По месту расположения различают ЭБУ центрального и распределенного впрыскивания топлива. По способу подачи существуют ЭБН непрерывного потока и импульсного типа. Управление ЭМФ непрерывного впрыскивания осуществляется механически, управление импульсными инжекторами осуществляется компьютером при помощи слабых импульсов. Важным параметром является точность подачи каждой форсункой при распределенном впрыске. По назначению различают пусковые и рабочие форсунки.
Форсунка (рис. 2.14) состоит из корпуса 4 и игольчатого клапана 16 с установленным якорем 12. Корпус форсунки содержит обмотку соленоида 10 и направляющую 2 игольчатого клапана 16. Форма корпуса форсунки может быть весьма разнообразной и определяется ее размещением в ВТ. Передний конец игольчатого клапана 76 снабжен специальным штифтом 1 для распыления топлива. Дозирующее отверстие распылителя представляет собой кольцевую щель шириной 0,08-0,10 мм. Подстройка ЭМФ по величине цикловых подач обеспечивается с помощью регулировочной втулки, изменяющей усилие возвратной пружины 11.
Рис. 2.14. Электромагнитная форсунка (в разрезе): 1 - штифт; 2 - направляющая; 3 - ограничительная шайба; 4 - корпус; 5 - штуцер; 6 - электрический разъем; 7 - электрический вывод; 8 - фильтр; 9 - топливопровод; 10 - обмотка; 11 - пружина; 12 - стальной якорь; 13 - ограничительный поясок; 14 - зазор; 15 - фиксатор; 16 - игольчатый клапан; 17 - дозирующее отверстие
Запорный игольчатый клапан перемещается под воздействием соленоида. Он открывается с помощью электрических импульсов напряжения от ЭБУ. После прекращения подачи электрического импульса игольчатый клапан прижимается к гнезду форсунки с помощью пружины 11 и перекрывает подачу топлива. Запорный элемент имеет специальную форму, обеспечивающую эффективный впрыск топлива.
Игольчатый клапан 16 в закрытом состоянии прижимается усилием пружины 11 к седлу, а открывается с помощью электромагнита и якоря 12. Ход игольчатого клапана составляет 0,15 мм, продолжительность открытия 2-10 мс в зависимости от потребляемого топлива. Напряжение в системе привода форсунок 4 В.
Главное реле системы управления подает питание бортовой сети на один вывод форсунки, блок управления второй вывод замыкает на «массу» на рассчитанный интервал времени. Этот интервал и определяет время открытия ЭМФ.
При протекании тока через обмотку соленоида игольчатый клапан 16 поднимается на величину 0,15 мм от своего гнезда и топливо впрыскивается через точное кольцевое отверстие. Передний конец 1 игольчатого клапана имеет специальный штифт для распыления топлива. Продолжительность срабатывания и закрытия форсунки составляет 1,0-1,5 мс. Когда на нее от ЭБУ поступает импульс напряжения, то клапан открывается, и топливо через распылитель тонко распыленной струей под давлением впрыскивается в смесительную камеру над дроссельной заслонкой. Топливо распыляется коническим факелом на тарелку впускного клапана. После прекращения подачи электрического импульса подпружиненный клапан перекрывает подачу топлива.
Напряжение питания обмоток ЭМФ подается от главного реле или выключателя зажигания, а заземление включается и выключается в ЭБУ. Длительность импульса (открытого состояния) составляет 1,5-10 мс. Это время зависит от температуры двигателя, от нагрузки, частоты вращения. При закрытии форсунки наблюдается скачок обратного напряжения, достигающий 60 В. Обмотка ЭМФ заземляется в ЭБУ в течение расчетного промежутка времени и при этом клапан открыт и топливо подается.
Быстродействие форсунки обеспечивают соответствующим подбором электромагнитного привода. Сердечник электромагнита имеет продольные прорези, уменьшающие вихревые токи. Клапан ЭМФ открывается и закрывается дискретно. Эффективность работы ЭМФ характеризуется скважностью этих импульсов, т.е. соотношением продолжительности открытого и закрытого ее состояния.
На современных ДВС применяют ЭМФ с дискретной цикловой подачей топлива. Они могут быть с нижним боковым или верхним подводом топлива. При поступлении в обмотку ЭМФ импульса от ЭБУ создается магнитное поле и клапан поднимается на заданный по сигналу ЭБУ промежуток времени. На входе ЭМФ устанавливают дополнительные фильтры с очень небольшой грязевой емкостью. Цикловая подача ЭМФ может быть определена по следующей зависимости:
где μфfф - площадь эффективного сечения дозирующего отверстия форсунки; Рср - средний перепад давления на дозирующем отверстии; ρ - плотность топлива; tц - время открытого состояния форсунки.
В корпусе ЭМФ расположена обмотка электромагнита и двухконтактный электрический разъем. В зависимости от особенностей обмотки ее сопротивление может находиться в пределах 2-16 Ом. Запирающий элемент бывает трех типов - плоский, конический и сферический.
Плоские клапаны имеют малую массу (0,5 г), что обеспечивает быстродействие для высокооборотных двигателей. Недостаток ЭМФ связан с нарушением герметичности из-за засорения и износа. Клапаны со сферической уплотняющей поверхностью применяются преимущественно для форсунок с центральным впрыскиванием. Они обеспечивают хорошую герметичность. Большое распространение получили ЭМФ с коническим уплотнением клапана, что обеспечивает стабильные показатели в процессе эксплуатации.
Распыляющий элемент формирует факел топлива, задаваемый в зависимости от места установки ЭМФ на ДВС.
При центральном впрыскивании угол факела доходит до 55°. У штифтовых ЭМФ с коническим клапаном угол факела определяется углом конуса на наконечнике штифта и выбирается так, чтобы топливо поступало в клапанную щель. В форсунках со сферическим клапаном впрыскивание производится через наклонно расположенные отверстия распылителя.
При распределенном впрыскивании форма факела определяется местом расположения ЭМФ и формой впускного клапана. При установке в головке вблизи впускного клапана угол факела равен 25-45°. При установке на большом расстоянии он равен 15-25°, чтобы основная часть топлива поступала на клапан.
Форсунка снабжена электромагнитным клапаном (запорной иглой), который открывает или прерывает впрыскивание топлива. Электромагнит форсунки управляется импульсом, поступающим с блока управления. Длина импульса (длительность впрыскивания) определяет количество топлива, поступающего в цилиндры двигателя. Некоторые системы имеют две цепи управления форсункой. Для быстрого открытия клапана ЭМФ используется первая (форсирующая) цепь, по которой может течь большой ток. Для удержания клапана форсунки в открытом состоянии большой ток не требуется и управление электромагнитом переходит на другую (удерживающую) цепь, обладающую большим сопротивлением. Этим достигается четкое срабатывание форсунки и ее низкая тепловая напряженность.
Обычно обмотка электромагнита ЭМФ одним концом постоянно подключена к положительной клемме аккумулятора через главное реле системы или реле топливного насоса. Второй конец обмотки подключен к ЭБУ и является управляющим. Блок управления в нужный момент и на нужный период подключает его к «массе», замыкая, таким образом, цепь питания.
Распылители форсунок. Конструктивные схемы распылителей современных форсунок приведены на рис. 2.15. Наконечник форсунки (инжектора) имеет одно или несколько тонких отверстий, проходя через которые, топливо тонко распыляется. Впрыскивание и распыление топлива осуществляется за счет избыточного давления в топливной магистрали, которое обычно составляет 0,1-0,3 МПа. Давление поддерживается в магистрали регулятором давления топлива. Форсунка (см. рис. 2.15, а) содержит защитный колпачок 1, корпус 2, распылитель 3, уплотнение 4 и выходное отверстие 5. В обесточенном состоянии распылитель 3 прижат пружиной к седлу и перекрыт доступ топлива к отверстиям 5 распылителя. Форсунка также содержит кольцевое отверстие, обеспечивающее хорошее распыление топлива. В зависимости от конструкции распылителя выходная струя принимает различную форму.
Рис. 2.15. Виды распылителей современных форсунок: а - кольцевая щель; б - односекционное распыление; в - многосекционное распыление; г - многосекционное распыление для двух впускных каналов; д - многосекционное распыление для шарового распылителя; 1 - колпачок; 2 - корпус; 3 - распылитель; 4 - уплотнение; 5 - кольцевая щель; 6-9 - распылительные отверстия; 10 - наклонное распылительное отверстие
В обесточенном состоянии распылитель 3 (см. рис. 2.15, д), выполненный в виде сферы, прижат пружиной к седлу 2 и перекрывает поступление топлива к его отверстиям 10. Форсунка центрального впрыскивания обычно имеет шесть отверстий, ориентированных в разные стороны. Хорошее распыление топлива обеспечивается за счет завихрения потока в отверстиях распылителя. Угол впрыскивания выбирается таким образом, чтобы топливо направлялось в щель между дроссельной заслонкой и ее корпусом.
Топливная форсунка автомобилей ГАЗ изображена на рис. 2.16. Электромагнитные форсунки обеспечивают дозированную подачу топлива и приводятся в действие ЭБУ. Они установлены через уплотнительные кольца и крепятся к топливной рампе скобами. Корпус воздушного фильтра расположен на левом лонжероне и через гофрированный патрубок соединен с дроссельным узлом.
Рис. 2.16. Электромагнитная форсунка двигателя ЗМЗ-4062.10: 1 - насадок; 2, 12 - резиновое уплотнительное кольцо; 3 - уплотнительная шайба; 4 - якорь электромагнита; 5, 20 - уплотнитель; 6 - ограничительная шайба; 7 - корпус; 8 - изолятор; 9 - обмотка электромагнита; 10 - электрический контакт; 11 - электрический разъем; 13 - топливный фильтр; 14 - топливная трубка; 15 - штуцер; 16 - топливный канал; 17 - крышка; 18 - пружина; 19 - сердечник; 21 -корпус клапана; 22 - калиброванный зазор; 23 - запирающий конус; 24 - полость
ЭМФ, устанавливаемая на современных двигателях ЗМЗ-4062.10, моделей фирм Bosch №0280150711 Deka, Siemens (Германия), «Пекар» (Россия) (см. рис. 2.16), представляет собой быстродействующий электромагнитный клапан со штифтовым запирающим элементом и предназначена для подачи топлива в цилиндры двигателя.
ЭМФ снабжена подпружиненным запирающим конусом 23, перекрывающим в нормальном состоянии калиброванное отверстие для распыления топлива. Для более мелкого распыления топлива запирающий конус, входящий в отверстие седла распылителя, имеет коническую форму. ЭМФ содержит корпус 7, обмотку 9 электромагнита, сердечник 19, жестко соединенный с якорем 4 и иглой 23, прижимаемой к седлу корпуса 21 клапана с помощью пружины 18, топливный канал 16, насадок 1 распылителя, топливный фильтр 13 и электрический разъем 11 с электрическим контактом 10. Форсунка снабжена электромагнитным клапаном (запорной иглой), который открывает или прерывает впрыскивание топлива.
Проходное сечение сопла форсунки представляет собой калиброванный кольцевой зазор 22, образованный корпусом распылителя и запирающим конусом, размещенным на якоре 4 электромагнита. В корпусе ЭМФ размещены запирающий конус 23 с образованием кольцевого зазора и электрическая обмотка 9, втягивающая якорь 4 с запирающим конусом 23. Обратное движение якоря 4 электромагнита осуществляется при помощи усилия пружины 18.
Топливо поступает в корпус форсунки через штуцер 15, в котором расположены топливный фильтр 13 и топливная трубка 14. Включение обмотки 9 электромагнита осуществляется через электрические контакты 10 электрического разъема 11, обеспечивая подъем запирающего конуса 23 на 0,1 мм над седлом распылителя и открывая выход топлива из форсунки через калиброванный кольцевой зазор.
ЭМФ в верхней ее части при помощи защелки закреплена на рампе, а через насадок 1 распылителя входит в отверстие ВТ у основания впускных каналов. ЭМФ в отверстиях рампы и ВТ уплотняется резиновыми уплотнительными кольцами. ЭМФ обеспечивает впрыскивание топлива в ВТ перед впускным клапаном цилиндра.
Ход якоря 4 запирающего конуса 23, равный 0,15 мм, ограничен упорной шайбой 6, выполненной из твердосплавного материала. Кольцевой зазор равен 0,085 мм. Бензин поступает в топливный фильтр 13 и далее через систему каналов форсунки к запирающему конусу 23, удерживаемому в открытом состоянии.
Электрическое поле, создаваемое в обмотке 9 электромагнита под воздействием электрических импульсов, посылаемых с ЭБУ, приподнимает сердечник 19, преодолевая сопротивление пружины 18. Якорь 4 электромагнита вместе с запирающим конусом 23 в процессе работы колеблется с высокой частотой.
После остановки двигателя якорь 4 обеспечивает перекрытие выходного отверстия и ЭМФ плотно закрывается. При определенном давлении ЭМФ открывается и топливо распыляется путем перемещения запорного конуса 23 в корпусе клапана. Форсунка открывается автоматически при превышении давления открытия, равного 0,3 МПа.
Продолжительность открытого и закрытого состояния ЭМФ находится в диапазоне 1-1,5 мс. ЭМФ закреплена с помощью литого резинового кольца 2 и запрессована. Электрическая схема ЭМФ подключена к жгуту системы управления через электрический разъем 11.
Впрыскивание топлива через ЭМФ синхронизировано с системой зажигания. Дозирование топлива зависит от длительности электрического импульса, подаваемого в обмотку ЭМФ блоком управления. Длительность импульса ЭМФ зависит от величины открытия дроссельной заслонки, температуры воздуха, температуры двигателя, частоты вращения КВ двигателя, нагрузки и других факторов.
Подача топлива строго синхронизирована с положением поршня в цилиндре двигателя. Количество подаваемого в двигатель топлива определяется длительностью электрического импульса, поступающего от ЭБУ на обмотку ЭМФ. При подаче импульса напряжения клапан открывается и топливо через распылитель тонкой распыленной струей подается под давлением на впускной клапан. Топливо испаряется, соприкасаясь с нагретыми деталями, и в парообразном состоянии попадает в камеру сгорания. После прекращения подачи электрического импульса подпружиненный конус 23 перекрывает подачу топлива.
Калиброванный зазор 22 ЭМФ закрывается конусом 23, управляемым с помощью соленоида, плунжер которого втягивается при протекании тока через его обмотку. После прекращения электрического импульса игла под действием пружины вновь опускается и закрывает отверстие, прекращая подачу топлива.
ЭМФ срабатывает один раз за полный цикл ДВС. Регулирование цикловой подачи осуществляется путем изменения времени открытого состояния клапана. Это достигается за счет управления продолжительности импульсов тока, поступающих на обмотку ЭМФ.
Продолжительность открытого состояния клапана должна быть равной длительности импульса, поступающего на обмотку электромагнита. В эксплуатации клапан открывается не одновременно с началом поступления тока, а с некоторым запаздыванием, обусловленным рядом электрических и механических факторов.
При подаче на обмотку катушки электромагнита электрического импульса создается магнитное поле, которое притягивает сердечник 19, а вместе с ним иглу запорного клапана. Отверстие в корпусе распылителя открывается и топливо под давлением в Распыленном состоянии поступает в цилиндр двигателя. После прекращения электрического импульса пружина возвращает в исходное положение сердечник, а вместе с ним и запорную иглу канала. Клапан ЭМФ должен быть герметичным. При необходимости герметичность ЭМФ можно проверить, подав в нее воздух давлением 0,3 МПа, а насадку распылителя ЭМФ опустить в керосин.
При кратковременной подаче напряжения 12 В на выводы исправной ЭМФ должен быть слышен отчетливый щелчок. Сопротивление обмотки ЭМФ должно составить 15,5-16,0 Ом.
Важным элементом форсунки является нижняя часть запирающего элемента (конусная, сферическая, плоская). Важнейшей характеристикой форсунки является ее быстродействие, определяемое жесткостью возвратной пружины, массой запирающего элемента и конструкцией электромагнитной системы. Кроме того, быстродействие зависит от индуктивности обмотки, т.е. в конечном счете от числа ее витков. Быстродействующие ЭМФ имеют малое сопротивление обмотки - 4 Ом и менее.
Наибольшее распространение получили ЭМФ, выполненные но конической схеме или с плоским якорем. В первом случае поверхность клапана обычно коническая, а распыляющее отверстие представляет собой кольцевую щель, образованную цапфой клапана и его седлом. Во втором случае типично использование плоского клапана с распылителем - пластиной с одним или несколькими калиброванными отверстиями.
ЭМФ установлены на специальных кронштейнах. Положение форсунки в кронштейне компенсируется резиновыми деталями. Достигаемая таким образом теплоизоляция устраняет парообразование и способствует хорошему пуску горячего двигателя. Благодаря резиновому кронштейну ЭМФ защищена от сильной вибрации. ЭМФ закреплены на рампе с помощью пружинных фиксаторов. Герметичность верхнего и нижнего концов ЭМФ обеспечивают с помощью уплотнительных колец, которые при ремонте двигателя обязательно надо заменять новыми.
Существуют различные способы электрического подключения ЭМФ к оконечным (усилительным) ступеням ЭБУ. Причина в том, что для ускорения открытия ЭМФ в первый момент на ее обмотку подается ток большей силы (для преодоления силы инерции иглы ЭМФ и силы сопротивления пружины), чем для удержания ЭМФ в открытом состоянии (пружина сжата).
Пусковая форсунка (рис. 2.17) содержит корпус 3 с размещенной в нем обмоткой 9, входной канал 7 с топливным фильтром 4, крышку 8 с электрическим разъемом 5 и контактами 6, фланец крепления 2 с распылителем 12 с выходной полостью, гнездо 1, якорь 10 и запорный элемент 11.
Рис. 2.17. Пусковая форсунка: 1 - гнездо; 2 - фланец; 3 - корпус; 4 -топливный фильтр; 5 - электрический разъем; 6 - контакты; 7 - входной канал; 8 - крышка; 9 - обмотка; 10 - якорь; 11 - запорный элемент; 12 - корпус распылителя; 13 - распылительное отверстие
При отсутствии тока пружина прижимает подвижный якорь к гнезду 1, перекрывая поступление топлива. 11ри прохождении тока через соленоид якорь поднимается от гнезда 1 в форсунке и обеспечивает подачу топлива. Топливо проходит по бокам якоря и хорошо распыляется. Система управления пусковой форсунки снабжена термическим временным реле.
Топливо подают в ресивер или в канал системы холостого хода, что обеспечивает высокие скорости и предотвращение конденсации. В современных системах они отсутствуют. Обогащение при пуске и прогреве достигается за счет программы управления основными форсунками.
Производительность форсунки проиллюстрирована на рис. 2.18. По мере увеличения продолжительности открытия форсунки ее производительность существенно повышается.
Рис. 2.18. Зависимость производительности форсунки Gт от продолжительности ее открытия τн
Электромагнитная форсунка двигателя F3R-272 автомобиля «Святогор» (рис. 2.19) содержит корпус 10 с каналом, закрытым заглушкой 3, крышку 2, основание 26 корпуса со штуцером 16 и обечайкой 13, якорь 5, снабженный запирающим конусом 17 и ограничительным буртиком 14, сердечники 7 и 30, вставку 33, штуцер 4 и вкладыш 28. Распылитель 21 снабжен седлом 22 с жиклером 18, двумя выходными калиброванными отверстиями 19, образующими факел 20.
Рис. 2.19. Электромагнитная форсунка двигателя F3R-272 автомобиля «Святогор»: 1 - электрический разъем; 2 - крышка; 3 - заглушка; 4 - штуцер; 5 - якорь; 6, 31 - электрический кабель; 7, 30 - сердечник; 8, 24 - уплотнительное кольцо; 9 - технологическая заглушка; 10 - корпус; 11 - пружина; 12, 23, 32 - уплотнительное кольцо; 13 - обечайка; 14 - ограничительный буртик; 15 - фильтр радиопомех; 16 - штуцер; 17 - запирающий конус; 18 - жиклер; 19 - калиброванное отверстие; 20 - топливный факел; 21 - распылитель; 22 - седло; 25 - канал подачи топлива; 26 - основание; 27 - опорная пластина; 28 - вкладыш; 29 - обмотка электромагнита; 30 - сердечник; 33 - вставка; 34 - электрический контакт
Электрическая цепь ЭМФ включает в себя разъем 1 с электрическими контактами 34 и обмотку 29, размещенную в сердечнике 30, электрические кабели 6 и 31 и фильтр радиопомех 15, размещенный на якоре 5. В штуцере 4 корпуса находится электрическая обмотка 29 и подпружиненный якорь 5, выполненный как единое целое с запирающим конусом 17. Опорная пластина 27 ограничивает ход якоря 5.
Электрические контакты 1 ЭМФ расположены в крышке 2 Форсунки. Управление работой ЭМФ производит ЭБУ путем подключения и отключения цепей их обмоток с «массой» за очень короткий промежуток времени (3-4 мс) на режимах холостого хода. Топливо через канал 25 подводится под давлением 0,3 МПа в среднюю часть корпуса.
Когда ЭБУ подает сигнал на ЭМФ, в обмотке 29 создается электромагнитное поле, якорь 5, преодолевая сопротивление пружины 11, поднимается вверх и топливо через два отверстия 19 в распылителе 21 впрыскивается в ВТ двигателя. ЭМФ устанавливают в топливную рампу через уплотнительные кольца 24 и крепят к ней при помощи скоб.
Топливную рейку устанавливают со стороны ВТ через резиновое кольцо 24. В торце рейки размещены регулятор давления и два штуцера. Через штуцер, расположенный ближе к ЭМФ четвертого цилиндра, в рейку подается топливо от ЭБН, а через штуцер, находящийся ближе к регулятору давления, излишки топлива сливаются в бак. Напряжение питания электрической цепи 12 В. Сопротивление обмотки ЭМФ составляет 14,5±1,0 Ом.
Форсунки закреплены на рампе с помощью пружинных фиксаторов. Верхний и нижний концы форсунок герметизируются уплотнительными кольцами, которые заменяют новыми при ремонте двигателя.
ЭБУ управляющим сигналом открывает электромагнитный клапан форсунки, при этом топливо проходит через клапан и направляющую пластину, обеспечивающую распыление топлива. Направляющая пластина имеет отверстия, которые направляют топливо, образуя конический факел. Факел топлива направлен на впускной клапан. До попадания топлива в камеру сгорания происходит его испарение и перемешивание с воздухом.
Автомобили семейства «Лада-2111, -2112» оснащены форсунками Фирм Bosch (Германия), GM (США).
ЭМФ двигателя с центральным впрыскиванием топлива (рис. 2.20) представляет собой быстродействующий клапан с электромагнитным управлением. Она содержит корпус 6 с размещенными в нем соленоидом 8 и кабинкой (обмоткой) 16 с выводами 9 и изолятором, входной патрубок 10 с входным каналом.
Рис. 2.20. Форсунка системы центрального впрыскивания топлива: 1 - шариковый клапан; 2 - диафрагма; 3 - кожух; 4 - впускное отверстие; 5 - топливный фильтр; 6 - корпус; 7 - крышка; 8 - соленоид; 9 - разъем подключения; 10 - входной патрубок; 11 - сердечник; 12 - уплотнение; 13 - выходное отверстие; 14 - защитное кольцо; 15 - кольцо; 16 - катушка; 17 - отверстие; 18 - полость; 19 - седло клапана; 20 - топливный факел; 21 - дозирующее отверстие
Шариковый клапан 1 нагружен пружиной, размещенной на сердечнике. Для отпирания выходных отверстий 21 (т.е. для подъема запирающего элемента-клапана), используется втягивающее усилие соленоида.
Наиболее важным конструктивным отличием разных типов ЭМФ является форма нижней части запирающего клапана, которая выполнена сферической.
Когда от блока управления через кабель 9 на катушку поступает импульс, магнитное поле, образующееся внутри катушек, поднимает якорь вверх, уменьшая давление пружины на клапан. Топливо, находящееся внутри корпуса форсунки, поднимает клапан и под давлением поступает в корпус дроссельной заслонки.
Форсунка с воздушным распылением топлива изображена на рис. 2.21. Для улучшения условий смесеобразования применяют дополнительную подачу воздуха, обеспечивающую распыление топлива. Форсунка содержит штуцер подвода воздуха 2, штуцер подвода топлива 5 и распылитель, обеспечивающий необходимый конус распыления 10. Форсунка размещена на рампе 1.
Рис. 2.21. Форсунка с воздушным распылением топлива: 1 - рампа; 2 - штуцер подвода воздушного потока; 3 - направление подвода воздушного потока; 4 - электрический разъем; 5 - штуцер подвода топлива; 6 - направление входа топлива; 7 - уплотнение; 8 - канал подачи топлива; 9 - корпус форсунки; 10 - распыляющий конус
Электромагнитная газовая форсунка системы центрального впрыскивания (рис. 2.22) содержит корпус 6 с размещенной в ней катушкой 7 с выводами 8, входной 9 и выходной 7 штуцеры, плоский якорь 3, нагруженный со стороны входного штуцера 9 пружиной 4 и размещенной в сердечнике.
Рис. 2.22. Электромагнитная форсунка центрального впрыскивания газа: 1 - выходной штуцер; 2 - соединительный канал; 3 - якорь; 4 - пружина; 5 - статор; 6 - корпус; 7 - катушка; 8 - выводы; 9 - входной штуцер; 10 - входной канал; 11 - изолятор; 12 - промежуточная полость; 13 - дозирующее отверстие; 14 - дозирующий канал
Форсунка представляет собой быстродействующий клапан с электромагнитным управлением. При подаче в обмотку 7 электромагнита электрического импульса тока определенной длительности якорь (клапан) 3, преодолевая действие усилия пружины 4, открывает отверстие в выходном штуцере 1 и обеспечивает подачу газа во впускной тракт. Цикловая подача газа зависит только от продолжительности открытия форсунки, так как давление на входе в форсунку и дозирующее отверстие являются постоянными параметрами.
Конструктивные и электрические параметры газовой ЭМФ взаимосвязаны и могут быть рассчитаны по аналогии с электротехническими устройствами. Конструктивный параметр Кг газовой форсунки может быть определен из следующей зависимости:
где Рэ - величина тягового усилия электромагнита (на первом этапе выбирают ориентировочно), Н; δя - высота подъема якоря, м.
В дальнейшем по величине Кг предварительно выбирают диаметр якоря, наружный и внутренний диаметры электромагнита, параметры катушки электропривода (длину, высоту, сопротивление и диаметр проволоки катушки и другие величины). Величина тягового усилия электромагнита может быть определена из следующей зависимости:
где μ0 - магнитная постоянная; φ - поправочный коэффициент; Fк - магнитодвижущая сила катушки, А; Sя - площадь якоря, м2.
Величина магнитодвижущей силы катушки может быть определена по формуле:
где nк - число витков катушки электромагнита; Uк - напряжение, В; Rк - сопротивление катушки, Ом.
На завершающем этапе расчета определяют жесткость пружины электромагнита и осуществляют уточненный расчет газовой форсунки.
Электромагнитная газовая форсунка системы распределенного впрыскивания (рис. 2.23) содержит корпус 5 с размещенной в ней катушкой 7 с выводами, входной 8 и выходной 1 патрубки, плоский якорь, нагруженный пружиной, размещенной в сердечнике со стороны входного патрубка 8.
Рис. 2.23. Электромагнитная форсунка распределенного впрыскивания газа: 1 - выходной патрубок; 2 - нижняя крышка; 3 - пластина; 4 - дозирующее отверстие; 5 - корпус; 6 - верхняя крышка; 7 - катушка; 8 - входной штуцер; 9 - канал подачи газа; 10 - якорь; 11 - уплотнитель; 12 - дозирующий канал
При подаче в обмотку катушки 7 электромагнита электрического импульса тока определенной длительности якорь (клапан), преодолевая действие усилия пружины, открывает отверстие в выходном патрубке 1 и обеспечивает подачу газа во впускной тракт. Цикловая подача газа зависит только от продолжительности открытия форсунки, так как давление на входе в форсунку и дозирующее отверстие являются постоянными параметрами.
В корпусе форсунки с плоским клапаном смонтированы распылитель с запорным якорем и катушка 7, втягивающая якорь 10, нагруженный пружиной. Якорь открывается под действием давления газа. Обратное его движение осуществляется пружиной. Газовое топливо поступает в полость форсунки через штуцер 8, в котором расположен фильтрующий элемент.
При включении обмотки электромагнита в цепь (выводы обмотки соединены с контактами штепсельного разъема) якорь 10 поднимает иглу, открывая топливу выход из распылителя. Ход якоря, равный 0,15 мм, ограничен упором седла. Такая конструкция гарантирует сохранение воздушного зазора между пластиной 3 и якорем 10, что предотвращает изнашивание деталей якоря, выполненных из мягкого железа, а также улучшает временные характеристики форсунки. Для повышения быстродействия якорь и сердечник электромагнита имеют продольные прорези, уменьшающие вихревые токи.
У форсунок с плоским клапаном продолжительность времени срабатывания и отпускания на 30% меньше по сравнению с коническим. Быстродействие таких форсунок достигается путем уменьшения массы и трения подвижных деталей. Преимуществом форсунок является также простота конструкции и, как следствие, менее жесткие требования к точности изготовления и сборки деталей по сравнению с коническими клапанами.