Строение распылителей
Распылитель вводит топливо в камеру сгорания через специальное сопло, которое является точно изготовленным компонентом форсунки. Когда говорят о прецизионности распылителя, они подразумевают, что его составляющие - игла и корпус - произведены с крайней точностью:
- Разрыв между иглой и корпусом составляет от 0,002 мм до 0,004 мм, в зависимости от типа распылителя;
- Отклонения формы иглы и внутренних поверхностей корпуса меньше 0,001 мм.
Виды распылителей
Существуют два вида распылителей в зависимости от системы впрыска, которая определяется типом камеры сгорания:
- Штифтовые распылители (одноотверстные), используемые в дизельных двигателях с отдельной камерой сгорания;
- Отверстие образовательные распылители, используемые в системах прямого впрыска, где камера сгорания формируется в днище поршня.
В этих двух группах распылителей есть сотни типов и модификаций, которые отличаются строением корпуса и иглы, размерами и характеристиками работы. В нашем интернет-магазине ДизАвто вы найдете необходимые распылители: распылители на КаМАЗ, распылители на ММЗ и распылители на ЯМЗ.
Проходная (гидравлическая) характеристика распылителя
Основным параметром распылителя является его проходимость (гидравлическая характеристика), которая описывает изменение сечения в распылителе в зависимости от подъема иглы и, следовательно, изменения количества выходящего из распылителя топлива.
Форма этой характеристики влияет на экономичность (расход топлива), динамику и экологические показатели двигателя (шумность, содержание сажи и токсичных веществ в выхлопных газах).
Проходная характеристика распылителя зависит от его строения и размеров, в частности:
- В штифтовых распылителях - от высоты дросселя, зазора дросселя, высоты подъема иглы и других конструктивных особенностей (диаметра штифта, относительного показателя);
- В отверстие образовательных распылителях - от подъема иглы, углового расхождения конуса иглы и опорного отверстия в корпусе распылителя, относительного показателя, диаметра и глубины колодца, количества, диаметра и длины отверстий для распыления.
Проходная характеристика штифтового распылителя
У штифтового распылителя проходная характеристика с дроссельным эффектом имеет продолжительный плоский участок, определяющий уровень шума и уровень выбросов углеводородов, и крутой резкий участок, влияющий на расход топлива и уровень дыма в выхлопных газах.
Форма плоского участка зависит от высоты дросселя и величины зазора между отверстием и штифтом на игле, который называется дроссельным зазором. Обычно высота дросселя составляет от 0,3 до 0,7 мм, в зависимости от применения распылителя (для легковых или грузовых автомобилей), а дроссельный зазор - от 0,01 до 0,05 мм.
Для достижения более плавной работы двигателя, легче запуска и обеспечения равномерной работы на холостом ходу используют распылители, которые имеют плоскую или наклонную поверхность на игольном штифте (в прошлом для этого в распылителе сверлили дополнительное отверстие, которое быстро забивалось в процессе работы).
Кроме того, игольный штифт имеет дополнительную фаску для более плавного перехода характеристики распылителя от плоского участка к крутому вертикальному участку. Это позволяет снизить уровень шума и количество выбросов углеводородов при работе двигателя на низких нагрузках.
Изменения проходной характеристики дырчатого распылителя
Характеристика дырчатого распылителя отличается от характеристики штифтового распылителя в нескольких аспектах. Прежде всего, заметно более резкое увеличение проходного сечения при подъёме иглы, что зависит от нескольких факторов, таких как величина зазора между уплотняющим конусом иглы и краем колодца, разница в углах конусов на игле и в корпусе, а также диаметр распыляющих отверстий. Это улучшает структурную особенность дырчатого распылителя.
Относительный показатель распылителя и его динамические свойства
Скорость подъёма иглы (или скорость открывания распылителя), скорость вытекания топлива через распыляющие отверстия, а также время впрыска зависят от относительного показателя, который определяется отношением диаметра гнезда к диаметру иглы. В данном контексте, диаметр гнезда обычно не может быть меньше 2,2 мм, чтобы обеспечить достаточную подачу топлива к распыляющим отверстиям и уменьшить риск кавитационного износа гнезда распылителя. Что касается диаметра иглы распылителя, он может быть либо 6 или 5 мм для распылителей типоразмера «S», либо 4,5 или 4 мм — для распылителей типоразмера «Р». В этом случае, наиболее распространёнными соотношениями являются 3/6 и 2,5/6 для распылителей типоразмера «S», а также 2/4 и 2,6/4,5 для распылителей типоразмера «Р».
Безколодцевые распылители и их экологические свойства
С точки зрения экологичности двигателя, износостойкости сферической части корпуса распылителя и его звуковых свойств, важным параметром конструкции являются размеры пространства под гнездом распылителя. Существуют два основных вида дырчатых распылителей: с колодцем и без колодца. Распылители с колодцем могут иметь колодец разной формы, такие как цилиндрический с полукруглым или коническим окончанием корпуса распылителя, а также конический с коническим окончанием корпуса.
Чем меньше объём колодца, тем меньше топлива остаётся в нём после окончания впрыска, что в свою очередь уменьшает выбросы углеводородов и склонность распылителя к закоксовыванию распыляющих отверстий. Новейшие типы распылителей VCO характеризуются минимальным объёмом колодца и обычно используются в распылителях типоразмера «Р» с длиной распыляющего отверстия 1 мм и конической формой окончания корпуса. Кроме того, игла в таких распылителях имеет дополнительный конус, который улучшает их гидравлические свойства.
Структура и характеристики конструкции игл распылителей
Основная часть конструкции игл распылителей зависит от типа двигателя, применяемого в системе. В зависимости от этого, игла распылителя может иметь разные формы окончания: цилиндрическую, коническую или двойной конус. В системах с высоким давлением, например, в системе Common Rail, распылители оснащены иглой с двойной направляющей. Такая конструкция предотвращает потерю устойчивости иглы и обеспечивает полное закрывание всех распыляющих отверстий, что очень важно для создания равномерных струй топлива.
Еще одним важным параметром конструкции иглы является величина ее подъема, или шага. Этот параметр влияет на гидравлические свойства распылителя и время впрыска.
Шаг иглы должен быть настолько маленьким, насколько это возможно, но при этом должен обеспечивать проходное сечение через гнездо, которое было бы на 30% больше суммарного сечения отверстий распылителя. Слишком большой шаг иглы приводит к задержке закрытия распылителя и возможному протеканию топлива, проникновению выхлопных газов внутрь распылителя и образованию нагара. В случае штифтовых распылителей, шаг иглы составляет от 0,4 до 1,1 мм, а в дырчатых распылителях он значительно меньше - от 0,2 до 0,35 мм.
Материалы и тепловая обработка распылителей
Распылители подвергаются механическим и тепловым нагрузкам во время работы на двигателе. Игла распылителя совершает резкие удары об уплотняющий конус в корпусе распылителя со скоростью до 10 000 ударов в минуту. Если температура возле распыляющих отверстий превысит 200 градусов Цельсия, это может привести к изменению цвета, образованию нагара и залипанию иглы.
Поэтому корпуса распылителей изготавливаются из стальных сплавов, проходящих тепловую обработку, такую как азотирование или углеродирование, с добавками хрома, никеля и молибдена. Корпуса штифтовых распылителей также изготавливаются из стальных сплавов с закалкой, а штифты игл обрабатываются тепловыми методами.
Износостойкость и безотказность в эксплуатации
Толщина твёрдого слоя на конусе иглы является ключевым фактором, влияющим на износостойкость и надежность распылителя. Если твёрдый слой тонкий или отсутствует вообще, износостойкость распылителя будет низкой. Обработка углеродом позволяет получить слой большей толщины, но при этом менее твердый по сравнению с азотированием, которое даёт тонкий, но более твердый слой. Важно отметить, что твёрдость поверхности уплотнительного конуса корпуса распылителя после тепло-химической обработки должна быть не менее 60 HRC.
