Форсунка (дизельный двигатель)

Форсунки

Система насос-форсунка (насос- форсунка ) дизельного двигателя

Инжектор, модель в разрезе

Форсунка Common Rail

Процесс впрыска

Процесс впрыска, радиальное распределение топлива

Впрыска клапана в дизельном двигателе известен как инжекционного сопла . Другое название - инжектор .

строительство

Форсунки состоят из нескольких частей:

• Корпус форсунки, игла форсунки из высококачественной стали и притерта ; Из-за этих жестких допусков отдельные части не являются взаимозаменяемыми. Напротив, все изготовленные отдельные детали измеряются отдельно, а отдельные детали, которые подходят друг к другу с минимальным остаточным допуском, соединяются друг с другом.
• Пружина сжатия
• Патрубок высокого давления для подачи топлива
• Обратный трубопровод для топлива

Классические системы открывают форсунку давлением, в более новых системах используются приводы для подъема (открытия) иглы форсунки, например, поршни насоса (насос-форсунка), магнитные катушки с арматурой клапана или пьезоприводы (common rail).

функция

В простых системах игла сопла вдавливается в седло одной или двумя пружинами сжатия на держателе сопла. Давление топлива создает вертикальную подъемную силу. Если это больше, чем сила пружины, игла выталкивается вверх и впрыскивается топливо . Если давление падает, форсунка закрывается (снова).

Технические характеристики и нагрузки:

• Около миллиарда впрысков ( срок службы коммерческого транспорта )
• Продолжительность впрыска 1-2 мс
• Объем впрыска (мин. / Макс.) Для автомобилей от 1 до 50 мм³, для грузовых автомобилей от 3 до 350 мм³.
• Люфт иглы сопла в направляющей около 2 мкм.
• Противодавление в камере сгорания до 2050 бар

При высоких давлениях топлива сжимаемостью топлива больше нельзя пренебрегать, и скорость звука топлива (скорость распространения повышения давления в линиях высокого давления) также должна приниматься во внимание для динамики открытия. сопла. Система впрыска также должна быть способна противостоять волнам давления, которые образуются в результате отражения в линиях, и, если конструкция не подходит, в противном случае могла бы вызвать дополнительные нежелательные отверстия сопла. Чтобы облегчить проектирование системы, подающие трубопроводы к форсункам должны быть как можно короче и длиннее.

Игла сопла поднимается для впрыска. Делается это по-разному:

• В системах Common Rail давление в рампе постоянно прикладывается к форсунке и адаптируется к текущей рабочей точке двигателя. Следовательно, для форсунки необходим механизм, который может ее активно открывать и активно закрывать при любом давлении в рампе и в течение любого времени.
• В системах с насосным управлением ( линейные и распределительные впрыскивающие насосы , системы насос-форсунка ) насос создает давление, которое поднимает иглу форсунки против силы пружины. Как только давление в насосе падает ниже предельного значения, пружина снова закрывает форсунку.

Давление открытия форсунки составляет от 115 до 300 бар, в зависимости от производителя. Максимальное давление впрыска должно быть выше противодавления в камере сгорания и может достигать 2700 бар, в зависимости от системы и нагрузки / скорости двигателя.

Время горения впрыскиваемого топлива в высокотемпературных дизелях относительно долго , если учесть время , что потребности поршня в 3 рабочем ходе , чтобы получить от верхней части к нижней мертвой точке . При полной нагрузке и высоких скоростях угол поворота коленвала может составлять 40 °… 60 ° (кВт). Следовательно, небольшое количество топлива начинает впрыскиваться до верхней мертвой точки (ВМТ). Это компенсирует задержку зажигания (время между впрыском и началом сгорания), снижает шум и улучшает качество выхлопных газов. В системах впрыска, которые обрабатывают несколько впрысков, эта первая часть также называется пилотным или предварительным впрыском.

• Легковой автомобиль дизельный с непосредственным впрыском (отрицательные углы поворота коленчатого вала до ВМТ)

Нулевая нагрузка: −2… + 4 ° кВт

Частичная нагрузка: −6 ... + 4 ° кВт

Полная нагрузка: −15… −6 ° кВт

• Дизель для коммерческого транспорта с непосредственным впрыском

Нулевая нагрузка: −12 ... −4 ° кВт

Полная нагрузка: −6 ... + 2 ° кВт

Когда двигатель холодный, начало впрыска смещается еще на −3… −10 ° CA перед ВМТ, чтобы уменьшить количество дыма в выхлопных газах.

Типы

Отверстие сопла

Этот тип используется только в двигателях с прямым впрыском.

Различают сопла с отверстиями под седло и сопла с глухими отверстиями.

В случае сопла с отверстием под седло отверстия для сопла закрываются непосредственно элементом клапана (иглой сопла).

В случае сопла с глухим отверстием под седлом сопла остается остаточный объем, в котором остается остаточное топливо, которое не было впрыснуто через отверстия сопла, что может привести к увеличению выбросов несгоревших углеводородов (HC) в выхлопных газах и более высокая склонность сопла к коксованию. Однако более благоприятные условия потока могут быть достигнуты за счет смесительного объема перед отверстиями сопла. Чтобы снизить нежелательный остаточный объем на как можно более низком уровне, существуют также форсунки с миниатюрными глухими отверстиями, в которых мертвый объем поддерживается на минимально возможном уровне за счет «заполнения».

В корпусе форсунки имеется несколько отверстий для распыления. В зависимости от двигателя это число составляет от 5 (легковые автомобили) до 14 (большие дизельные двигатели, например, для кораблей или электростанций). Диаметр отверстия варьируется от 0,15 мм (легковые автомобили) до 0,4 мм (грузовые автомобили). Количество, угол и размер отверстий для впрыска, а также условия потока в отверстиях сопла влияют на впрыскиваемую струю и ее распыление (форму распыла), что в соответствии с количеством впрыска, давлением впрыска, кривой давления, геометрией камеры сгорания. , движение заряда, давление и температура сжатия, качество сгорания при сгорании дизельного топлива.

Современные клапаны впрыска (форсунки) имеют либо магнитную катушку, либо, все чаще, пьезоэлектрический привод в качестве активного элемента , причем пьезоуправление позволяет осуществлять до пяти многократных впрысков в одном цикле сгорания из-за более короткого времени отклика. В случае многократного впрыска на повышение давления (более плавный процесс сгорания) может влиять соответствующий предварительный впрыск, и, таким образом, можно улучшить ситуацию акустического комфорта. Кроме того, существует возможность регенеративной очистки сажевого фильтра путем дополнительного впрыска, в результате чего несгоревшее топливо служит для последующего сжигания сажи, собранной в фильтре.

Насадка для насоса

В системе насос-форсунка одноплунжерный насос совмещен с форсункой для впрыска. Это снижает разрушающее влияние напорных топливопроводов на систему. Раньше управление насосным элементом осуществлялось механически, сегодня продолжительность впрыска регулируется пьезо или магнитным клапаном. В открытом состоянии эти клапаны соединяют напорный канал и возврат. Это приводит к падению давления и закрытию форсунки. Однако давление впрыска нельзя регулировать.

Патрубок

Втулочные сопла используются в двигателях с форкамерой или вихревой камерой и имеют гораздо более низкое давление открытия, от 80 до 145  бар . В этой конструкции единственное отверстие для впрыска закрывается штифтом, когда оно закрыто. Это означает, что остаточного объема нет.

С форсунками дроссельной заслонки форсунка впрыска также может быть изменена за счет формы стержня. Возможны z. Б. Изменение формы струи перед впрыском или в зависимости от давления. Плоские штифты уменьшают закоксовывание сопла и улучшают шум сгорания.

Во время разработки штифта всегда учитывается образование отложений сажи, а это означает, что новые форсунки, на которых еще нет отложений сажи, могут гореть менее чисто, пока они не образуются.

Неисправность и загрязнение форсунки

При работе форсунки могут возникнуть различные неисправности:

• Износ форсунки приводит к ошибкам в распылении (распылении топлива) форсунки.
• Из форсунки капает, d. ЧАС. сопло закрывается неплотно или игла сопла ненадолго отрывается от седла после последнего впрыска.
• Некачественное топливо или использование растительных масел могут закоксовать отверстие форсунки.

Результатом внутреннего двигателя является ухудшение сгорания, потому что струя больше не распадается на мелкие, немедленно горящие капли и большие, позже воспламеняющиеся капли.

Последствиями могут быть:

• Более высокий расход топлива,
• Низкое качество выхлопных газов: непрозрачность дымовых газов из-за сажи, запаха
• Детонационное сгорание с последующим повреждением подшипников двигателя
• Местный перегрев, особенно если неправильная форма распыления превращается в тонкую струю и попадает на головку поршня.

Это может привести к тому, что блок управления двигателем перейдет в аварийный режим или откажется запустить двигатель из-за риска нерегулируемых процессов сгорания. Очистка сопла или инжектора особенно необходима при коксовании. Путем соответствующей координации геометрии отверстий сопла можно, по крайней мере, задержать или избежать коксования. Считается, что высокие температуры или работа на коротких расстояниях способствуют закоксовыванию форсунок. Большая часть коксования напрямую связана с сажеобразованием в рециркуляции выхлопных газов в дизельном двигателе.

литература

• Конрад Рейф (ред.): Классические системы впрыска дизельного топлива . 4-е издание. Vieweg + Teubner, Висбаден 2018, ISBN 978-3-658-07696-2 . 
• Хельмут Чёке, Клаус Молленхауэр, Рудольф Майер (ред.): Дизельные двигатели с ручным управлением . 2-е издание. Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, Висбаден 2012, ISBN 978-3-8348-1596-5 . 
• Макс Бонер, Ричард Фишер, Рольф Гшайдле: Опыт в области автомобильных технологий. 27-е издание, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1
• Ричард ван Басхуизен, Фред Шефер: Справочник «Основы двигателя внутреннего сгорания, компоненты, системы, перспективы». 3-е издание, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Висбаден, 2005 г., ISBN 3-528-23933-6

веб ссылки

• Youtube: Тест форсунки
• focus.de от 10 июня 2013 г., Риск для дизельных двигателей: бомба замедленного действия с сажевым фильтром , по состоянию на 17 ноября 2019 г.

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Конрад Рейф (ред.): Классические системы впрыска дизельного топлива . 4-е издание. Vieweg + Teubner, Висбаден 2018, ISBN 978-3-658-07696-2 .  Глава 18 «Форсунки и держатели форсунок для систем впрыска дизельного топлива» Дитмара Зе и Адила Окумушоглу.
2. ↑ ^{a b} Конрад Рейф (ред.): Классические системы впрыска дизельного топлива . 2-е издание. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8348-1596-5 , форсунки для впрыска, стр. 222 и далее . 
3. ↑ https://www.heise.de/autos/artikel/Vorstellung-BMW-2er-Active-Tourer-und-Gran-Tourer-Facelift-3937445.html от 10 января 2018 г., по состоянию на 19 ноября 2019 г.
4. ↑ Конрад Рейф (ред.): Классические системы впрыска дизельного топлива . 2-е издание. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8348-1596-5 , параметры впрыска, стр.12 .