществляется на основе гидравлического принципа. В начальном положении игла опущена за счет давления. Электрические сигнал передается блоком управления на пьезоэлемент увеличивая этим давление на поршень толкающего элемента. Как только клапан открывается, топливо поступает в специальную магистраль. Давление топлива снижается. Впрыск топлива происходит в момент поднятия иглы под давлением.  Дозировка топлива которое впрыскивается определяется двумя способами:
1.    Количеством затраченного времени воздействия на пьезоэлемент.
2.    Уровнем давления топлива в рампе.

Видео — принцип работы форсунки Bosh

• < Назад
• Вперёд >

Из чего состоит форсунка электронного впрыска. Форсунки для дизельных двигателей – ухаживаем за ними правильно

Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.

Форсунка является основным исполнительным устройством в любой системе впрыска. Ее главная задача — распылять топливо на мелкие частицы в нужном месте впускного воздушного тракта или непосредственно в цилиндрах двигателя. Форсунки бензиновых и дизельных двигателей выполняют одинаковые функции, но по принципу действия и конструкции — это совершенно разные устройства. В данной главе описываются форсунки только для бензиновых двигателей.

Общие сведения

Форсунки впрыска бензина (ФВБ) по конструктивному устройству и по типу реализованного в них способа управления подразделяют на гидромеханические, электромагнитные, магнитоэлектрические и электрогидравлические. В современных системах впрыска бензина используются в основном первые два вида.

По назначению в системе впрыска форсунки бывают пусковыми и рабочими. Рабочие форсунки делят на два вида: центральные форсунки для одноточечного импульсного впрыска и клапанные форсунки для впрыска топлива с распределением по цилиндрам. Разрабатываются рабочие форсунки для впрыска бензина под высоким давлением непосредственно в цилиндры двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Следует отметить, что форсунки впрыска бензина изготовляются под каждый тип двигателя индивидуально, т.е. форсунки впрыска не унифицируются и, как правило, не могут переставляться с одного типа двигателя на другой. Исключение составляют универсальные гидромеханические форсунки фирмы BOSCH для механических систем непрерывного впрыска бензина, которые широко применялись на различных двигателях в составе системы «K-Jetronic». Но и эти форсунки имеют несколько невзаимозаменяемых модификаций.
Почти все форсунки впрыска бензина содержат внутри корпуса мелкосетчатый фильтр тонкой очистки топлива, который часто является причиной нарушения работоспособности форсунки. Восстановить нормальную работу форсунки с загрязненным фильтром можно принудительной промывкой всей системы впрыска специальным многокомпонентным растворителем, который добавляют в моторное топливо (в бензин), и двигатель включают в работу на холостом ходу на 30-40 мин. В настоящее время для этой цели продаются специальные промывочные установки и растворитель. Промывка форсунки вне двигателя путем «отмачивания» в ацетоне или продувкой воздухом не эффективна.
Следует также заметить, что современные форсунки впрыска бензина неразборные и ремонту с демонтажом на детали не подлежат.

Гидромеханические форсунки

Гидромеханические форсунки (ГМ-форсунки) бывают открытого и закрытого типов. Первый тип ГМ-форсунок представляет собой жиклерные форсунки и в современных системах впрыска бензина не используется. ГМ-форсунки закрытого типа предназначены для применения в механических системах непрерывного распределенного по цилиндрам впрыска топлива на бензиновых ДВС. Такие форсунки не имеют электрического управления. Они открываются под напором бензина, а закрываются возвратной пружиной. Давление напора бензина, при котором закрытая форсунка открывается, называется начальным рабочим давлением (НРД) форсунки и обозначается как Рфн. ГМ-форсунки закрытого типа устанавливаются в предклапанных зонах впускного коллектора для каждого цилиндра в отдельности.

По конструкции закрытые форсунки могут различаться устройством запорного клапана и способом крепления в литом корпусе впускного коллектора. По типу запорного устройства закрытые форсунки подразделяют на форсунки со сферическим, дисковым и штифтовым клапаном; по способу крепления — на вставные и резьбовые.
Закрытые ГМ-форсунки в дозировании топлива участия не принимают. Их главная функция — распылять бензин на горячие впускные клапаны двигателя. При этом распыленные частицы бензина переходят в парообразное состояние, а впускной клапан охлаждается. Чтобы не было соприкосновения струи бензина со стенками предклапанной зоны впускного коллектора, бензин распыляется с раскрывом на угол не более 35е, а форсунка по отношению к клапану устанавливается по строго заданной геометрии.
Дозирование топлива в механической системе впрыска производится изменением напора бензина у постоянно открытого распылительного сопла форсунки. При этом давление напора формируется давлением вне форсунки — в дифференциальном клапане дозатора-распределителя механической системы впрыска.
Для того чтобы клапан форсунки закрытого типа находился в состоянии «открыто», давление бензина в клапанной полости 6 должно быть все время несколько выше усилия Рп возвратной пружины 10 (Рфн > Р„).
Это достигается заданием достаточно высокого (не менее 6 бар) рабочего давления Ps (РДС) в системе (в топливоподающей магистрали до дозатора-распределителя) и поддержанием РДС на постоянном уровне.

Основными параметрами закрытой форсунки являются пять показателей.

1. Начальное рабочее давление Рфн (НРД) форсунки сразу после ее сборки на заводе-изготовителе (давление открывания новой форсунки). НРД для закрытых форсунок разных модификаций лежит в пределах 2,7…5,2 кг/см2. Для новых форсунок из одного типоразмерного ряда НРД может отличаться не более чем на ±20%. При подборе комплекта форсунок на двигатель различие НРД не должно превышать ±4%. В продажу (как запчасти) форсунки поступают с одинаковым НРД в упаковке. Замена форсунок неполным комплектом может стать причиной нарушения нормальной работы двигателя.

2. Минимальное рабочее давление Рф т|„ (МРД) форсунки после ее приработки на двигателе (после 5000 км пробега). Это давление становится меньше НРД новой форсунки на 15…20% и стабилизируется (за 5 лет нормальной эксплуатации изменяется не более чем на 5%).

3. Рабочее давление Рф форсунки после ее приработки. Это изменяющееся во время работы двигателя давление во внутренней полости форсунки от минимального рабочего давления Рф min (МРД) до максимального значения рабочего давления Ps max(РДС)в механической системе впрыска.

4. Давление отсечки форсунки Р0 (ДОТ). Это давление, ниже которого форсунка надежно закрытаиногда называется давлением слива). Давление отсечки всегда меньше Рф min на 1,0…1,5 кг/см2, но несколько больше остаточного давления Рост в системе впрыска сразу после выключения двигателя.

5. Производительность Пф форсунки. Это количество бензина, которое распыляется через постоянно открытую форсунку за единицу времени при определенном рабочем давлении Рф в полости форсунки. Обычно Пф закрытой форсунки задается для двух крайних значений рабочего давления: Рф min и Ps max. Этим двум значениям соответствуют два режима работы двигателя: Рф m,n — холостому ходу, Ps m8K — полной нагрузке. Производительность Пф задается в см3/мин или в гр/с. Например, для закрытых форсунок 5-ти цилиндрового ДВС автомобиля AUDI-1O0 (2,2 л, 140 л/с) показатели производительности соответственно равны 30 и 90 см3/мин (при работе в системе «K-Jetronic»).
Вышедшие из строя форсунки закрытого типа ремонту не подлежат, но, как и любые другие, могут быть «промыты» в составе системы впрыска на работающем двигателе.

Электромагнитные форсунки

Электромагнитные форсунки применяются в современных системах впрыска бензина в качестве клапанных рабочих и пусковых форсунок (для систем распределенного по цилиндрам впрыска с электронным управлением), а также в качестве центральных форсунок впрыска (в системах питания с моновпрыском). Центральная форсунка наиболее распространенной конструкции для систем впрыска бензина группы «Mono».
Современные ЭМ-форсунки способны надежно срабатывать со скважностью* S = 0,5 и при этом устойчиво (управляемо) удерживать открытое состояние в течение 2…2,5 мс. Разброс этого параметра в конкретном типоразмерном ряде форсунок не более ±5%. Такой быстроте срабатывания ЭМ-форсунки отвечает частота возвратно-поступательного движения подвижного стержня электромагнита форсунки в 200…250 с-1. Это является пределом возможного для данного типа электроуправляемых форсунок.
При применении ЭМ-форсунок в качестве клапанных рабочее давление Ps в системе впрыска может быть понижено с 6,5 бар (в механических системах) до 4,8…5 бар, что повышает надежность работы электробензонасоса и понижает вероятность протечек топлива в уплотнительных соединениях бензома-гистралей.
При электронном управлении форсунками точность дозирования впрыснутого бензина значительно повышается. Это становится возможным потому, что давление внутри ЭМ-форсунки поддерживается постоянным, и количество впрыснутого топлива определяется только временем открытого состояния форсунки.

Основными параметрами ЭМ-форсунки являются:

1. Постоянное рабочее давление в полости форсунки (РДФ), равное рабочему давлению Ps системы, выраженное в бар.

2. Производительность форсунки (пропускная СПОСОбнОСТЬ В ОТКРЫТОМ СОСТОЯНИИ — В СМ3/МИН или в г/с при заданном Ps РДС).

3. Минимальное напряжение надежного срабатывания форсунки (постоянное напряжение в вольтах).

4. Минимальное время цикловой подачи топлива (минимальное надежно управляемое время продолжительности открытого состояния форсунки — в мс).

5. Внутреннее омическое сопротивление Нф форсунки (сопротивление катушки соленоида — в омах).

На корпусе форсунки набивается цифровой код, по которому в справочном каталоге можно определить все вышеперечисленные параметры. На корпусе выбивается также торговый знак или название фирмы-изготовителя.
О внутреннем омическом сопротивлении Нф форсунки следует сказать отдельно. Если катушка соленоида намотана медным проводом, то получить величину Нф более 2…3 Ом невозможно (накладывается требование минимизации индуктивности Ls катушки). В таком случае для ограничения величины рабочего тока 1ф форсунки последовательно с катушкой соленоида включают дополнительный резистор. Применяют также обмоточный провод с высоким удельным сопротивлением (для катушки соленоида), что исключает необходимость установки дополнительных резисторов. Но в любом случае общий средний ток управления сразу всеми форсунками (или группой форсунок) впрыска на двигателе не должен превышать значения 3…5 А. В некоторых случаях на многоцилиндровых двигателях применяют «групповое» управление форсунками. Это когда форсунки объединены в группы, а каждая группа управляется от отдельного электронного блока. Но наиболее эффективной является система впрыска бензина, в которой каждая рабочая клапанная ЭМ-форсунка управляется независимо от других (последовательный синхронизированный распределенный по цилиндрам импульсный впрыск бензина с управлением от многоканального ЭБУ впрыском).

По типу запирающего клапана ЭМ-форсунки, как и гидромеханические, подразделяют на три вида:

Форсунки со сферическим профилем запорного элемента:

Форсунки с штифтовым клапаном (с конусным или игольчатым запорным стержнем):

Форсунки с дисковым клапаном (с плоским или тарельчатым запорным элементом).

Выпускаются форсунки с внутренним электрическим сопротивлением 2,4 Ом: 12,5 Ом; 16 Ом. Малое сопротивление связано с применением обмоточного провода из меди и с необходимостью иметь малую величину индуктивности L соленоида, которая прямо зависит от числа витков Wc обмотки соленоида.
Низкое сопротивление форсунки увеличивают дополнительным сопротивлением в 6…8 Ом, что уменьшает потрябляемый ток. Обмотки высокоомной форсунки выполнены из провода с большим удельным сопротивлением (например, из латуни), что позволяет иметь малое L и большое R.
По производительности П впрыска форсунки подбирают по типам и мощности тех двигателей, на которые эти форсунки устанавливаются. Производительность форсунки определяется под рабочим давлением системы, как количество Кв бензина, прошедшего через форсунку за единицу времени t, если она постоянно открыта.

Пусковые электромагнитные форсунки

К электромагнитным форсункам относятся и пусковые гидроклапаны с электромагнитным управлением, которые по принципу действия мало чем отличаются от ЭМ-форсунок. Именно поэтому пусковые гидроклапаны чаще называют пусковыми форсунками.
Основное назначение пусковой форсунки (ПС-форсунки) — это работа в механической системе непрерывного распределенного впрыска во время запуска холодного двигателя. Иногда ПС-форсунка используется как форсажное устройство, наподобие ускоритвльного насоса в карбюраторе, или как устройство для запуска перегретого двигателя с турбонаддувом. Пусковая форсунка применяется и в некоторых системах впрыска группы «L». В любом случае ПС-форсунка работает непосредственно от бортсети автомобиля, а в систему электронного управления двигателем включается опосредовано через специальное электронное реле управления.
К ПС-форсункам требования высокой скорости срабатывания не предъявляются, что значительно упрощает конструктивное исполнение ее составных компонентов. Так, масса якоря электромагнита, который (якорь) одновременно является и запирающим элементом клапана форсунки, число витков катушки электромагнита, сечение распылительного сопла, упругость возвратной пружины — все это заметно увеличено по сравнению с рабочей клапанной ЭМ-форсункой.

Форсунка закрытого типа с плунжерным насосом

Ведутся исследования в направлении поиска принципиально новых способов впрыска бензина с помощью форсунок. Испытаны так называемые магнитоэлектрические форсунки, которые отличаются высоким быстродействием (0,5 мс), так как работают с принудительным высокочастотным (до 1000 с»1) переключением полярности магнитного поля в катушке соленоида.
Перспективными считаются также форсунки закрытого типа с дополнительным электромагнитным управлением (электрогидравлические).
В системах впрыска бензина группы «Д» (впрыск в камеру сгорания) используется насос-форсунка закрытого типа с плунжерным насосом высокого давления, который приводится в действие от кулачка распредвала.

Насос-форсунка оснащен сливным каналом с быстродействующим электрогидравлическим клапаном. Комбинация — плунжерный насос, закрытая гидромеханическая форсунка, электроуправляемый от электронной автоматики сливной канал — дает возможность реализовать так называемый «послойный впрыск бензина» непосредственно в камеру сгорания ДВС. Это обеспечивает значительную экономию топлива за счет работы двигателя на очень бедных ТВ-смесях (а = 2,0), а также повышает ряд его эксплуатационных показателей.
При послойном впрыске цикловая подача бензина непрерывно дифференцируется по времени посредством управления давлением в рабочей полости насос-форсунки (под плунжером). Давление регулируется электроуправляемым гидроклапаном в сливном канале. Суть послойного впрыска топлива состоит в его подаче отдельными, строго дозированными порциями. Получается так: за один цикл впрыска бензин подается прямо в цилиндр не сплошной однородной струей, а несколькими частями, каждая из которых образует «свой» коэффициент избытка воздуха а. В объеме цилиндра образуется «послойный пирог» из ТВ-смеси разной концентрации. Преимущество послойного впрыска бензина состоит в том, что в первый момент воспламенения в зону центрального электрода свечи зажигания подается нормальная (стехиометрическая) ТВ-смесь с а = 1, которая легко возгорается. Далее процесс горения топлива в очень бедной ТВ-смеси (а = 2.0) поддерживается за счет «открытого огня», образовавшегося в первый момент воспламенения. Однако система впрыска бензина с насос-форсунками обладает двумя существенными недостатками: она содержит дорогостоящие и очень сложные механические устройства, а также способствует появлению значительных количеств оксидов азота (N0X) в выхлопных отработавших газах двигателя, бороться с которыми крайне сложно. Тем не менее система выпускается фирмой TOYOTA для двигателей TD4 легковых автомобилей.
Обслуживание форсунок (инжектора) бензиновых двигателей

Многие современные автомобили оснащаются системами впрыска топлива. Состояние форсунок — неотъемлемой части системы впрыска — во многом определяет эффективность работы двигателя. Впрыск топлива имеет неоспоримые преимущества по сравнению с карбюраторным принципом смесеобразования. В первую очередь, это более точное дозирование топлива, а следовательно, большая экономичность и приемистость автомобиля и меньшая токсичность отработавших газов. Однако основная исполнительная деталь системы впрыска — форсунка — работает в тяжелых условиях и поэтому весьма требовательна к обслуживанию.

Общие понятия

Форсунка (инжектор) — управляемый электромагнитный клапан, обеспечивающий дозированную подачу топлива в цилиндры двигателя. Существуют форсунки для центрального (одноточечного, моно) и для распределённого (многоточечного) впрыска. Блок управления — электронный блок, управляющий системой впрыска, в частности работой форсунок.

Устройство и принцип работы

Топливо подаётся к форсунке под определённым (зависящим от режима работы двигателя) давлением. Электрические импульсы, поступающие на электромагнит форсунки от блока управления, приводят в действие игольчатый клапан, открывающий и закрывающий канал форсунки. Количество распыляемого топлива пропорционально длительности импульса, задаваемой блоком управления. Форма и направление распыляемого факела играют существенную роль в процессе смесеобразования и определяются количеством и расположением распылительных отверстий.

Расположение, классификация и маркировка форсунок

Центральный впрыск — В общий впускной трубопровод топливо впрыскивается одной форсункой (или двумя как на Хонде), которая устанавливается перед дроссельной заслонкой, в месте, где «должен стоять карбюратор», и характеризуется низким сопротивлением обмотки электромагнита (до 4-5 Ом).Распределённый впрыск — Отдельные форсунки осуществляют впрыск топлива во впускные трубопроводы каждого цилиндра. Они располагаются у основания впускных трубопроводов (у корпуса головки блока цилиндров) и отличаются относительно высоким сопротивлением обмоток электромагнитов (до 12-16 Ом). Или меньшим, но с дополнительным блоком сопротивлений. На некоторых автомобилях последнего поколения топливо подаётся непосредственно в камеру сгорания (непосредственный впрыск). Форсунки таких двигателей отличаются высоким рабочим напряжением электромагнита (до 100 В).В маркировке форсунок может отражаться фабричная (торговая) марка или название; каталожный номер или наименование; номер серии.

Основные признаки и причины неисправности форсунок

Состояние форсунок существенно влияет на работу двигателя. Основными признаками их неисправности бывают: недостаточная мощность, развиваемая двигателем; рывки и провалы при увеличении нагрузки на двигатель; неустойчивая работа на малых оборотах; повышенная токсичность отработавших газов. Наиболее распространенной неисправностью форсунок является их загрязнение. Они расположены в зоне воздействия высоких температур. Следствие этого — закоксовывание содержащимися в топливе (особенно низкокачественном) смолами, образование на форсунке твердых отложений, перекрывающих (частично или полностью) распылительные отверстия и нарушающих герметичность игольчатого клапана. Кроме того, общее загрязнение элементов топливной системы (бака, трубопроводов, фильтра и т.д.) приводит к засорению частичками шлама каналов и фильтра форсунки. Основным способом восстановления нормальной работоспособности форсунок является их промывка.

Промывка форсунок

Эта операция подразумевает удаление (вымывание) накопившихся загрязнений из системы. К основным способам промывки форсунок относятся: промывка специальными присадками к топливу; промывка без демонтажа форсунок с двигателя с помощью специальной установки; промывка на ультразвуковом стенде с демонтажом форсунок с двигателя. Промывка с помощью присадок к топливу отличается простотой и заключается в периодическом (каждые 2-3 тыс.км) добавлении в топливо специальных препаратов. Это позволяет промывать не только сами форсунки, но и всю топливную систему. Данный способ эффективен при регулярном удалении небольших загрязнений и носит, скорее, профилактический характер. Внимание! Удаление застарелых отложений подобным методом может привести к прямо противоположному результату: большое количество шлама, смытого моющей присадкой со стенок топливной системы, засоряет трубопровод, топливный фильтр, а иногда и сами форсунки, окончательно выводя их из строя. Промывка форсунок с помощью специальной установки без их демонтажа заключается в работе двигателя на специальном промывающем топливе (сольвенте). Для этого отключается штатный топливный насос автомобиля и магистраль слива топлива в бак (обратка), а топливопровод системы впрыска соединяется с установкой, имеющей резервуар с сольвентом, который под давлением подаётся на форсунки. Процесс делится на несколько этапов. Сначала двигатель работает в течении 15 минут в режиме холостого хода. Затем его останавливают на 15 минут для размягчения особо стойких отложений. Потом двигатель снова запускается и работает 15 минут в режиме периодического увеличения оборотов до их максимального числа. Заключительным этапом промывки является восстановление соединений штатных топливопроводов и работа двигателя на бензине в течении 30 минут. Подобную промывку рекомендуется проводить через каждые 15-20 тыс. км пробега. Промывка на ультразвуковом стенде с демонтажом форсунок применяется в качестве крайней меры для удаления больших затвердевших отложений, когда первые два способа не приводят к желаемым результатам. Принцип действия таких стендов основан на разрушении отложений погруженной в специальный моющий состав форсунки с помощью ультразвука. Кроме того, стенды, как правило, позволяют точно оценить производительность и качество распыла форсунки.

Старайтесь избегать заправок топливом на сомнительных АЗС. Использование качественного бензина продлит срок службы инжектора. Соблюдайте рекомендуемые сроки замены топливного фильтра

23.01.2013 в 03:01

Форсунка имеет еще одно название– инжектор. Предназначена она для подачи топлива определенными дозами, распыления топлива в камере, осуществляющей сгорание и образование топливно-воздушной смеси.

Форсунка устанавливается на бензиновых и дизельных двигателях. В данный момент используются форсунки с электронным управлением впрыска.

Конструкция и принцип работы

Форсунки различаются по способу впрыска и делятся на:

– электромагнитные;

– электрогидравлические;

– пьезоэлектрические.

Электромагнитная форсунка устанавливается на бензиновые двигатели, не является исключением и двигатель с непосредственным впрыском. Конструктивно форсунка достаточно проста и состоит из электромагнитного клапана с иглой и сопла.

Данный тип форсунки осуществляет начало работы с поступлением напряжения на обмотку возбуждения клапана согласно заложенному алгоритму в электронный блок управления. При наличии напряжения создается электромагнитное поле, преодолевающее усилие пружины, и затягивает якорь с иглой, тем самым освобождает сопло. Осуществляется впрыск топлива. После исчезновения напряжения пружинный механизм возвращает иглу форсунки на место.

Электрогидравлическая форсунка устанавливается на дизельные двигатели, не является исключением и двигатель с впрыском Common Rail. В конструкцию данного типа форсунки входит камера управления, электромагнитный клапан, сливной и впускной дроссели.

Принцип, при котором осуществляется работа данной форсунки, – использование давления топлива. Исходное положение форсунки: электромагнитный клапан обесточен и является закрытым, игла форсунки прижимается к седлу силой, равной давлению топлива на поршень, который находится в камере управления. Электронный блок управления дает команду, срабатывает электромагнитный клапан и открывается сливной дроссель. Топливо, которое находилось в камере управления, через дроссель вытекает в сливную магистраль. Но впускной дроссель не позволяет выровнять быстро давление во впускной магистрали и камере управления. При неизменном давлении топлива на иглу и уменьшаемом давлении на поршень осуществляется поднятие иглы, после чего происходит впрыск топлива.

Пьезофорсунка устанавливается на дизельные двигатели с Common Rail. Данный тип форсунки является самым совершенным устройством.

Главными преимуществами данного типа форсунки является: быстрота срабатывания, которая быстрее в 4 раза, чем электромагнитный клапан, что дает возможность использовать многократный впрыск за один цикл, и при этом сохраняется точная дозировка топлива.

Данные преимущества перед другими видами форсунок появились благодаря пьезоэффекту в управлении форсунки, который основан на изменении длины пьезокристалла под воздействием напряжения. Конструкция пьезофорсунки основана на пьезоэлементе, толкателе, переключателе клапана и игле.

Форсунка — это элемент системы впрыска, предназначенный для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.

Форсунки используются в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей. На современных двигателях устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска.

В зависимости от способа осуществления впрыска различают:

• электромагнитные форсунки
• электрогидравлические форсунки
• пьезоэлектрические

Общий вид форсунки системы «коммон рейл» фирмы «Бош» показан на рисунке.

Рис. Разрез электрогидравлической форсунки фирмы Бош:
1 – отводящий дроссель; 2 – игла; 3 – распылитель; 4 – пружина запирания иглы; 5 – поршень управляющего клапана; 6 – втулка поршня; 7 – подводящий дроссель; 8 – шариковый управляющий клапан; 9 – шток; 10 – якорь; 11 – электромагнит; 12 – пружина клапана

Форсунка состоит из:

• электромагнита 11
• якоря электромагнита 10
• маленького шарикового управляющего клапана 8
• запорной иглы 2
• распылителя 3
• поршня управляющего клапана 5
• подпружиненного штока 9

Шарик клапана прижимается к седлу с усилием пружины и электромагнита. Сила пружины рассчитана на давление до 100 кг/см2, что значительно ниже давления в линии высокого давления (250…1800 кг/см2), поэтому только при приложении усилия электромагнита шариковый клапан не отойдет от седла, отделяя аккумулятор от линии слива. Игла распылителя форсунки в нерабочем состоянии прижимается к седлу пружиной распылителя – это предотвращает попадание воздуха в форсунку при пуске двигателя.

В отличие от бензиновых электромеханических фор­сунок, в форсунках «Коммон Рейл» электромагнит при давлении 1350 … 1800 кгс/см2 не в состоянии поднять за­порную иглу, поэтому используется принцип гидроусиления.

Рис. Принцип действия электрогидравлической форсунки:
а – форсунка в закрытом состоянии; b – форсунка в открытом состоянии; c – фаза закрытия форсунки

При создании давления в аккумуляторе, оно действует как на конусную поверхность иглы, так и на поршень управляющего клапана 5. Поскольку площадь рабочей поверхности поршня на 50% больше площади конусной поверхности иглы, игла распылителя продолжает прижиматься к седлу.

При подаче напряжения от блока управления на электромагнит 11, шток 9 якоря штока поднимается и открывается шариковый управляющий клапан 8. Давление в камере управления 7 падает в результате открытия дроссельного отверстия и топливо пропускается из зоны над поршнем управляющего клапана в зону слива. Давление на поршень управляющего клапана падает, так как подводящее дроссельное отверстие управляющего клапана имеет меньшее сечение чем отводящее. Запорная игла 2 при этом под действием высокого давления в кармане распылителя 3 открывается. Количество подаваемого топлива зависит от времени подачи напряжения в электромагнит 11, а значит от времени открытия шарикового управляющего клапана 8. При прекращении подачи напряжения на электромагнит 11, якорь под действием пружины опускается вниз, при этом шариковый управляющий клапан закрывается, давление в камере управления восстанавливается через специальный жиклер. Под действием давления топлива на поршень управляющего клапана 5, имеющего диаметр больше диаметра иглы, последняя закрывается.

На входе топлива в форсунку установлен аварийный ограничитель подачи топлива. Он предотвращает опорожнение аккумулятора через форсунку с зависшей иглой или клапаном управления, а также повреждение соответствующего цилиндра дизеля. В нем используется принцип возникновения разницы давлений по обе стороны от клапана 1 при прохождении топлива через его жиклеры 2. Сечение жиклеров, за­тяжка пружины 3 и диаметр клапана подобраны по максимальной продолжительности и расходу, т.е. подаче топлива.

Рис. Аварийный ограничитель подачи топлива через форсунку

В системах «коммон рейл» первых поколений общее количество горючей смеси, впрыскиваемой в цилиндр, разделялось на предварительное и основное. Однако более гармоничной является такая схема сгорания, когда во время одного рабочего такта горючая смесь будет разделена на возможно большее количество частей. До сих пор добиться этого было невозможно по причине инерционности традиционных форсунок с электромагнитным управлением.

Одним из путей совершенствования системы «коммон рейл» является увеличение быстродействия открытия форсунки. Минимальное время открытия форсунки для электромагнита с подвижным сердечником составляет 0,5 мс, что не позволяет оперативно изменять подачу топлива. Для более быстрого срабатывания форсунки в настоящее время применяется пьезокерамическая форсунка, которая работает вчетверо быстрее.

Известно, что при подаче электрического напряжения на пьезокерамическую пластинку она на несколько микрон изменяет свою толщину.

Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом форсунки, представляет собой параллелепипед длиной 30…40 мм, состоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок (кристаллов), расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс, чего достаточно чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н. При этом для управления пьезоэлементом используют напряжение бортовой сети автомобиля.

Рис. Пьезоэлемент

Для усиления пьезоэффекта в керамику добавляют палладиум и цирконий. Пьезоэлемент потребляет энергию только при подаче напряжения и регенерирует ее при выключении напряжения, таким образом, являясь регенератором энергии.

Использование пьезоэлемента, кроме быстроты срабатывания, обеспечивает большую силу открытия клапана сброса давления над иглой форсунки и высокую точность хода для быстрого сброса давления подачи топлива.

Электрогидравлическая форсунка с пьезоэлементом показана на. Основными составляющими форсунки являются модуль исполнительного элемента, состоящего из пьезоэлектрического элемента и его составляющих, модуль плунжера, состоящего из поршней, амортизатора давления и пружины, клапан переключения, игла. Для окончательной очистки топлива применяется специальный стержневой фильтр.

Рис. Разрез пьезоэлектрогидравличе­ской форсунки:
1 ­– патрубок рециркуляции; 2 – электрический разъем; 3 – стержневой фильтр; 4 – корпус форсунки; 5 – пьезоэлектричесий элемент; 6 – сопряженный поршень; 7 – поршень клапана; 8 – клапан переключения; 9 – игла форсунки; 10 – амортизатор давления

Увеличение длины модуля исполнительного элемента преобразуется модулем соединителя в гидравлическое давление и перемещение, воздействующие на клапан переключения. Модуль плунжера действует как гидравлический цилиндр. На него постоянно воздействует давление подачи топлива 10 кгс/ см2 через редукционный клапан в обратной магистрали.

Топливо выполняет роль амортизатора давления между плунжером соединителя выпускного дросселя 8 и плунжером клапана 5 в модуле плунжера. Из пустого закрытого инжектора (присутствует воздух) воздух удаляется при стартерном пуске двигателя (с частотой вращения вала стартера). Помимо этого, инжектор наполняется топливом, подаваемым погруженным в топливном баке насосом, проходящим через управляемый обратный клапан против направления потока топлива.

Клапан переключения состоит из пластины клапана, плунжера клапана 5, пружины клапана и пластины дросселя 3. Топливо под давлением протекает через впускной дроссель 4 в пластине дросселя к игле форсунки и в камеру над иглой форсунки. Благодаря этому происходит выравнивание давления над и под иглой форсунки. Игла форсунки удерживается в закрытом положении силой пружины форсунки. При нажиме плунжера клапана 5 открывается канал выпускного дросселя и топливо под давлением вытекает через выпускной дроссель 8 большего размера, расположенный над иглой форсунки. Топливо под давлением поднимает иглу форсунки, в результате чего происходит впрыск. Благодаря быстрым командам на переключение пьезо-электрического элемента за один рабочий такт друг за другом производятся несколько впрысков.

Рис. Принцип работы пьезофорсунки:
1 – игла форсунки; 2 – пружина форсунки; 3 – пластина дросселя; 4 — впускной дроссель; 5 – плунжер клапана; 6 – линия высокого давления; 7 – соединительный элемент; 8 – выпускной дроссель; а – форсунка закрыта; б — форсунка открыта

Из-за особенностей процесса сгорания, присущих дизельным двигателям с турбонаддувом, для уменьшения шума и снижения выброса оксидов азота в цилиндры двигателя перед впрыском основной дозы топлива подается небольшая капля топлива (1…2 мм3) «пилотный впрыск», которая плавно перетекает в распыление остальной части топлива. Предварительный впрыск позволяет топливу воспламеняться быстрее. Давление и температура при этом возрастают медленнее чем при обычном впрыске, что уменьшает «жесткость» работы двигателя и его шум с одновременным снижением выбросов окислов азота. Характер процесса двойного впрыска показан на рисунке:

Рис. График процесса двойного впрыска и характер распыления топлива

При холодном двигателе и в режиме, приближенном к холостому ходу, происходит два предварительных впрыска. При увеличении нагрузки предварительные впрыски один за одним прекращаются, пока при полной нагрузке двигатель не перейдет в режим основного впрыска. Оба дополнительных впрыска необходимы для регенерации сажевого фильтра.

Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение горючей смеси на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств горючей смеси следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «послевпрыскивания».

Рис. Характер протекания процесса многоступенчатого впрыска

Время между предварительным впрыскиванием и основным впрыскиванием составляет 100 мс. Объем топлива, попадающего в цилиндр в момент каждого предварительного впрыскивания, составляет 1,5 мм3. Это делается для равномерного распределения давления в камере сгорания и, соответственно, уменьшения шума, создаваемого в процессе сгорания. После впрыскивания, в свою очередь, служат для снижения токсичности отработавших газов. Если в конце цикла сгорания произвести еще одно впрыскивание в цилиндр, то оставшиеся частицы сгорают лучше. Кроме того, в случае, когда во впускной системе установлен фильтр для улавливания несгоревших частиц, такая технология за счет высокой температуры способствует его очистке. Это особенно актуально для двигателей с большим рабочим объемом.

Более того, сейчас стало возможным использовать до семи тактов впрыска вместо трех за один рабочий процесс. Благодаря этому появляются новые возможности для увеличения номинальной мощности двигателя и еще более точного контроля за составом отработавших газов.

Новое поколение форсунок позволяет регулировать не только количество впрыска по времени и его фазы, но и управлять подъемом иглы, что позволяет более четко управлять процессом впрыска.

В настоящее время производители дизельной топливной аппаратуры, например фирма Бош, разработала системы Common Rail с давлением впрыска до 2500 кгс/см2. В этих системах форсунка отличается от традиционной тем, что максимальное давление создается не гидроаккумуляторе, а в самой форсунке. Она снабжена миниатюрным гидроусилителем давления и двумя электромагнитными клапанами, позволяющими варьировать момент впрыска и количество топлива в пределах одного рабочего цикла. Таким образом, здесь совмещены принципы работы Common Rail и форсунки.

Топливная форсунка сейчас стала неотъемлемой частью топливной системы многих современных автомобилей. Подобные приспособления начали ставить в 30-х годах 20 века на авиамоторы, а позже на гоночные автомобили. Более широкое распространение в автомобилестроении они получили не так давно, только в 70-80-х годах 20 века. Причиной широкого использования форсунок стали топливный кризис и повышенное внимание к сохранению окружающей среды.

До 70-80-х годов 20 века для достижения большей мощности двигателей транспортных средств распространено было преднамеренное переобогащение воздушно-топливной смеси. Конечно, это имело свой эффект и транспортные средства становились более шустрыми. Но эта шустрость увеличивала расход топлива и приводила к избытку продуктов горения в выхлопных газах. Чтобы решить эти проблемы, нужно было доработать конструкцию топливной автомобильной системы. Это и привело к использованию топливных форсунок в автомобилестроении. Сначала начали ставить системы с одной форсункой (моновпрыск), а позже – системы распределённого впрыска топлива. Первая электромагнитная форсунка с электронный управлением впрыска появилась в 1967 году. Она производила подачу топлива в камеру сгорания через равные промежутки времени.

1. Что такое электромагнитная форсунка.

Форсунка или, как её иногда называют, – это элемент двигательной системы автомобиля, который предназначается для дозировки подачи и распыления топлива в камеру сгорания двигателя, а также для формирования воздушно-топливной смеси . Кроме того, форсунки выполняют функцию герметизации камеры сгорания двигателя.

Форсунки ставят в большей степени на бензиновые двигатели (даже на те, что оборудованы системой непосредственного впрыска). Но встречаются и дизельные двигатели с Распыление топлива происходит за счёт высокого уровня давления, создаваемого форсунками. Для бензина достаточно нескольких атмосфер, а для дизельного топлива необходимы сотни и тысячи атмосфер (только при таком давлении дизельное топливо приобретает нужные характеристики).

Различают три основных вида топливных форсунок:

— Электромагнитные форсунки.

Пьезоэлектрические форсунки.

Электрогидравлические форсунки.

Остановимся на первом типе форсунок. Электромагнитная форсунка основана на работе электромагнита. Она начинает действовать во время поступления на обмотку возбуждения клапана некоторого напряжения в соответствии с заложенным алгоритмом в Эта обмотка возбуждения и представляет собой некую копию электромагнита. Если сравнивать топливные системы с форсунками и карбюраторные топливные системы, то первые имеют как достоинства, так и недостатки перед вторыми.

Достоинства топливных форсунок по сравнению с карбюраторными системами:

1. Точная дозировка топлива, благодаря чему обеспечивается его экономный расход.

2. Токсичность отработанных газов сводиться к минимуму.

3. Мощность автомобильного двигателя с форсунками возрастает на 10%.

4. Запустить двигатель с форсунками намного легче вне зависимости от погоды на улице.

5. Форсунки улучшают динамические свойства автомобиля.

6. Чистить и менять форсунки и другие элементы двигательной системы необходимо заметно реже, чем в карбюраторных двигателях.

Недостатки топливных форсунок по сравнению с карбюраторными системами:

1. Для нормальной работы форсунок топливо должно быть очень качественным. Если состав топлива нарушается, то форсунки быстрой выйдут из строя.

2. Стоимость ремонта или замены топливных форсунок очень высокая.

Учитывая все достоинства, двигатели с форсунками и получили такую популярность среди автопроизводителей.

2. Устройство электромагнитной форсунки.

Обычно, форсунка состоит из одного канала. Но встречаются варианты и с двумя каналами, когда по одному каналу выбрасывается топливо, а по второму – состав, необходимый для распыления топлива (жидкость, газ, пар). Устройство электромагнитной форсунки предельно простое. Она состоит из таких компонентов:

1. Фильтр в виде сетки.

2. Электрический разъём.

3. Электромагнитная обмотка возбуждения.

4. Специальная пружина.

5. Якорь от электромагнита.

6. Корпус форсунки.

7. Уплотнение на корпусе.

8. Игла форсунки.

9. Сопло форсунки.

Сопло предназначается для осуществления разбрызгивания топлива. От качества исполнения данного элемента зависит работа всего прибора. Фильтр сеточного типа необходим для фильтрации топлива, которое будет проходить через форсунку. Фильтр нужен, так как форсунки очень чувствительны к наличию сторонних элементов в топливе.

Через электрический разъём на форсунки поступает электроэнергия, которая потом переходит на электромагнитную обмотку возбуждения. Пружина предназначается для возвращения иглы форсунки в исходную позицию после впрыска. Якорь электромагнита производит управление, и осуществляет движение иглы форсунки. Игла форсунки производит открытие и закрытие сопла, благодаря чему происходит управление впрыском топлива. Все конструктивные элементы форсунки располагаются в определённом порядке в её корпусе. Уплотнение на корпусе необходимо для более качественной и надёжной установки прибора в топливную систему.

3. Принцип работы электромагнитной форсунки.

Принцип работы электромагнитной форсунки состоит в следующем. После включения зажигания, электромагнитные форсунки получают от блока управления команды с определённой частотой. Под воздействием этих команд они принимают два возможных положения: открытое или закрытое. Если на форсунку напряжение не подаётся, то игла под воздействием пружинного механизма и давления топлива прижимается к седлу клапана и форсунка в это время не обеспечивает подачу топлива в коллектор.

Когда электронный управляющий блок по заложенному алгоритму подаёт на электромагнитную обмотку возбуждения необходимое напряжение, создаётся электромагнитное поле, которое провоцирует втягивание якоря с иглой и освобождение сопла форсунки, преодолевая силу пружины. Через сопло и производиться впрыскивание топлива в камеру сгорания. Когда напряжение исчезает, игла форсунки под воздействием пружины возвращается в исходное положение.

Все современный форсунки оснащаются электронной системой контроля впрыска топлива. Электронная система контроля впрыска топлива принимает команды от датчиков в двигателе, на основе которых определяет нужное количество топлива для двигателя в данный момент и отправляет сигналы форсункам. А форсунки открываются в нужное время и производят впрыск необходимого количества топлива. То есть они дают возможность довольно точно дозировать впрыск топлива в коллектор.

Впрыскивание топлива осуществляется сверху вниз через распылительную пластину, от формы и конструкции которой зависит форма струи. Качество работы форсунки определяется по характеру распыления топлива, который она способна обеспечить. Форсунка должна давать конусообразное распыления с ровный и непрерывным факелом.

Работу форсунок определяют по таким характеристикам:

1. Динамический диапазон функционирования.

2. Минимальная подача топлива за один цикл.

3. Время на открытие форсунки.

4. Время на закрытие форсунки.

5. Угол распыления.

6. Дальность топливного факела.

7. Мелкость и зернистость распыления.

8. Характер распределения топлива в факеле.

4. Игла форсунки.

Распылитель – это одна из основных частей форсунки, которая состоит из двух элементов:

1. Иглы.

2. Корпуса.

Игла форсунки изготавливается из легированной стали, очень тщательно обрабатывается и имеет высокую степень твёрдости поверхности. Высокая твёрдость поверхности просто необходима для обеспечения работы форсунки в условиях высокой температуры и высокого давления. Качество функционирования иглы форсунки зависит от зазора между ней и корпусом распылителя. Поэтому иглу и корпус форсунки всегда выбирают попарно. Заменить только одну из этих деталей нельзя. Если менять, то сразу две.

Положение иглы внутри форсунки контролируется при помощи специальной пружины, которая регулируется винтом, вкрученном в дно корпуса. Рассмотрим, каким образом происходит работа иглы форсунки. Когда двигатель работает, топливо проходит из топливного насоса в камеру через канал. Как только давления топлива превысит силу пружины, игла приподнимается, а топливо проходит к отверстиям распыления и впрыскивается в камеру сгорания. После впрыска, давление топлива резко падает, и игла форсунки под действием пружины возвращается в начальную позицию, закрывая входное отверстие. А потом всё повторяется заново.

Подписывайтесь на наши ленты в

_______________________________________________________________

Виды и конструкция форсунок систем впрыска

Форсунка (или инжектор), являясь конструктивным элементом системы впрыска, предназначена для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.

Форсунка используется в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей. На современных двигателях устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска.

В зависимости от способа осуществления впрыска различают следующие виды форсунок: электромагнитная, электрогидравлическая и пьезоэлектрическая.

Электромагнитная форсунка

Электромагнитная форсунка устанавливается, как правило, на бензиновых двигателях, в т.ч. оборудованных системой непосредственного впрыска. Форсунка имеет достаточно простое устройство, включающее электромагнитный клапан с иглой и сопло.

Её работа осуществляется следующим образом. В соответствии с заложенным алгоритмом электронный блок управления обеспечивает в нужный момент подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана.

При этом создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло. Производится впрыск топлива. С исчезновением напряжения, пружина возвращает иглу форсунки на седло.

Электрогидравлическая форсунка bosch

Рис.4. Устройство и компоненты электрогидравлической форсунки Бош

1 – отводящий дроссель; 2 – игла; 3 – распылитель; 4 – пружина запирания иглы; 5 – поршень управляющего клапана; 6 – втулка поршня; 7 – подводящий дроссель; 8 – шариковый управляющий клапан; 9 – шток; 10 – якорь; 11 – электромагнит; 12 – пружина клапана

Электрогидравлическая форсунка используется на дизельных двигателях, в т.ч. оборудованных системой впрыска Common Rail. Конструкция данной модели объединяет электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

Принцип работы электрогидравлической форсунки bosch основан на использовании давления топлива, как при впрыске, так и при его прекращении.

В исходном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления.

Впрыск топлива не происходит. При этом давление топлива на иглу ввиду разности площадей контакта меньше давления на поршень.

По команде электронного блока управления срабатывает электромагнитный клапан, открывая сливной дроссель. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль.

При этом впускной дроссель препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не изменяется, под действием которого игла поднимается и происходит впрыск топлива.

Общий вид форсунки системы Бош Комон Рейл показан на рисунке 4. Форсунка состоит из: электромагнита, якоря электромагнита, маленького шарикового управляющего клапана, запорной иглы, распылителя, поршня управляющего клапана и подпружиненного штока.

Шарик клапана прижимается к седлу с усилием пружины и электромагнита. Сила пружины рассчитана на давление до 100 кг/см2, что значительно ниже давления в линии высокого давления (250…1800 кг/см2), поэтому только при приложении усилия электромагнита шариковый клапан не отойдет от седла, отделяя аккумулятор от линии слива.

Игла распылителя форсунки в нерабочем состоянии прижимается к седлу пружиной распылителя – это предотвращает попадание воздуха в форсунку при пуске двигателя.

В отличие от бензиновых электромеханических форсунок, в форсунках Common Rail электромагнит при давлении 1350-1800 кгс/см2 не в состоянии поднять запорную иглу, поэтому используется принцип гидроусиления.

Принцип действия электрогидравлической форсунки bosch

При создании давления в аккумуляторе, оно действует как на конусную поверхность иглы, так и на поршень управляющего клапана 5. Поскольку площадь рабочей поверхности поршня на 50% больше площади конусной поверхности иглы, игла распылителя продолжает прижиматься к седлу.

При подаче напряжения от блока управления на электромагнит 11, шток 9 якоря штока поднимается и открывается шариковый управляющий клапан 8.

Давление в камере управления 7 падает в результате открытия дроссельного отверстия и топливо пропускается из зоны над поршнем управляющего клапана в зону слива.

Давление на поршень управляющего клапана падает, так как подводящее дроссельное отверстие управляющего клапана имеет меньшее сечение, чем отводящее.

Запорная игла 2 при этом под действием высокого давления в кармане распылителя 3 открывается. Количество подаваемого топлива зависит от времени подачи напряжения в электромагнит 11, а значит от времени открытия шарикового управляющего клапана 8.

При прекращении подачи напряжения на электромагнит 11, якорь под действием пружины опускается вниз, при этом шариковый управляющий клапан закрывается, давление в камере управления восстанавливается через специальный жиклер.

Под действием давления топлива на поршень управляющего клапана 5, имеющего диаметр больше диаметра иглы, последняя закрывается.

На входе топлива в форсунку Бош установлен аварийный ограничитель подачи топлива. Он предотвращает опорожнение аккумулятора через форсунку с зависшей иглой или клапаном управления, а также повреждение соответствующего цилиндра дизеля.

В нем используется принцип возникновения разницы давлений по обе стороны от клапана 1 при прохождении топлива через его жиклеры 2. Сечение жиклеров, затяжка пружины 3 и диаметр клапана подобраны по максимальной продолжительности и расходу, т.е. подаче топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка

Самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива, является пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка). Форсунка устанавливается на дизельных двигателях, оборудованных системой впрыска Common Rail.

Преимуществами пьезофорсунки являются быстрота срабатывания (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана), и как следствие возможность многократного впрыска топлива в течение одного цикла, а также точная дозировка впрыскиваемого топлива.

Это стало возможным благодаря использованию пьезоэффекта в управлении форсункой, основанного на изменении длины пьезокристалла под действием напряжения. Конструкция пьезоэлектрической форсунки включает пьезоэлемент, толкатель, переключающий клапан и иглу, помещенные в корпусе.

В работе этой модели, также как и электрогидравлической форсунки, используется гидравлический принцип. В исходном положении игла посажена на седло за счет высокого давления топлива. При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина, которая передает усилие на поршень толкателя.

Открывается переключающий клапан, топливо поступает в сливную магистраль. Давление выше иглы падает. Игла за счет давления в нижней части поднимается и производится впрыск топлива.

Количество впрыскиваемого топлива определяется: длительностью воздействия на пьезоэлемент; давлением топлива в топливной рампе.

Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом форсунки bosch, представляет собой параллелепипед длиной 30…40 мм, состоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок (кристаллов), расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс, чего достаточно чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н. При этом для управления пьезоэлементом используют напряжение бортовой сети автомобиля.

Пьезоэлемент

Для усиления пьезоэффекта в керамику добавляют палладиум и цирконий. Пьезоэлемент потребляет энергию только при подаче напряжения и регенерирует ее при выключении напряжения, таким образом, являясь регенератором энергии.

Использование пьезоэлемента, кроме быстроты срабатывания, обеспечивает большую силу открытия клапана сброса давления над иглой форсунки и высокую точность хода для быстрого сброса давления подачи топлива.

Основными составляющими форсунки являются модуль исполнительного элемента, состоящего из пьезоэлектрического элемента и его составляющих, модуль плунжера, состоящего из поршней, амортизатора давления и пружины, клапан переключения, игла. Для окончательной очистки топлива применяется специальный стержневой фильтр.

Рис.5. Компоненты пьезоэлектрогидравлической форсунки bosch

1 ­– патрубок рециркуляции; 2 – электрический разъем; 3 – стержневой фильтр; 4 – корпус форсунки; 5 – пьезоэлектричесий элемент; 6 – сопряженный поршень; 7 – поршень клапана; 8 – клапан переключения; 9 – игла форсунки; 10 – амортизатор давления

Увеличение длины модуля исполнительного элемента преобразуется модулем соединителя в гидравлическое давление и перемещение, воздействующие на клапан переключения.

Модуль плунжера действует как гидравлический цилиндр. На него постоянно воздействует давление подачи топлива 10 кгс/см2 через редукционный клапан в обратной магистрали.

Топливо выполняет роль амортизатора давления между плунжером соединителя выпускного дросселя 8 и плунжером клапана 5 в модуле плунжера. Из пустого закрытого инжектора (присутствует воздух) воздух удаляется при стартерном пуске двигателя (с частотой вращения вала стартера).

Помимо этого, инжектор наполняется топливом, подаваемым погруженным в топливном баке насосом, проходящим через управляемый обратный клапан против направления потока топлива.

Клапан переключения состоит из пластины клапана, плунжера клапана 5, пружины клапана и пластины дросселя 3. Топливо под давлением протекает через впускной дроссель 4 в пластине дросселя к игле форсунки и в камеру над иглой форсунки.

Благодаря этому происходит выравнивание давления над и под иглой форсунки. Игла форсунки удерживается в закрытом положении силой пружины форсунки.

При нажиме плунжера клапана 5 открывается канал выпускного дросселя и топливо под давлением вытекает через выпускной дроссель 8 большего размера, расположенный над иглой форсунки.

Топливо под давлением поднимает иглу форсунки, в результате чего происходит впрыск. Благодаря быстрым командам на переключение пьезоэлектрического элемента за один рабочий такт друг за другом производятся несколько впрысков.

Принцип работы пьезофорсунки

Рис.6. Принцип действия пьезофорсунки

1 – игла форсунки; 2 – пружина форсунки; 3 – пластина дросселя; 4 — впускной дроссель; 5 – плунжер клапана; 6 – линия высокого давления; 7 – соединительный элемент; 8 – выпускной дроссель; а – форсунка закрыта; б — форсунка открыта

Из-за особенностей процесса сгорания, присущих дизельным двигателям с турбонаддувом, для уменьшения шума и снижения выброса оксидов азота в цилиндры двигателя перед впрыском основной дозы топлива подается небольшая капля топлива (1…2 мм3) «пилотный впрыск», которая плавно перетекает в распыление остальной части топлива.

Предварительный впрыск позволяет топливу воспламеняться быстрее. Давление и температура при этом возрастают медленнее чем при обычном впрыске, что уменьшает «жесткость» работы двигателя и его шум с одновременным снижением выбросов окислов азота.

При холодном двигателе и в режиме, приближенном к холостому ходу, происходит два предварительных впрыска. При увеличении нагрузки предварительные впрыски один за одним прекращаются, пока при полной нагрузке двигатель не перейдет в режим основного впрыска. Оба дополнительных впрыска необходимы для регенерации сажевого фильтра.

Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение горючей смеси на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств горючей смеси следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «после впрыскивания».

Время между предварительным впрыскиванием и основным впрыскиванием составляет 100 мс. Объем топлива, попадающего в цилиндр в момент каждого предварительного впрыскивания, составляет 1,5 мм3. Это делается для равномерного распределения давления в камере сгорания и, соответственно, уменьшения шума, создаваемого в процессе сгорания.

После впрыскивания, в свою очередь, служат для снижения токсичности отработавших газов. Если в конце цикла сгорания произвести еще одно впрыскивание в цилиндр, то оставшиеся частицы сгорают лучше.

Кроме того, в случае, когда во впускной системе установлен фильтр для улавливания несгоревших частиц, такая технология за счет высокой температуры способствует его очистке. Это особенно актуально для двигателей с большим рабочим объемом.

Более того, сейчас стало возможным использовать до семи тактов впрыска вместо трех за один рабочий процесс. Благодаря этому появляются новые возможности для увеличения номинальной мощности двигателя и еще более точного контроля за составом отработавших газов.

Новое поколение форсунок позволяет регулировать не только количество впрыска по времени и его фазы, но и управлять подъемом иглы, что позволяет более четко управлять процессом впрыска.

В настоящее время производители дизельной топливной аппаратуры, например фирма Бош, разработала системы Common Rail с давлением впрыска до 2500 кгс/см2. В этих системах форсунка отличается от традиционной тем, что максимальное давление создается не гидроаккумуляторе, а в самой форсунке.

Она снабжена миниатюрным гидроусилителем давления и двумя электромагнитными клапанами, позволяющими варьировать момент впрыска и количество топлива в пределах одного рабочего цикла. Таким образом, здесь совмещены принципы работы Комон Рейл и форсунки.

Другим направлением форсунок Bosch является устройство в форсунках небольшого напорного резервуара, сокращающего обратный ход к циклу низкого давления. Это позволяет увеличить давление впрыска и КПД системы.

Форсунки с повышенным давлением впрыска соответствуют нормам Евро-6.

Конструкция сопла очень важна, потому что он определяет температуру на входе в турбину (и, следовательно, работу, выполняемую турбина), а также массовый расход двигателя, скорость на выходе и давление (все четыре из которых определяют тягу).

Самая простая насадка состоит из воздуховода. Воздух на выходе из турбины часто движется со скоростью более 1 Маха, но это приводит к высоким потерям на трение, поэтому поток немедленно замедляется диффузией. Вихрь турбины выходящий поток уменьшается за счет задних опорных стоек турбины, которые поворачивают поток прямой. Этот прямой поток под высоким давлением подается в сужающуюся секцию, который изменяет давление обратно на скорость. Этот поток часто перекрывается; т.е. скорость на выходе не может быть увеличена.Однако давление на выходе может быть увеличился, в результате чего давление тяги.

Для некоторых планов полета можно использовать сходящийся / расходящийся воздуховод, который проходит через точку дросселирования и увеличивает выходную скорость дальше. Это более эффективное использование энергии потока, чем давление. толкать. Иногда это наблюдается на двигателях с очень высоким давлением. соотношение.

Из-за широкого диапазона условий эксплуатации некоторые двигатели должны выдерживать, иногда бывает выгодно иметь регулируемую насадку.Чаще всего это наблюдается на двигателях с форсажными камерами, поскольку они приходится сталкиваться с очень широким спектром условий.

Насадка должна выдерживать высокую температуру и давление. Он должен быть изолирован от остальная часть самолета, либо с коротким участком изоляции, либо изоляция реактивной трубы от самолета. Сопло часто охлаждается обтекать снаружи различными способами. Насадка в целом должны иметь возможность расширяться и сжиматься с температурой, без повреждений или искажение.

Расход в форсунках — обзор

Проточные форсунки

Еще одним важным элементом потока является проточная форсунка. Доступно несколько конфигураций, наиболее важными из которых являются сопло ASME с большим радиусом, серия с высоким или низким бета-коэффициентом и сопло с отводом для газа и жидкости. В Европе описана еще одна форма сопла — ISA-1932, которая используется чаще, чем сопла ASME.Оба имеют то же ограничение диапазона, что и диафрагмы — примерно 3: 1 для 100-дюймового самописца. (Подробную информацию о конструкции см. В ASME MFC-3M и ASME PTC-6.)

Когда скорость потока меняется со временем и, следовательно, требуется замена форсунок, это труднее, чем замена диафрагмы. Сопло, однако, лучше способно улавливать взвешенные частицы за счет ограничения, поскольку его контур более обтекаемый, чем у отверстия. Способность работать с твердыми частицами особенно хороша, если сопло установлено в вертикальном положении с потоком вниз.

Сопла используются в основном для высокоскоростных, невязких, эрозионных потоков жидкости. Однако они получили широкое распространение в определенных отраслях, например, в производстве электроэнергии. Стандартные форсунки имеют умеренную цену, но форсунки для горловины очень дороги. Сопла для горловины обеспечивают одни из самых высоких показателей точности среди всех первичных устройств, поскольку они допускаются только в очень ограниченном диапазоне бета-коэффициента от 0,45 до 0,55.

Отводы специального типа используются в основном для точных приемочных испытаний электростанций.Это очень дорогое сопло, потому что перед использованием его необходимо откалибровать по расходу, а его калибровка должна соответствовать стандартному значению коэффициента в пределах ± 0,25%. Это не оставляет места для ошибок при изготовлении или калибровке. Из-за этих проблем его использование в первую очередь ограничено энергетической промышленностью, где приемочные испытания могут оправдать стоимость форсунки (рис. 11-4).

Рисунок 11-4. Проточные сопла — верхний блок показывает отвод горловины, а нижний блок представляет конструкцию ASME «low beta».

Устройства очень трудно снимать для осмотра и очистки, и их использование в жидкостях, где могут накапливаться отложения, не рекомендуется. Требования к установке форсунок аналогичны требованиям к отверстиям. Требования подробно описаны в ранее перечисленных документах ASME.

Форсунка ошибочно имеет низкий перепад давления. Но для данного дифференциала и размера трубы лучше указать, что можно использовать более низкий коэффициент бета. Иногда с соплом можно использовать трубку меньшего размера, чем с отверстием.Постоянные перепады давления будут примерно одинаковыми для данного набора условий потока для любого устройства, если задан диапазон перепада. Размер сопла должен основываться на хороших данных о расходе, которые достаточно стабильны из-за ограниченного диапазона. Всегда следует помнить о расходах, связанных с неправильным размером.

Отводы для форсунок ASME расположены в стенке трубы на один диаметр трубы выше по потоку и на половину диаметра трубы ниже по потоку. В насадке ISA-1932 используются угловые краны. Сопла обычно устанавливаются между фланцами труб.

Форсунки могут быть оснащены диффузорным диффузором для уменьшения потери давления за счет направления потока обратно в измерительную трубку. Этот диффузор можно укоротить примерно до четырехкратного диаметра горловины сопла и получить примерно такое же полное восстановление, как при конусе, доходящем до стенки.

Уравнение для сопла ASME (низкий или высокий коэффициент бета) имеет ту же форму, что и отверстие, с коэффициентом сопла ASME, ограниченным числом Рейнольдса 10 000 или выше. Значение коэффициента примерно равно 0.95 по сравнению с коэффициентом диафрагмы приблизительно 0,60, поэтому сопло обрабатывает более чем на 50% больше потока для данного размера и дифференциального показания. Специальное уравнение можно использовать для коэффициента при более низких числах Рейнольдса, но изменение коэффициента в этом диапазоне требует итерационного процесса скорости потока и числа Рейнольдса для поддержания точности. Сопла других форм могут иметь другие уравнения коэффициентов.

Точность работы форсунки снова напрямую связана с возможностью измерения при более высоких дифференциалах из-за связи квадратного корня с расходом.Лучше не измерять разницу ниже 10 дюймов, но можно использовать более высокие дифференциалы (например, от 400 до 800 дюймов водяного столба) из-за механической прочности сопла по сравнению с отверстием.

Форсунку лучше всего использовать для чистых жидкостей, так как снятие для очистки очень затруднительно. Любое изменение отделки горловины сопла напрямую влияет на точность измерения. При проведении критических измерений установка должна иметь возможность отключения или иметь байпас, позволяющий проводить периодические проверки и чистку.Это увеличивает стоимость установки форсунки. По большей части форсунки обычно требуют очень небольшого обслуживания.

Преимущества расходных сопел:

1.

Может использоваться при более высоких скоростях с небольшим повреждением поверхности сопла, что позволяет использовать расходомеры меньшего размера для данного потока; и

2.

Сопла для метчиков горловины имеют самые низкие заявленные допуски погрешности среди всех головных устройств, но требуют калибровки для подтверждения и имеют ограниченные диапазоны коэффициента бета.

Недостатки проточных форсунок:

1.

Дорого;

2.

Трудно устанавливать и снимать для очистки — и поэтому чистятся редко;

3.

База данных для коэффициентов намного меньше, чем для отверстий; требуется калибровка для лучшей точности; и

4.

Ограниченный диапазон чисел Рейнольдса.

Влияние геометрии сопла на переход критического и подкритического потока

Heliyon.2019 Фев; 5 (2): e01273.

Джагмит Сингх

^a Департамент нефтяной инженерии, Колорадская горная школа, 1500 Illinois St., Golden, CO 80401, США

Луис Э. Зерпа

^a Департамент нефтяной инженерии, Колорадская горная школа , 1500 Illinois St., Golden, CO 80401, USA

Benjamin Partington

^b Chevron ETC, Houston, TX, USA

Jose Gamboa

^b Chevron ETC, Houston, TX, USA

^a Департамент нефтяной инженерии, Колорадская горная школа, 1500 Illinois St., Golden, CO 80401, USA

^b Chevron ETC, Houston, TX, USA

Поступило 8 ноября 2018 г .; Пересмотрено 22 января 2019 г .; Принято 20 февраля 2019 г.

Это статья в открытом доступе по лицензии CC BY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Abstract

Геометрия сужающихся-расходящихся сопел влияет на условия, при которых происходит переход от критического к докритическому потоку. Целью этой работы является разработка руководящих принципов для определения оптимальной геометрии сопла, которая максимизирует критическое отношение давлений при минимальном падении давления на сопле.Эксперименты проводились на установке с трубопроводами из ПВХ с внутренним диаметром 1,5 дюйма и боковым участком трубопровода длиной 30 футов. Всего было протестировано 27 сопел различной геометрии, разделенных на две группы — конические и параболические сопла. Форсунки из групп форсунок ASTAR, Deich, LJ и Moby Dick показали улучшенные характеристики по сравнению с другими группами форсунок. Было определено, что меньший угол расхождения и отсутствие удлиненного горловины приводят к более высокому критическому перепаду давлений. Длина сходящейся и расходящейся секций сопел не так сильно влияла на характеристики сопла, как диаметр горловины и форма сходящихся и расходящихся секций.

Ключевое слово: Машиностроение

1. Введение

Сопло — это устройство Вентури, которое при достаточном давлении на входе и условиях потока может привести к закупорке потока в его горловине. Сопла используются в различных отраслях промышленности для различных целей, таких как ускорение потока для распыления жидких фаз, в составе форсунок для увеличения кинетической энергии и для подачи газа в ракетные двигатели, в скважинах для добычи природного газа для увеличения скорости газа, среди многих других.Геометрия сопла играет очень важную роль в достижении условий дросселирования потока. В большинстве случаев важно оптимизировать конструкцию сопла, чтобы минимизировать падение давления из-за увеличения скорости в горловине сопла.

Сопла состоят из трех разных секций — сужающейся секции, горловины и расходящейся секции, как показано на. Точка наименьшего диаметра сопла называется горловиной. Горло может быть как одноточечным, так и удлиненным. Участок перед горловиной является сужающимся участком, а участок после горловины — расходящимся участком.Площадь сужающейся части уменьшается по мере того, как профиль сопла идет от трубы к началу горловины. Площадь расходящегося сечения увеличивается по мере того, как профиль сопла идет от конца горловины к трубе.

Схема сходящегося-расходящегося сопла с указанием различных секций типичного сопла (Clarke and Carswell, 2007).

Характеристики потока жидкости через сопла также зависят от типа жидкости, протекающей через сопло. Безразмерное число Маха M, которое представляет собой отношение скорости жидкости к скорости звука в окружающей среде, можно рассчитать, чтобы определить, является ли поток сжимаемым (M> 0.2) или несжимаемый (M <0,2). В этой работе сжимаемый поток рассматривается при использовании воздуха в качестве рабочего тела. Скорость потока увеличивается по мере поступления жидкости в сопло, пока не будет достигнута горловина сопла. В этой точке поток дозвуковой (т. Е. M <1). Как только жидкость протекает через горловину, при достаточном давлении на входе и условиях расхода, скорость жидкости может стать равной скорости звука, достигая звуковых условий (т. Е. M = 1). Когда жидкость выходит из горловины, попадая в расширяющуюся секцию, скорость жидкости увеличивается, превышая скорость звука, достигающего сверхзвукового потока (т.е.е. M> 1). Это происходит потому, что когда воздух проходит через расширяющуюся часть сопла, увеличивается кинетическая энергия за счет падения энтальпии из-за расширения газа.

Целью использования сопла является ускорение потока для достижения критических или звуковых условий (т. Е. Дросселирования потока) в его горловине. Это происходит, когда разность давлений на входе и выходе из сопла увеличивается. При определенном перепаде давления расход через сопло для данного размера горловины достигает максимума, и число Маха становится равным 1.Любое дальнейшее увеличение перепада давления не приводит к увеличению расхода. За точкой, где скорость потока перестает увеличиваться, говорят, что поток перекрывается. Как только это произойдет, любые возмущения, возникающие ниже по потоку от горловины, с точки зрения изменений давления, не повлияют на поток выше по потоку.

Характеристики форсунки количественно оцениваются на основе критического перепада давления и перепада давления на форсунке. Степень критического давления — это наименьшее отношение давления на выходе к давлению на входе (P _d / P _u ), когда поток перекрывается.Ниже этого перепада давления расход становится докритическим. Оптимальная геометрия сопла — это такая, при которой поток с дросселированием достигается при большем значении критического отношения давлений по сравнению с соплами других геометрий. Это связано с более высоким восстановлением давления, когда жидкость выходит из горловины сопла и проходит через расширяющуюся секцию, сводя к минимуму перепад давления на сопле.

В данной работе изучается влияние геометрических параметров, таких как форма сужающейся и расходящейся части, длина горловины, а также угол схождения и сужения сопла на характеристики сопел.В предыдущих исследованиях основное внимание уделялось оценке характеристик сопла путем изменения некоторых из вышеупомянутых параметров. Алмейда (2015) исследовал влияние параметров сопла (угол расхождения, длина горловины и форма расширяющейся части) на характеристики сопла. Базовая конструкция исследуемого сопла включала выпуклый сходящийся участок и линейно расходящийся участок. В этой работе сделан вывод о том, что больший угол расхождения, большая длина горловины и форма секции диффузора оказывают значительное и пагубное влияние на характеристики сопла (Almeida, 2015).Park et al. (2001) провели исследование, которое также показало, что более высокие углы расхождения приводят к снижению производительности сопла. Рассматриваемая форма сопла имела выпуклое сходящееся сечение и линейно расширяющееся. Выводы, сделанные в результате этого исследования, согласуются с выводами, сделанными в этой статье (Park et al., 2001).

В обоих упомянутых выше исследованиях форма сопла осталась прежней. Никакие другие формы не тестировались, чтобы определить, повысят ли другие характеристики форсунки. Целью данной работы является проведение экспериментального анализа сопел различной геометрии и определение влияния геометрических параметров и форм на характеристики сопла.Кроме того, на основе собранных экспериментальных данных определяется оптимальная конструкция сопла. Оптимальная конструкция сопла — это такая конструкция, которая максимизирует критическое отношение давлений при минимальном падении давления на сопле.

2. Конструкция

Чтобы создать матрицу сопел различной геометрии и формы, мы провели обзор сопел, применяемых в таких отраслях, как аэрокосмическая, сельскохозяйственная, ядерная и нефтяная. На основании этого исследования форсунки можно разделить на две основные формы: конические и параболические.

Коническое сопло или сужающееся-расширяющееся сопло имеет сужающуюся вниз линейную входную площадь, площадь поперечного сечения которой уменьшается по профилю до достижения диаметра горловины, а затем имеет сужающуюся вверх линейную выходную площадь, где пересекается поперечное сечение -площадь сечения увеличивается по профилю (). Угол, под которым впускное отверстие сужается, называется углом схождения (β). Угол, под которым выпускное отверстие сужается, называется половинным углом расхождения (α). Диаметр самой маленькой точки сопла называется диаметром горловины (D _t ).

Половина угла конуса не должна превышать 15 °, чтобы избежать внутренних потерь потока в сопле (Östlund, 2002). Согласно Барберу, значение половины угла расхождения конуса должно составлять от 2 до 12 ° (Barber and Schultheiss, 1967). Ограниченные исследования дают окончательное значение или диапазон угла схождения, но обычно он составляет около 45 °. Изменение угла схождения, возможно, не имеет такого большого влияния, как полуугол схождения, потому что поток все еще является дозвуковым в области сужения сопла.Однако другая форма сужающейся секции может повлиять на падение давления в сопле.

Исходя из этих соображений, в данном исследовании рассматриваются три различные конфигурации конических сопел:

• 1.

  Конвергентно-расходящееся сопло: Это базовое сопло де Лаваля без удлиненного горловины, которое используется во многих приложениях. такие как паровые турбины и ракетные двигатели.

• 2.

  Модифицированное сужающееся — расходящееся сопло: Конструкция этого сопла включает удлиненное горло.В техническом отчете НАСА «Ускорение жидкостей в двухфазных соплах» было определено, что длина горловины влияет на характеристики сопла (Elliot and Weinber, 1968).

• 3.

  Двойное сужающееся сопло: Конструкция двойного сужающегося сопла была получена из патента на инжектор сжиженного газа в индустрии струйной техники (Попов, 2002). Он имеет две последовательные сужающиеся секции с уменьшающимся углом схождения.

Параболическое сопло (основанное на форме сопла Рао) имеет круглую сужающуюся часть и параболическую расширяющуюся часть ().Точка, от которой начинается параболическая расширяющаяся часть, называется углом сопла (θ _n ). Угол, образованный на конце сопла, называется выходом из сопла (θ _e ). Радиус круглой сходящейся секции в 1,5 раза больше радиуса горловины. Эта область продолжается, пока не достигнет горла. Как только профиль горловины заканчивается, создается еще один круг радиусом 0,382 радиуса горловины. Наклон параболической кривой касается точки перегиба (θ _n ), где пересекаются расходящаяся кривая и параболическая кривая (Кульханек, 2012).Затем в определенный момент создается парабола в форме колокола, которая составляет большую часть расходящейся части.

Базовая конструкция и переменные для параболического сопла (Изменено из Raiano, 2013).

В этом экспериментальном исследовании рассматриваются следующие восемь конструкций параболической формы:

• 1.

  Сопло Rao: Сопло Rao широко используется в аэрокосмической промышленности для выпуска выхлопных газов, выходящих из газовой камеры. Основная причина создания этого сопла заключалась в том, чтобы получить сопло с более высокими характеристиками и меньшей длиной.Обычно это около 80% длины сопла де Лаваля.

• 2.

  Модифицированное сопло Рао : Это сопло Рао, модифицированное для включения удлиненного горловины для наблюдения за влиянием длины горловины.

• 3.

  Сопло с двойным колпаком: Сопло с двойным колпаком было разработано аэрокосмической промышленностью для повышения эффективности ракет в условиях большой высоты. Но поскольку в этом проекте высота сопла не будет изменяться, это сопло будет проверяться только для того, чтобы отметить влияние использования этого контура на поток жидкости.Этот тип сопла имеет две расходящиеся параболические секции вместо одной, как у сопла Рао (Nürnberger-Genin and Stark, 2009).

• 4.

  Сужающееся выпуклое сопло: Конструкция сужающегося выпуклого сопла была получена из патента на инжектор сжиженного газа в отрасли струйной техники. Это сопло имеет выпуклое круглое сужающееся сечение (Попов, 2002).

• 5.

  Сужающееся вогнутое сопло: Конструкция сужающегося вогнутого сопла была получена из патента на инжектор сжиженного газа в области струйной техники.Это сопло имеет вогнутую круглую сужающуюся часть, которая простирается до радиуса входа (Попов, 2002).

• 6.

  Сопло Моби Дика: Это сопло было разработано в атомной промышленности как часть французского кодекса ядерной термической гидравлики. Испытания, проведенные в ходе этого исследования, были проведены для изучения двухфазных критических условий потока таких форсунок (Bestion, 1990). Это сопло представляет собой смесь как круглой, так и конической формы. Сужающаяся часть имеет круглую выпуклую форму, а расходящаяся часть является линейной.

• 7.

  Сопло ASTAR: Это сопло было разработано в рамках «Проекта ASTAR», осуществляемого Европейским Союзом (Staedtke et al., 2005). Это сопло сходящегося и расширяющегося типа, за исключением того, что его контур более параболический по сравнению с соплом де Лаваля. Сужающаяся часть этого сопла разделена на две части: начало сопла представляет собой круглую часть выпуклой формы, за которой следует круглая часть вогнутой формы. Расходящаяся часть — парабола.

• 8.

  Сопло Deich: Сопло Deich также является соплом де Лаваля, за исключением того, что его сходящаяся часть является круглой, а расширяющаяся часть — параболической. Еще одно отличие этого сопла — небольшой расходящийся угол 8 ° (Ashwood and Higgins, 1957).

• 9.

  Сопло LJ: Сопло LJ было создано в рамках этой работы после испытания 26 геометрических форм сопел на однофазной горизонтальной установке. Эта геометрия очень похожа на одну из геометрий сопла ASTAR, за исключением того, что у него более длинная расширяющаяся секция (на 40% длиннее расширяющаяся секция по сравнению с форсункой ASTAR 1).

Несколько физических геометрических параметров и переменных испытаний могут повлиять на характеристики сопла, в том числе:

• • Коэффициент расширения, который представляет собой отношение площади выхода к площади горловины
• • Коэффициент сжатия, который представляет собой отношение зона впуска к зоне горловины
• • Отношение длины горловины к диаметру горловины
• • Соотношение давлений на выходе и на входе
• • Теплопередача
• • Угол расхождения

3.Методология

Конструкция сопла является важным компонентом этого экспериментального исследования. Особое внимание было уделено всей конструкции и конструкции форсунок. Это включало расчет соответствующего размера горловины сопла, который приведет к критическому потоку для условий, имеющихся в лаборатории, создание экспериментальной матрицы различных конфигураций сопла, а также создание 3D-чертежей и 3D-печатных моделей. Наконец, была спроектирована и построена установка для испытания горизонтальных сопел.

На испытательном стенде были доступны следующие условия:

• • Макс. расход воздуха = 74 кубических футов в минуту
• • Макс. давление воздуха = 80 фунтов на кв. дюйм

Исходя из этих условий, для всех конструкций сопел был выбран размер горловины 0,25 дюйма, чтобы гарантировать, что переход от критического к докритическому потоку может быть определен во время экспериментальной процедуры.

Чтобы определить влияние конструктивных параметров сопла, таких как угол схождения, угол расхождения и длина горловины, на характеристики сопла, была создана экспериментальная матрица, которая будет включать конструкции сопел с различными параметрами.Всего было рассмотрено 49 конфигураций форсунок, но после первоначального тестирования было определено, что некоторые формы форсунок не работают так же хорошо, как другие. Таким образом, экспериментально протестировано всего 27 форсунок. представлены конструктивные параметры испытанных форсунок. Рис. и показать основные испытанные геометрические формы конического и параболического сопла.

Таблица 1

Расчетные параметры и схемы испытанных форсунок.

Конические сопла — (a) сопло группы 1, (b) сопло группы 2, (c) сопло группы 3.

Параболические форсунки — (a) форсунка Rao, (b) модифицированная форсунка Rao, (c) форсунка Dual Bell, (d) конвергентная выпуклая форсунка, (e) конвергентная вогнутая форсунка, (f) форсунка Moby Dick, (g) ASTAR сопло, (h) сопло Deich, (i) сопло LJ.

Конструкции основных профилей этих форсунок были созданы с использованием линейных, параболических и круговых расчетных уравнений. 3D-чертежи, необходимые для 3D-печати, были созданы в Solidworks. Для создания физических моделей сопел использовался 3D-принтер Stratasys Eden 260 VS (). В качестве материала для 3D-печати использовалась смола Vero White Resin. Порты давления были включены в конструкцию корпуса форсунки в разных местах для регистрации профиля давления вдоль форсунки. Датчики давления были подключены к этим портам во время экспериментальной фазы.Количество портов для датчиков давления варьировалось в зависимости от доступного пространства на корпусе форсунки. Отверстия и резьба были спроектированы таким образом, чтобы соответствовать датчикам давления 0,25 дюйма и герметизировать отверстия. Оба конца корпуса форсунки состояли из секций, которые можно было приклеить к соединениям из ПВХ с внутренним диаметром 1,5 дюйма.

3D Печатная модель параболической выпуклой насадки.

4. Контрольно-измерительные приборы

Построена горизонтальная установка для испытания однофазного потока через сопло (). Форсунка установлена ​​на 1.Труба из ПВХ с внутренним диаметром 5 дюймов. На трубопроводах установлены датчики давления и температуры. Всего было установлено 10 датчиков давления Rosemount (PT) и 3 датчика температуры Rosemount (TT). Один ПТ и ТТ был установлен сразу после точки закачки газа для определения давления и температуры, при которых газ поступал в систему. Датчики давления и температуры были установлены перед и после сопла для определения перепада давления и температуры на сопле.На сопло устанавливалось не более семи ПТ (в зависимости от геометрии сопла). После воздухозаборника был установлен воздушный бак, чтобы получить дополнительный объем воздуха для проведения экспериментов при более высоких давлениях на входе. Перед соплом был установлен вихревой расходомер для измерения расхода газа. В составе установки были установлены два регулирующих клапана: один регулирующий клапан использовался для регулирования давления газа на входе, а второй регулирующий клапан был установлен в конце трубопровода для регулирования противодавления.Во время испытания форсунки воздух нагнетается из компрессора в систему трубопроводов. Этот воздух выбрасывается в атмосферу в конце трубопровода.

Однофазный горизонтальный испытательный трубопровод.

ПТ, ТТ, расходомеры и регулирующая арматура подключены к системе автоматизации (система DeltaV). Эта распределенная система управления использовалась для управления конфигурацией клапанов и записи данных с датчиков, подключенных к системе.

При проведении испытаний однофазных горизонтальных сопел выполнялась следующая процедура:

• • Воздух подавался на входную часть трубопровода и в воздушный бак.
• • Газовый регулирующий и обратный клапаны были открыты на 100%.
• • Поток стабилизировался, подождав 30 минут.
• • Затем обратный клапан закрывался на 10% каждые 5 минут до тех пор, пока расход газа на входе не начал уменьшаться. Затем обратный клапан открывался или закрывался до тех пор, пока не была определена критическая точка (точка, где расход газа на входе больше не был постоянным).
• • Подача воздуха была отключена, и данные были записаны из системы сбора данных DeltaV.

5. Результаты и обсуждение

Давление на входе и выходе, а также расход газа на входе были измерены для определения перехода между критическим и докритическим потоком и для определения относительной производительности испытанных форсунок. Используя эти значения, были рассчитаны соотношение давлений на выходе и входе (P _d / P _u ) и перепад давления на сопле (P _u -P _d ). Степень критического давления определялась по графику зависимости расхода газа на входе от потока.Соотношение давлений на входе и выходе (). Последняя зафиксированная точка, в которой скорость потока газа выше по потоку была стабильной, была выбрана в качестве критического отношения давлений (показано черной стрелкой на). Расход критичен для более низких отношений давления и докритичен для более высоких отношений давления. показывает падение давления, степень критического давления, давление на входе и расход газа на входе для всех форсунок, испытанных при переходе между критическим и докритическим потоком.

Определение критического перепада давлений — точка перехода от критического к докритическому расходу.

Таблица 2

Результаты экспериментов с однофазным горизонтальным потоком.

Относительная производительность сопла была оценена на основе двух показателей производительности: критического перепада давления и падения давления на сопле. На основе этих двух параметров представлены два отдельных рейтинга: один для уменьшения степени перепада давления, а другой — для увеличения падения давления. При этом было замечено, что форсунки с высоким отношением критического давления не обязательно имели наименьший перепад давления. Исходя из этого, можно отметить, что четыре группы форсунок работали лучше всего, когда принимались во внимание оба критерия — ASTAR, Deich, Moby Dick и LJ.Форсунки этих геометрических конфигураций считаются оптимальной геометрией. Из этой оптимальной геометрии наиболее оптимальной была форсунка ASTAR 1, она имела самый высокий коэффициент критического давления и самый низкий перепад давления.

Таблица 3

Рейтинг производительности форсунок на основе критического перепада давления и перепада давления.

Чтобы понять, почему некоторые геометрии сопла работают лучше, чем другие, были изучены показания давления, записанные в разных местах сопла.Поскольку на каждом сопле было разное количество PT, для последовательного анализа данных площадь сопла была разделена на четыре области, и для каждой области были выбраны единичные показания давления. Первая область включает область от трубы до сходящейся секции, вторая область включает область от сходящейся секции до горловины до начала расходящейся секции, третья область включает область от начала расходящейся секции до конца расходящейся секции и Четвертая область включает область от конца расходящейся секции до области трубы.Кроме того, поскольку в экспериментах давление на входе немного варьировалось, давления в каждой области были нормированы на давление на входе (то есть отношение давления области к давлению на входе) для анализа.

показывает, как нормализованное давление (отношение давлений) в каждой области изменяется через сопло. Из этого рисунка можно отметить, что область, которая оказывает наибольшее влияние на поведение перепада давления, — это область 2, которая включает в себя горловину. Следовательно, форма области непосредственно перед горловиной, горловины и формы области сразу после горловины играет важную роль в определении падения давления на сопле.

Коэффициент падения давления на сопле для испытаний однофазного горизонтального потока.

Фиг. и показать профиль соотношения давлений по мере того, как он изменяется с потоком через сопло для оптимальной геометрии и неоптимальной геометрии, соответственно. Есть две основные причины, по которым некоторые геометрические формы работают лучше, чем другие: 1) величина падения давления в области 2, 2) восстановление давления в области 3 и области 4. По этим причинам может наблюдаться резкое различие в оптимальной и неоптимальной геометрии. считаются.В случае оптимальной геометрии перепад давления в области 2 ниже, чем в неоптимальной геометрии. Диапазон перепада давления в области 2 (сразу после горловины) для оптимальной геометрии составляет от 0,40 до 0,58. В случае неоптимальной геометрии диапазон составляет 0,15–0,39. Наряду с этим можно также наблюдать, что давление обычно восстанавливается в случае оптимальной геометрии. Это приводит к более низкому общему падению давления на сопле и более высокой критической точке. Для неоптимальных сопел скорость все еще высока в областях 3 и 4, и в результате восстановление давления не происходит.Это приводит к более высокому падению давления на сопле и более низкой критической точке.

Изменение степени падения давления на сопле для оптимальной геометрии.

Изменение степени перепада давления на сопле при неоптимальной геометрии.

На основании полученных результатов эффект увеличения углов расхождения, удлинения горловины и увеличения общей длины сопла можно наблюдать среди различных групп сопел. Влияние этих параметров будет обсуждаться ниже для основных конических и параболических форм сопел, поскольку подгруппы этих сопел следовали аналогичным схемам.

Путем анализа данных по соплам конической группы 1 был определен эффект изменения угла расхождения в коническом сопле. Были испытаны три разных сопла с углами расхождения 8 °, 10 ° и 12 °. показывает результаты этих тестов. Можно отметить, что сопло с наивысшей степенью критического давления — это сопло с углом расхождения 10 °, за которым следуют 8 ° и 12 °. Как правило, при увеличении угла расхождения наблюдается снижение производительности. Аналогичная тенденция наблюдается в соплах Моби Дика, у которых расходящееся сечение имеет коническую форму.

Влияние различных углов расхождения на характеристики сопел конической формы.

Анализируя данные по соплам конической группы 2 и группы 1, можно определить влияние удлиненной длины горловины в конической насадке. Были испытаны три разных сопла с длиной горловины 0 дюймов, 0,5 дюйма и 1,5 дюйма и одинаковым углом расхождения 8 °. показывает результаты этого теста. Более длинное удлиненное горло привело к более высокому критическому давлению. Однако, поскольку скорость воздуха выше при увеличении длины в соплах с более крупными удлиненными горловинами, падение давления на трение через сопло выше.Это приводит к более высокому перепаду давления на сопле. Следовательно, более длинное удлиненное горло не идеально для оптимальной работы. Аналогичные тенденции наблюдаются и в форсунках Moby Dick.

Влияние различной длины горловины на характеристики сопел конической формы.

Анализируя данные форсунок Rao, можно определить эффект изменения углов расхождения в параболическом форсунке без удлиненного горловины. Были испытаны три различных сопла с углами расхождения 45 °, 60 ° и 90 °.показывает результаты этих тестов. Можно отметить, что, как и в случае конических форсунок, форсунка с наименьшим углом расхождения давала самый высокий критический перепад давления. При увеличении угла расхождения наблюдается потеря производительности сопла. Аналогичные тенденции наблюдаются и в форсунках ASTAR. Для параболических форсунок с удлиненным горлом характеристики форсунки повышаются при увеличении угла расхождения. Такие тенденции можно наблюдать в форсунках Modified Rao и Concave Bell.

Влияние различных углов расхождения на характеристики сопел параболической формы.

Анализируя данные модифицированных форсунок Rao и Rao, можно определить влияние различной длины удлиненного горловины в параболическом сопле. Были испытаны два разных сопла с длиной горловины 0 дюймов и 1,5 дюйма и углом расхождения 60 °. показывает результаты этих тестов. Характеристики сопла с точки зрения критического отношения давлений возрастают с увеличением длины горловины, но, как и в случае конических сопел, перепад давления на сопле также увеличивается с увеличением длины горловины.Аналогичную тенденцию можно наблюдать в трех соплах Дейха, однако влияние длины горловины в этом случае не слишком велико, поскольку критическое отношение давлений для всех трех сопел очень близко друг к другу.

Влияние различной длины горловины на характеристики сопел параболической формы.

Анализируя результаты для сопла 1 ASTAR и сопла 1 LJ, можно определить влияние общей длины сопла на характеристики сопла. Оба имеют схожую геометрию прямо перед и сразу после горловины, за исключением того, что сопло LJ длиннее по сравнению с соплом ASTAR.показывает результаты этого теста. Можно заметить, что критическое отношение давлений для обоих сопел очень похоже. Единственная разница в производительности состоит в том, что сопло LJ имеет немного больший перепад давления на сопле.

Влияние длины сопла на производительность сопла.

Наличие датчиков давления вдоль корпуса форсунки влияет на производительность форсунки. Когда жидкость движется через сопло, преобразователи делают поток более турбулентным, что приводит к более высокому перепаду давления на сопле и более низкому критическому отношению давлений.Чтобы определить влияние этой турбулентности, были испытаны три сопла без установленных на них датчиков давления. Степень критического давления в среднем снизилась на 0,06, а перепад давления на сопле увеличился на 2,5 фунта на квадратный дюйм из-за наличия датчиков давления.

6. Выводы

Эксперименты с однофазным сжимаемым потоком были проведены для определения оптимальной геометрии сопла, которая максимизирует степень критического давления и минимизирует перепад давления на сопле.Путем тестирования 27 различных геометрических форм сопла полученные данные были проанализированы для определения влияния геометрических параметров сопла на характеристики сопла. На основании экспериментального исследования можно сделать следующие выводы:

• • Геометрия сопла действительно оказывает значительное влияние на характеристики сопла. Влияние однофазного потока воздуха через сопло выявило влияние различных параметров сопла на его производительность. Меньший угол расхождения и отсутствие удлиненного горловины обеспечили наилучшую степень критического давления и низкий перепад давления.Длина сопла не так сильно влияла на характеристики, как форма сопла непосредственно перед и после горловины. Форма расходящейся части важна для восстановления давления.
• • По результатам, конфигурация форсунок ASTAR оказалась наиболее оптимальной. В частности, геометрия сопла 1 ASTAR показала наилучшие результаты, так как у него был самый высокий клапан отношения критического давления и самый низкий перепад давления. Эта геометрия имела угол расхождения 3 °, параболическую расходящуюся секцию, отсутствие удлиненного горловины и выпуклую и вогнутую сходящуюся секцию.

Заявления

Заявление автора о вкладе

Джагмит Сингх: Провел эксперименты; проанализировали и интерпретировали данные; написал газету.

Луис Зерпа: задумал и разработал эксперименты; проанализировали и интерпретировали данные; написал газету.

Бенджамин Партингтон, Хосе Гамбоа: задумал и разработал эксперименты; Проанализировал и интерпретировал данные.

Отчет о финансировании

Эта работа была поддержана Chevron ETC.

Заявление о конкурирующих интересах

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дополнительная информация

Дополнительная информация по данной статье недоступна.

Благодарности

Авторы хотели бы выразить огромную признательность Chevron за оказанную им ценную техническую поддержку на протяжении всего проекта.

Список литературы

• Almeida A.R. некоторые аспекты конструкции газлифтных клапанов Вентури. SPE Prod.Опер. 2015; 30 [Google Scholar]
• Эшвуд П.Ф., Хиггинс Д.Г. Совет по авиационным исследованиям. C.P. № 325; 1957. Влияние расчетного отношения давлений и угла расхождения на тягу сходящихся-расходящихся форсунок. [Google Scholar]
• Barber R.E., Schultheiss M.J. Влияние геометрии сопла на нестандартные характеристики импульсных турбин с частичным впуском. Выключенный. Naval Res. 1967: 49–52. PR010-04-01. [Google Scholar]
• Bestion D. Законы физического закрытия в коде CATHARE.Nucl. Англ. Des. 1990; 124: 229–245. [Google Scholar]
• Кларк К.Дж., Карсвелл Б. Издательство Кембриджского университета; Кембридж, Великобритания: 2007. Принципы астрофизической гидродинамики. [Google Scholar]
• Эллиот Д.Г., Вайнбер Э. Лаборатория реактивного движения; Пасадена, Калифорния: 1968. Ускорение жидкостей в двухфазных соплах; С. 16–34. [Google Scholar]
• Кульханек С.Л. Канзасский университет; Лоуренс, Канзас: 2012. Проектирование, анализ и моделирование ракетной двигательной установки. Магистерская диссертация. [Google Scholar]
• Нюрнбергер-Генин К., Старк Р. Переход потока в соплах с двойным колпаком. Ударные волны. 2009; 19: 265–270. [Google Scholar]
• Эстлунд Дж. Королевский технологический институт; Стокгольм: 2002. Процессы течения в соплах ракетных двигателей с акцентом на разделение потоков и боковые нагрузки. Магистерская диссертация. [Google Scholar]
• Park K.A., Choi Y.M., Choi H.M., March Оценка критических отношений давления звуковых сопел при низких числах Рейнольдса. Flow Meas. Instrum. 2001; 12: 37–41. [Google Scholar]
• Попов С.А. 2002.Эжектор жидкость-газ с усовершенствованным жидкостным соплом и варианты. Публикация патентной заявки США, US20020079384A1. [Google Scholar]
• Raiano M. 2013. Rocket Engines, 21 ноября 2013 г. http://www.aerospacengineering.net/? P = 1241 [Google Scholar]
• Staedtke H., Franchello G., Worth B. Advanced средства моделирования трехмерного двухфазного потока для приложений безопасности реакторов (ASTAR) Nucl. Англ. Des. 2005; 235: 379–400. [Google Scholar]
• Sutton G., Biblarz O.Wiley; 2001. Элементы силовой установки ракеты. [Google Scholar]

Калибровка химических аппликаторов, используемых в овощах

Введение

Калибровка — это процесс, используемый для определения количества химического материала, нанесенного на единицу площади. В большинстве сельскохозяйственных операций эта единица обычно составляет акр. Оборудование для внесения жидких и сухих материалов должно быть точно откалибровано, чтобы пестициды работали эффективно и чтобы избежать травм или гибели урожая.Этикетка пестицида является юридическим документом и должна соблюдаться. Правильная калибровка оборудования гарантирует, что продукт наносится так, как указано на этикетке, и что загрязнение окружающей среды будет сведено к минимуму. В этой публикации обсуждаются некоторые методы калибровки опрыскивателей и разбрасывателей сухого материала, а также содержится информация о калибровке, чтобы помочь фермерам правильно применять пестициды.

Определение терминов

GPA: галлонов на акр, наносимый опрыскивателем

галлонов в минуту: галлонов в минуту, подаваемых форсунками опрыскивателя

МИЛЬ / Ч: миль в час, когда распылительное оборудование движется

Валок: Ширина материала, наносимого оборудованием для нанесения

Выбор форсунок

При выборе форсунок для химического нанесения, производитель должен сначала рассчитать правильный галлон в минуту на одну форсунку.Как только будет определен галлон в минуту, производитель может выбрать правильную насадку. Цель состоит в том, чтобы выбрать форсунку, рассчитанную на GPM, определяемую расчетом. Форсунка состоит из корпуса форсунки, сетчатого фильтра (сетки), сердечника (вихревой пластины), диска (отверстия) и крышки форсунки (рис. 2).

Форсунки распыления

1. Плоский вентилятор — Этот тип разработан для работы со стрелой и является наиболее часто используемым наконечником сопла.Плоские веерные форсунки предназначены для правильной работы с перекрытием примерно одной трети соседних форсунок для равномерного распределения распыляемой жидкости по целевому участку. Рисунок распыления на плоских веерных форсунках уменьшается до 1/2 x по краям рисунка, поэтому перекрытие сохраняет однородный рисунок 1x на целевом участке.

2. Ровный вентилятор — Этот тип разработан для точечной обработки с использованием штанги с одним соплом. Даже веерные форсунки обеспечивают равномерное распределение струи по всей ширине струи.

3. Конус — Этот тип обычно используется для внесения фунгицидов и инсектицидов, поскольку они действуют при высоком давлении, чтобы проникнуть через растительный покров. Эти форсунки разработаны так, чтобы быть точными и наносить большой объем мелких капель.

Номера форсунок

Первые два-три числа на наконечнике форсунки — это угол распыления форсунки. Например, форсунка 11004 будет иметь угол распыления ^{110 °.}

Последние два числа — это расход.Например, сопло 11004 будет иметь расход 0,4 галлона в минуту при 40 фунтах на квадратный дюйм (фунтах на квадратный дюйм).

Цвет сопла

Некоторые форсунки классифицируются по цвету. В таблице 1 показан цвет в галлонах в минуту при 40 фунтах на квадратный дюйм.

Распылительные решетки

предназначены для предотвращения засорения наконечника форсунки мусором. Обычно используются два сита — сита 50 и 100 меш. Для любого сопла 0,2 галлона в минуту или меньше (т. Е. 0,15 и 0,1 галлона в минуту) требуется сито 100 меш.Для любого сопла размером более 0,2 галлона в минуту требуется сито 50 меш. Номера экранов (50 или 100) указывают количество отверстий на дюйм. Сита меньшего размера (100 меш) используются для форсунок 0,2 галлона в минуту и ​​ниже, потому что, если использовалось сито 50 меш, отверстия в сите были бы больше, чем отверстие форсунки.

Как определить GPM

На этикетках пестицидов часто указывается рекомендуемая скорость нанесения. Скорость — одна из переменных, необходимых для определения галлонов в минуту с использованием коэффициента преобразования 5940.Расстояние между соплами в дюймах и GPA также являются переменными в формуле 5940 для галлонов в минуту, которая выглядит следующим образом:

Если вы не знаете GPA, но знаете GPM, вы можете использовать следующее уравнение:

Используя приведенные выше формулы, вы можете рассчитать любую переменную, указанную в списке, путем обратного расчета и решения для отсутствующей переменной. Обратный расчет — полезный способ поиска пропущенных переменных в формулах GPM или GPA.

Альтернативные методы определения GPM

Три альтернативных метода определения количества галлонов в минуту, подаваемого опрыскивателем: 1) метод испытания потока через сопло, 2) использование градуировки объема и 3) метод наполнения бака.

Испытание на подачу сопла

Испытание на расход через сопло является предпочтительным методом определения галлонов в минуту. Перед добавлением пестицидов в резервуар наполните резервуар простой водой для калибровки. Включите форсунку и соберите воду из каждой форсунки в мерный цилиндр в течение 15 секунд. Умножьте количество, собранное из отдельных потоков сопла, на четыре (рис. 3).

Использование градуировки объема

Если на баке опрыскивателя есть видимые градуировки объема, количество галлонов в минуту можно определить, запустив опрыскиватель до тех пор, пока уровень не упадет от одной градуировки к другой, и разделив на время, необходимое для того, чтобы уровень упал. Использование градуировки резервуара избавляет от необходимости восстанавливать исходный уровень с помощью отмеренного количества жидкости. Перед использованием этого метода необходимо проверить точность деления резервуара, наливая известный объем жидкости в пустой резервуар и сравнивая известный объем с количеством, указанным на градуировке.Если уровень в резервуаре значительно отличается от известного объема, тогда на резервуаре должна быть нанесена новая градуировка.

Метод наполнения резервуара

Заполните распылитель до четко обозначенного, легко повторяемого уровня, а затем дайте распылителю поработать определенное время. Измерьте количество жидкости, необходимое для восстановления исходного уровня в резервуаре. Разделите замененные галлоны на время в минутах.

Пример выбора сопла

Фермер хочет использовать распылитель с плоской веерной форсункой для внесения 40 галлонов пестицида на акр.Распылитель будет двигаться со скоростью 3 мили в час, а ширина между соплами составляет 12 дюймов. Гровер хочет использовать опрыскивание под давлением 40 фунтов на квадратный дюйм. Какую насадку следует использовать гроверу? (Используйте Таблицу 2, чтобы решить вопрос.)

В таблице 2 указано количество галлонов в минуту, обеспечиваемое серией плоских веерных форсунок при различных давлениях.

галлонов в минуту = 0,24

В этом примере необходимо выбрать форсунку, которая подает приблизительно 0,24 галлона в минуту при 40 фунтах на квадратный дюйм. Глядя на столбец «Производительность одного сопла в галлонах в минуту», галлон в минуту равен 0.24 можно достичь с помощью наконечника форсунки 11002. Однако для этого наконечника требуется 60 фунтов на квадратный дюйм. Фермер хочет использовать 40 фунтов на квадратный дюйм. Продолжая движение вниз по столбцу «Производительность одного сопла в галлонах в минуту», наконечник сопла 110025 будет применять 0,25 галлона в минуту и ​​40 фунтов на квадратный дюйм. В данном примере это будет правильное сопло.

Определение площадей, обработанных опрыскиванием

Количество акров, обрабатываемых опрыскивателем, зависит от объема раствора для опрыскивания в баке и ГПД. Приложения будут либо широковещательным приложением, в котором обрабатывается большая область поля, либо полосовым (полосатым) приложением.

Для определения широковещательного приложения используйте следующее уравнение:

Обработанная площадь = длина x ширина поля

Для определения полосовой или полосовой аппликации используйте одно из следующих уравнений:

Обработанная площадь = ширина верха слоя x длина ряда x количество рядов x 43560 футов ²

Всегда выполняйте полевой калибровочный тест

Для определения фактического GPA, нанесенного опрыскивателем, необходимо провести полевую калибровку.Таблицы производительности, используемые производителями форсунок для выбора форсунок, показывают скорости потока для новых форсунок. Предполагается, что давление на сопле, а жидким носителем является вода. Напротив, при калибровке опрыскивателя может выполняться следующее:

1. Изношенные сопла могут давать больше, чем указано в таблице. Рекомендуется заменять форсунки, когда поток превышает на 10% поток, подаваемый новым форсункой. Это связано с тем, что это отрицательно повлияет на спектр капель и общее покрытие.

2. Манометры могут быть неправильными. Датчик давления распылителя может быть неточным или находиться в той точке распылителя, где давление сильно отличается от давления на форсунках.

3. Характеристики потока распыляемого раствора могут значительно отличаться от характеристик воды.

4. Форсунки могут быть забиты мусором.

Как можно изменить ставки подачи заявок?

Предположим, что полевые калибровочные испытания опрыскивателя в следующем примере показывают, что опрыскиватель подает 44 ГПа, а не желаемые 50 ГПа.Фермер мог выбрать одну из трех альтернатив, перечисленных ниже:

1. Отрегулируйте давление. Измените давление, чтобы увеличить расход до 50 ГПа. В данном случае это разумный выбор, поскольку разница между желаемым (50) и измеренным (44) невелика. Если разница велика, невозможно достичь желаемого ГПД путем изменения давления. Скорость потока зависит от изменения квадратного корня из давления. Большие изменения давления вызывают относительно небольшие изменения потока.Давление необходимо увеличить в четыре раза, чтобы поток удвоился.

Формула для регулировки давления и / или определения галлонов в минуту следующая:

2. Отрегулируйте скорость. Измените скорость, чтобы опрыскиватель применил желаемую норму GPA. Норма GPA косвенно зависит от скорости опрыскивателя. Увеличение скорости вдвое приведет к половинному значению применяемого ГПД, а уменьшение вдвое скорости удвоит ГПД (при условии, что поток в сопле остается постоянным). Изменение скорости — хороший способ изменить норму внесения.Однако есть практический предел изменения, которого можно достичь путем изменения скорости. Очень медленное движение требует больше времени для выполнения работы, а слишком быстрое движение в полевых условиях может быть опасным. (На Рисунке 4 изображен монитор внутри самоходного опрыскивателя. Здесь вы можете увидеть, как аппликатор может контролировать и регулировать давление и скорость.)

3. См. Этикетку. Примените GPA, который был определен во время калибровочного теста. GPA обычно не является жестким числом, а на этикетках пестицидов указан диапазон. Например, если производитель откалибровал опрыскиватель для внесения при 50 ГПа, а полевые калибровочные испытания показали, что на самом деле он вносил 44 ГПа, опрыскиватель считается подходящим (в пределах примерно 20–25% от запланированного количества). В этом примере этикетка не запрещает использовать GPA как есть, но количество пестицида необходимо отрегулировать.

Какое давление следует использовать?

Давление, используемое при применении пестицидов, зависит от проблемы с вредителями. Низкое давление (15–40 фунтов на квадратный дюйм) обычно используется для нанесения гербицидов, среднее давление (80–100 фунтов на квадратный дюйм) для нанесения инсектицидов и высокое давление (100–400 фунтов на квадратный дюйм) для нанесения фунгицидов.

Низкое давление обычно используется для внесения гербицидов веерными форсунками. Угол, образованный краями вентилятора сопла, зависит от конструкции сопла и давления.Наиболее распространенные углы вентилятора составляют 80 ° и 110 °. У каждой форсунки есть установленный максимальный и минимальный PSI, которые следует использовать. Слишком высокое давление приведет к образованию более мелких, похожих на туман капель. Слишком низкое давление приведет к образованию более крупных капель.

Инсектициды применяются при более высоком давлении, чем гербициды, потому что форсунки производят больше капель, что приводит к лучшему покрытию растений. Образование мелких капель увеличивает вероятность сноса. Однако уровни остатков на соседних участках, которые вызывают заметную проблему, обычно выше для инсектицидов, чем для гербицидов.

Фунгициды иногда применяются при чрезвычайно высоких давлениях (диапазон 400 фунтов на квадратный дюйм). Это высокое давление используется для улучшения покрытия за счет образования большого количества мелких капель. Использование высокого давления может улучшить проникновение и покрытие. Однако риск дрейфа намного выше.

Калибровка аппликаторов сухого материала

Процесс калибровки распылителей сухого материала очень похож на метод, описанный для распылителей жидкости. Основное используемое уравнение следующее:

В уравнении:

PPA = фунтов на акр

PPM = фунтов, наносимых в минуту

акров / мин = акров в минуту

Вышеприведенное уравнение можно использовать для любого типа оборудования для нанесения сухих материалов.К аппликаторам сухого материала часто прилагаются инструкции, в которых указаны приблизительные настройки отверстия в дне бункера. Эти настройки следует использовать только в качестве отправной точки для процесса калибровки. Как правило, аппликаторы для сухого материала не могут быть откалиброваны так же точно, как распылители жидкости из-за свойств текучести.

Определение обработанных акров за минуту

Уравнение, используемое для определения акров, обрабатываемых в минуту устройством для внесения сухого материала, такое же, как и уравнение, используемое для определения акров, обрабатываемых в минуту для жидкостного опрыскивателя (1 миль в час = 88 футов в минуту):

Применение сухих пестицидов обычно применяется только в декоративных культурах и в муниципальных районах.Применение сухих составов пестицидов в сельскохозяйственных культурах — редкость.

Столы

% PDF-1.4 % 1 0 объект >>> эндобдж 2 0 obj > поток 2021-04-29T14: 15: 31 + 02: 002021-04-29T14: 15: 33 + 02: 002021-04-29T14: 15: 33 + 02: 00Adobe InDesign 15.1 (Windows) uuid: 2160a99a-0f17-4c24- 8526-320cb348e7a0adobe: docid: indd: 7b9cfa16-7064-11de-8967-8415ec118083xmp.id: fdc40998-c910-034b-8faa-fe349c6affe5proof: pdfxmp.iid: b9caf694784328cdd: 214e-b428-cea787c4f090adobe: docid: indd: 7b9cfa16-7064-11de-8967-8415ec118083default

Dixon NZMQC5P-045 Многокомпонентная форсунка высокого давления включает 5 форсунок, размер форсунки 4,5, максимальный расход 1 галлон в минуту: Amazon.com: Industrial & Scientific

 F = q × Ve + (Pe - Па) × Ae

   где F = тяга
         q = массовый расход топлива
         Ve = скорость выхлопных газов
         Pe = Давление на выходе из сопла
         Па = атмосферное давление
         Ae = Площадь выхода из сопла
 

 q = массовый расход топлива = 100 кг / с
   k = удельная теплоемкость = 1,20
   M = молекулярная масса выхлопных газов = 24
   Tc = Температура камеры сгорания = 3600 K
   Pc = Давление в камере сгорания = 5 МПа
   Па = Давление окружающей среды = 0,05 МПа
 

 Pt = Pc × [1 + (k - 1) / 2]  -k / (k-1) 
   Pt = 5 × [1 + (1.20 - 1) / 2]  -1.20 / (1.20-1) 
   Pt = 2,82 МПа = 2,82x10  6  Н / м  2 

   Tt = Tc × [1 / (1 + (k - 1) / 2)]
   Tt = 3600 × [1 / (1 + (1.20 - 1) / 2)]
   Tt = 3273 К
 

 At = (q / Pt) × SQRT [(R '× Tt) / (M × k)]
   При = (100 / 2,82x10  6 ) × SQRT [(8,314 × 3,273) / (24 × 1,20)]
   Ат = 0,0345 м  2  

 Нм  2  = (2 / (k - 1)) × [(Pc / Pa)  (k-1) / k  - 1]
   Нм  2  = (2 / (1.20 - 1)) × [(5 / 0,05)  (1,20-1) /1,20  - 1]
   Нм  2  = 11,54
   Нм = (11,54)  1/2  = 3,40
 

 Ae = (Ат / Нм) × [(1 + (k - 1) / 2 × Нм  2 ) / ((k + 1) / 2)]  (k + 1) / (2 (k- 1)) 
   Ae = (0,0345 / 3,40) × [(1 + (1,20 - 1) / 2 × 11,54) / ((1,20 + 1) / 2)]  (1,20 + 1) / (2 (1,20-1)) 
   Ae = 0,409 м  2  

 Ve = SQRT [(2 × k / (k - 1)) × (R '× Tc / M) × (1 - (Pe / Pc)  (k-1) / k )]
   Ve = КОРЕНЬ [(2 × 1.20 / (1,20 - 1)) × (8 314 × 3 600/24) × (1 - (0,05 / 5)  (1,20–1) / 1,20 )]
   Ve = 2832 м / с
 

 F = q × Ve + (Pe - Па) × Ae
   F = 100 × 2,832 + (0,05x10  6  - 0,05x10  6 ) × 0,409
   F = 283200 Н


 

 Pe = 0.05 × 2 = 0,10 МПа
   
   Ат = 0,0345 м  2 

   Нм  2  = (2 / (1.20 - 1)) × [(5 / 0.10)  (1.20-1) /1.20  - 1]
   Нм  2  = 9,19
   Нм = (9,19)  1/2  = 3,03

   Ae = (0,0345 / 3,03) × [(1 + (1,20 - 1) / 2 × 9,19) / ((1,20 + 1) / 2)]  (1,20 + 1) / (2 (1,20-1)) 
   Ae = 0,243 м  2 

   Ve = SQRT [(2 × 1,20 / (1,20 - 1)) × (8,314 × 3,600 / 24) × (1 - (0,10 / 5)  (1,20–1) / 1.20 )]
   Ve = 2,677 м / с

   F = 100 × 2,677 + (0,10x10  6  - 0,05x10  6 ) × 0,243
   F = 279850 Н


 

 Pe = 0,05 / 2 = 0,025 МПа
   
   Ат = 0,0345 м  2 

   Нм  2  = (2 / (1,20 - 1)) × [(5 / 0,025)  (1.20-1) /1.20  - 1]
   Нм  2  = 14,18
   Нм = (14,18)  1/2  = 3,77

   Ae = (0,0345 / 3,77) × [(1 + (1,20 - 1) / 2 × 14,18) / ((1,20 + 1) / 2)]  (1,20 + 1) / (2 (1,20-1)) 
   Ae = 0,696 м  2 

   Ve = SQRT [(2 × 1,20 / (1,20 - 1)) × (8 314 × 3 600/24) × (1 - (0,025 / 5)  (1,20–1) / 1,20 )]
   Ve = 2963 м / с

   F = 100 × 2963 + (0,025x10  6  - 0,05x10  6 ) × 0,696
   F = 278 900 Н