Форсунки открываются автоматически, с их помощью осуществляются дозирование и распыливание топлива. Обычно форсунки разрабатываются для каждой модели автомобиля и двигателя; они постоянно совершенствуются, поэтому можно отметить большое разнообразие их конструкций.
Форсунки работают в импульсном режиме при частоте срабатывания от 10 до 200 Гц в условиях вибрации двигателя, повышенных температур. Форсунки должны обеспечивать линейность характеристики дозирования топлива в пределах 2-5 % на протяжении всего срока службы (около 600 млн циклов срабатывания).
Сигнал на начало впрыскивания топлива подается на обмотку 7 (рис. 1) электромагнита, размещенную в металлическом корпусе. В корпусе расположен также запирающий элемент 3 клапана, прижимаемый к седлу пружиной 5. Когда на обмотку электромагнита от электронного блока управления подается электрический импульс прямоугольной формы определенной длительности, запирающий элемент перемещается, преодолевая сопротивление пружины, и открывает отверстие распылителя. Топливо поступает в двигатель. После прекращения электрического сигнала запирающий элемент под действием пружины возвращается в седло. Количество впрыскиваемого топлива за цикл при постоянном давлении на входе в форсунку зависит только от длительности управляющего импульса.
Рис. 1. Электромагнитная форсунка: 1 - обмотка электромагнита; 2 - якорь; 3 - запирающий элемент; 4 - упор; 5 - пружина; 6 - магнитопровод; 7 - выводы; 8 - штуцер для топлива
В действительности время открытого состояния клапана форсунки не совпадает с длительностью управляющего импульса. После подачи управляющего электрического импульса на форсунку в обмотке электромагнита возникает ток самоиндукции, препятствующий нарастанию магнитного потока в системе. Открытие клапана происходит с задержкой по времени (рис. 2). При прекращении подачи управляющего импульса в результате самоиндукции сохраняющийся магнитный поток будет препятствовать быстрому отпусканию запирающего элемента.
Рис. 2. Диаграммы изменения электрических и механических параметров электромагнитной форсунки: τо - фаза открытия клапана; τг, τ'д - периоды трогания с места и движения запирающего элемента при открытии клапана; τос - фаза открытого состояния форсунки; τот, τ"д - периоды отпускания и движения запирающего элемента; τи - длительность управляющего электрического импульса; I, U - сила тока обмотки электромагнита и напряжение на ее выводах; δ - рабочий ход запирающего элемента; τз - фаза закрытия клапана
Повысить быстродействие электромагнитной форсунки можно за счет уменьшения числа витков обмотки электромагнита и ее индуктивности. Однако при этом уменьшается сопротивление обмотки и увеличивается сила потребляемого ей тока. Для ограничения силы тока последовательно с обмоткой включают резистор.
В электромагнитных форсунках используются три вида запирающих элементов клапана: плоский (дисковый), конусный (штифтовый), сферический (шариковый).
Плоский запирающий элемент 3 форсунки (рис. 3, а) изготовлен из магнитомягкой стали, а в центральной его части имеется стальная вставка, что предотвращает появление кольцевой выработки в месте его посадки на седло клапана. Рабочий ход запирающего элемента составляет 0,15 мм и ограничивается специальным дистанционным кольцом. В форсунке применена поляризованная электромагнитная система, которая кроме обмотки электромагнита включает кольцевую вставку из магнитотвердого сплава, создающего поляризующий магнитный поток. При этом появляется возможность увеличить усилие пружины 4, в результате улучшается герметичность клапана. Усилие пружины может регулироваться винтом 9, закрытым пробкой. Внутри форсунки размещен топливный фильтр 6 в виде кольца из порошкообразного материала, так как при попадании загрязнений (частиц размером более 30-40 мкм) клапан форсунки может потерять герметичность.
Рис. 3. Электромагнитные форсунки: а, б, в- соответственно с плоским, конусным и сферическим запирающими элементами; 1 - корпус; 2 - обмотка электромагнита; 3 - запирающий элемент; 4 - пружина; 5 - жиклер клапана; 6 - топливный фильтр; 7 - магнитопровод электромагнита; 8 - топливные каналы; 9 - регулировочный винт; 10 - электрические контакты; 11 - вставка
Форсунки с конусным запирающим элементом (рис. 3, б) наиболее распространены. Топливо подводится к ним снизу. Применение таких форсунок обеспечивает постоянную циркуляцию топлива через них, лучшее охлаждение электромагнитной системы и лучшие условия для отвода пузырьков газа.
Преимущество сферического запирающего элемента в форсунке (рис. 3, в) состоит в том, что сферические элементы обладают хорошими герметизирующими свойствами и способностью к центрированию в седле клапана.
Форсунки для распределенного и центрального впрыска отличаются по размерам, способами крепления на двигателе, подвода топлива и по сопротивлению обмоток электромагнита.
Пусковая форсунка (рис. 4) отличается от рабочих по конструкции. Обычно она имеет корпус с фланцем 3 крепления, в который завальцован пластмассовый каркас 1 обмотки 2 электромагнита. Запирающий элемент 6 клапана является якорем электромагнита. В нижней части корпуса расположен центробежный распылитель. При подаче топлива пусковая форсунка постоянно находится в открытом состоянии.
Рис. 4. Пусковая форсунка: 1 - пластмассовый каркас; 2 - обмотка электромагнита; 3 - фланец крепления форсунки; 4 - распылитель; 5 - пружина; 6 - запирающий элемент; 7 - топливоподводящий штуцер с фильтрующим элементом; 8 - электрические контакты
Впрыск топлива в цилиндры дизелей с микропроцессорным управлением осуществляют аккумуляторными топливными системами через электрогидравлические форсунки (рис. 5) с электронным управлением.
Рис. 5. Электрогидравлическая форсунка
Игла 1 форсунки перекрывает подачу топлива к распиливающим отверстиям. Сводный торец поршня 2, сопряженного с иглой, входит в управляющую камеру 3. В управляющую камеру топливо поступает из аккумулятора через канал с повышенным гидравлическим сопротивлением, создаваемым жиклером 7. Камера 3 сообщается со сливным каналом, в котором расположен нормально закрытый затвор управляющего клапана 4 с возвратной пружиной 6, приводимого в действие электромагнитом с обмоткой 5.
Слив из камеры 3 осуществляется посредством управляющего клапана. Давление под иглой становится больше, чем в камере 3, поэтому игла 1 поднимается вверх, и топливо подается в цилиндр двигателя. Когда управляющий клапан закрывается, игла перемещается вниз под действием большего давления топлива в управляющей камере. Движение иглы 1 вниз происходит также под действием пружины 9 или за счет пониженного давления топлива под иглой вследствие наличия калиброванного жиклера 8 в канале.