Что такое форсунка?

В системах впрыска топлива с электронным управлением электромагнитная форсунка (ЭМФ) является важнейшим исполнительным механизмом (ИМ). Она выдает точное количество топлива в зависимости от команды блока управления (ЭБУ).

Что есть ЭМФ по сути? Электромагнит, соединенный механически с клапаном. При срабатывании электромагнита открывается клапан. Топливо, подаваемое к клапану под давлением, начинает поступать в заклапанное пространство (впускной коллектор, в цилиндр). И поступает до выключения электромагнита. Возвратная пружина закрывает клапан, подача топлива прекращается.

Пока всё просто. На первый взгляд. Прежде чем перейти к взгляду второму, предлагаю рассмотреть конструкцию форсунки подетально, чтобы называть вещи своими именами. В качестве примера возьмём ЭМФ фирмы Bosch EV 1.

Начнем с самого интересного: клапанной пары. Интересна она тем, что, благодаря прецизионным технологиям, немцы умудряются делать её герметичной. Игла (серая деталь с цифрами 5 и 7) является одновременно запорным элементом (конусная часть ниже цифры 7) и направляющей (две цилиндрических части с прорезями). Хитрость в том, что сделать 2 цилиндра и конус соосно с микронными допусками не так-то просто. Ответная часть, назовём её корпусом клапана, зелёненькая, поз. 6) состоит из седла клапана (внутренний конус внизу) и направляющей (цилиндрическое отверстие). Выполнить соосно конус в конце длинной цилиндрической трубы ещё сложнее. Плюс ещё «цилиндричность», «конусность», «овальность», «шероховатость» каждого геометрического элемента. Другие изготовители форсунок пытаются себе облегчить задачу, делая эти части составными (ПЕКАР, например). Соосность обеспечивают при дальнейшей сборке, что проще, но удорожает сборку.

Игла перемещается в корпусе клапана в вертикальном направлении с минимальными боковыми зазорами. Перемещение (ход клапана) строго нормируется и ограничивается упором (на рисунке выглядит серым прямоугольником слева от иглы). На самом деле упор похож на небольшую подковку со шлифованными боковинками. В данном конструктиве клапанная пара изготовлена по схеме «конус-конус». Весьма распространены также варианты «конус-шар», «плоскость-плоскость». Направляющие, запорный элемент и седло клапана выполнены из легированных износостойких сталей или твердых сплавов. Запорный элемент прижимается к седлу пружиной (два ряда чёрненьких точечек).

Переходим к магнитной части. На корпус катушки (серенькая деталь в центре) намотана обмотка 3 (латунь или медь). Катушка «мокрого типа», т.е. в процессе работы омывается проходящим топливом, отводящим тепло. Концы обмотки выведены на внешний разъем (вообще-то поз. 2, но она уехала за край картинки). Катушка вставлена в корпус форсунки (поз.4), являющийся одновременно частью магнитопровода. Сверху магнитопровод замыкается контрполюсом (сиреневая деталь). На иглу напрессован якорь (желтенькая деталь посередине). Все детали магнитопровода выполнены из магнитомягкой электротехнической стали.

Гидравлическая часть. Топливо подается через штуцер, выполненный с контрполюсом, как единая деталь. В штуцер запрессован технологический фильтр (поз. 1). Некоторые чудаки называют его фильтром тонкой очистки, но на самом деле это не так, об этом поговорим ниже. Топливо, проходя по полостям и каналам в корпусе и игле доходит до седла клапана и ищет возможность продвинуться дальше. Но мы ему такой возможности пока не дадим, а прейдем к следующему вопросу.

Как это всё работает? Электромагнит.

Электрический ток, протекающий через обмотку, создаёт вокруг витков магнитное поле. (Смотрим рисунок или учебник физики.) Однако нас не устраивает, что силовые линии предоставлены сами себе и болтаются в пространстве, как им захочется. Поэтому мы организуем для них удобное вместилище – магнитопровод из магнитомягкой электротехнической стали. В нашем случае, как мы упоминали, в качестве магнитопровода выступают корпус (4), контрполюс (сиреневенький) и якорь (желтенький). Сталь очень нравится силовым линиям, поэтому большая их часть будет, пихаясь и толкаясь проходить именно по ней. Что нам и надо. Кроме того, магнитное поле очень любит, чтобы магнитопровод был замкнутым, но тут мы его разочаруем. Не считая тех зазоров, от которых мы сами бы не прочь избавиться (вальцовка корпуса и контрполюса, подвижное соединение якорь-корпус), ещё и специально организуем пустоту между якорем и контрполюсом. Магнитное поле не хочет мириться с таким произволом и старается это дело поправить. И пытается этот зазор уничтожить, двигая якорь в направлении контрполюса. А мы получаем, что и хотели. Прицепляем к якорю запорный элемент на палочке и можем управлять клапаном.

Есть один важный нюанс. Якорь начинает двигаться только по достижении током определённой величины. А ток в катушке появляется не мгновенно с подачей на её клеммы напряжения, а нарастает от нуля по экспоненте до максимального (про максимальный см. з-н Ома). Кстати, и обратное движение якоря (под действием пружины) тоже начинается не одновременно с окончанием импульса, а с задержкой. Для того, чтобы эта задержка была поменьше, якорю не дают долетать до самого контрполюса, а останавливают чуть раньше упором (той самой подковкой).