Причины износа форсунок
В целостной системе транспортных и грузовых перевозок дизельные автомобили доминируют. Дизелестроение в современном производстве — одна из ведущих отраслей. Она впитала в себя всё передовое из общего машиностроения.
Один из основополагающих компонентов производства дизельных двигателей — изготовление распылителей форсунок, а также плунжерных пар насосов высокого давления, в целом представляющих собой изделия, изготовление которых требует применения особых методик обработки, которые обеспечивают очень высокую точность сопрягаемых поверхностей. Вышеназванные детали являются самыми высокоточными изделиями, рассчитанные на массового потребителя.
В процессе регулярной эксплуатации двигателя обычно производится неоднократная замена распылителей форсунок и плунжерных пар насосов высокого давления. Распылители меняют после 50 — 100 тыс. км пробега . Плунжерные пары служат подольше, но также выходят из строя. Это происходит приблизительно через 200 — 300 тыс. км. Также следует иметь в виду, что достаточно часто возникают нетипичные ситуации, приводящие к ускорению износа вышеперечисленных деталей. Последнее вполне может быть вызвано следующим: некачественным дизтопливом, попаданием различного количества воды в топливную систему, неумелым форсированием режима работы двигателя, а также,как ни печально, дефектами производства самих изделий.
В Беларуси эксплуатируется очень большое количество техники с диздвигателями. При этом каждая автоединица за срок своего использования требует ремонта нескольких комплектов плунжерных пар и в 2-3 раза больше распылителей. Комплект распылителей (плунжерных пар)- это от 4-х до12-ти вышеназванных изделий, число которых, чаще всего, равно количеству цилиндров диздвигателя.
Надо обратить внимание на то, что в РБ обсуждаемые нами изделия не производятся. Самыми близкими к нам производителями дизтопливной аппаратуры являются Российская Федерация, страны Прибалтики, Украина и Польша. Кроме этого, на наш рынок поступают распылители. используемые в европейских грузовиках и легковых автомобилях. Они производятся в Германии, Франции, Италии, Велокобритании, Турции, Китае, Индии, Бразилии, Японии и Южной Африке.
ОСНОВНОЙ ХАРАКТЕР ИЗНОСА РАСПЫЛИТЕЛЕЙ И ЕГО ПРИЧИНЫ
Из -за занимаемого положения в камере сгорания распылитель форсунки диздвигателя постоянно подвергается тепловым и пульсирующим механическим. Игла распылителя диздвигателя за время всей своей «впрыскивающей жизни» совершает более миллиарда ходов (открытие и закрытие). При этом ей необходимо «держать» давление примерно равное 200 БАРам и более, открывая и перекрывая ток жидкости в течение всего срока работы.
Во время эксплуатации распылитель изнашивается — его рабочие поверхности меняют геометрическую форму. При анализе состояния поверхностей, которые отработали свой ресурс, выяснилось следующее- основными видами износа, в результате которых распылитель теряет свою способность работать явились:
1- Износ корпуса и уплотнительных конусов иголки;
2- Износ направляющих цилиндрических поверхностей корпуса и иголки;
3- Образование «заусениц» на торце иглы .
В подавляющем большинстве случаев на срок службы распылителя влияет первый из перечисленных видов . Износы уплотнительных конусов распылителей приводят к изменению точек контакта поверхностей и увеличивают гидравлическое сопротивление самих распылителей. Уплотнительные конусы иголок начинают прикасаться к корпусам распылителей не верхними кромками, а всеми поверхностями. Это приводит к тому, что в моменты впрыскивания, попадающему к сопловым отверстиям распылителя дизтопливу, требуется преодолеть сужающееся кольцевидное пространство. Топливная жидкость теряет свою энергию, тратя её на преодоления трения о стенки получившегося коридора, и попадает в камеру сгорания не в виде тумана, а разнокалиберными струйками. Процесс смесеобразования постепенно нарушается и топливная жидкость начинает сгорать не полностью. Непосредственно двигатель начинает дымить, теряет мощность.
Второй вид износа ведёт к существенному уменьшению гидравлической плотности распылителя. И при появлении чрезмерного зазора между работающими поверхностями значительная часть топливной жидкости, направляемая насосом высокого давления в цилиндр для сгорания, уходит через обратный трубопровод в бак топливной жидкости автомобиля. Последнее ведёт к нарушению расчетных параметров, применяемых в отношении двигателя. В первую очередь двигатель станет неустойчиво работать на оборотах вхолостую.
Третий вид износа может стать причиной заклинивания иглы в корпусе распылителя и привести к его аварийной остановке.
При анализе вышеизложенных причин образования износов напрашиваются выводы:
— Причину появления «заусениц» на торце иглы распылителя следует связывать с пластической деформацией металла, которая появляется вследствие циклических нагрузок (удары иглы о деталь, которая ограничивает высоту её же подъема). Это является следствием низкого качества материала иглы.
— Износ направляющих цилиндрических поверхностей иглы и корпуса распылителя носит в себе абразивный характер. Эти поверхности изнашиваются вследствие попадания в зазор между ними мелких частичек. Наиболее сильно поверхности изнашиваются в их нижней части, т.к. по мере нисходящего движения по зазору абразивные частицы постепенно разрушаются и перестают царапать поверхности. Вышеописанный вид износа не присутствует на распылителях автомобилей, имеющих хорошую систему очистки топливной жидкости.
— Механизм износа, касающийся уплотнительных конусов более сложен. Причиной их износа можно считать кавитацию. В местах нахождения уплотнительных поверхностей распылителя дизтопливо проходит через достаточно сильно суживающееся пространство, где скорость ( v ) его течения резко возрастает, а давление (р), по закону Бернулли, падает. Топливная жидкость в этих местах закипает, то есть образуется очень большое количество микропузырьков. Эти микропузырьки в момент прекращения потока жидкости захлопываются, потому что давление (р) в рассматриваемом объеме ( V ) резко возрастает. Теоретические основы этого явления широко известна и описана в литературе. В процессе захлопывания пузырьки создают в своих микрообъемах огромное давление (р) и те из пузырьков, которые оказываются непосредственно на границе объема постепенно разрушают мельчайшие частицы металла. Усилителем (катализатором) этого явления становится наличие в дизтопливе микрочастичек воды. Вода катализирует вредное влияние кавитации в связи с тем,что её температура закипания значительно ниже, чем у фракций дизтоплива, и образование мелких пузырей происходит гораздо более интенсивно.
Абсолютно устранить влияние кавитации (см.выше) на разрушение уплотнительных поверхностей распылителя почти невозможно. Вредные последствия данного явления можно лишь свести к минимуму применением для производства распылителей высококачественных и высокопрочных материалов, а также использованием хорошо очищенного дизтоплива.
Из за чего выходят из строя форсунки
Основные причины выхода из строя топливных насос-форсунок
Основной элемент топливной системы автомобиля – это дизельные насос-форсунки, которые подают и распределяют топливную смесь в камеры сгорания двигателя. Эти устройства установлены непосредственно в блок цилиндров, приводятся в действие коленчатым валом транспорта. Из-за некачественного топлива, несоблюдения условий эксплуатации, несвоевременного обслуживания они выходят из строя, после чего требуется диагностика насос-форсунок с дальнейшим проведением ремонтных работ.
Определение неисправности узла
О том, что насос-форсунки требуют профессионального ремонта, могут свидетельствовать следующие признаки:
- Повысился расход горючего при прежних режимах эксплуатации транспортного средства.
- Выхлоп приобрел темный или светлый оттенок, увеличился уровень дымности.
- Мощность двигателя значительно снизилась.
- Наблюдаются перебои в работе мотора на холостом ходу и при движении автомобиля.
- Двигатель плохо запускается, слышны посторонние шумы и звуки.
Любой из вышеперечисленных пунктов может свидетельствовать о неисправности в работе данного элемента топливной системы. Определить наличие проблемы и эффективно устранить ее в кратчайшие сроки смогут только профессионалы посредством специального оборудования.
Причины неисправности насос-форсунок
Нарушения в работе клапанного узла (около 60% случаев). Могут присутствовать механические дефекты разного рода. Происходит это из-за частого использования некачественного горючего.
- Проблемы в функционировании распылителя (примерно 30% случаев). Этот пункт не влияет непосредственно на мощность мотора, а усиливает дымность выхлопа, ухудшает экологические показатели. Для устранения проблемы происходит замена распылителя.
- Неисправности в электромагнитной части (5-6% случаев). Насос-форсунка работает неправильно в определенных режимах функционирования двигателя, что может привести к полному прекращению работы двигателя.
- Дефекты пружины, плунжера или корпуса (4-5% случаев). Любая из этих проблем требует замены элемента, что может привести к дополнительным расходам. Но к счастью, происходит это крайне редко.
Все виды ремонта необходимо начинать с проведения диагностики на топливном стенде. На него устанавливают устройство и начинают эксплуатировать, имитируя разные режимы работы автомобиля. Это позволит установить причину неисправности с точностью 100%, что даст профессионально провести ремонт насос-форсунок в Липецке. Такой подход гарантирует дальнейшее функционирование силового агрегата без поломок на протяжении длительного времени. Своевременно проводите диагностику и ремонт насос-форсунок и обращайтесь только на специализированные СТО.
От воды и от езды: почему ломаются дизельные топливные форсунки, и как их ремонтируют
Как и обещали, мы продолжаем рассказ о дизельной топливной аппаратуре Common rail. Разобравшись с неисправностями и ремонтом ТНВД, переходим к топливным форсункам. Обычная с виду форсунка после разборки удивит неподготовленного человека, а возможные поломки и способы их устранения окончательно развеют всю романтику. Процесс ремонта трудоемок и требует от мастера сноровки ювелира.
Кратко об устройстве и принципе работы
Н а двигателях с Common Rail применяют форсунки двух типов – электромагнитные и пьезоэлектрические. Последние, к слову, можно назвать «Феррари среди дизельных форсунок». Аналогия не случайная, учитывая скорость срабатывания – но об этом ниже.
Начнем же с электромагнитных форсунок.
 |
 |
Кратко описать их конструкцию можно так: есть корпус, внутри которого установлен соленоид, клапан-мультипликатор и плунжер, воздействующий на иглу, установленную в корпус распылителя.
Разумеется, все это дополняют каналы подвода и отвода топлива. Принцип работы следующий: топливо по каналам высокого давления от топливной рампы подводится к игле в район ее контакта с распылителем и в полость над плунжером, который благодаря этому же давлению поджимает иглу к посадочному месту. В необходимый момент соленоид поднимается и открывает клапан-мультипликатор, соединяя полость над плунжером со сливным каналом. Так как давление над плунжером резко снизилось, неизменно высокое давление, создаваемое вокруг иглы, поднимает ее, и происходит процесс впрыска топлива в цилиндр. Как только соленоид возвращается на место и клапан закрывается, давление над плунжером восстанавливается, что способствует мгновенному закрытию распылителя иглой.
У пьезоэлектрической форсунки суть работы такая же, только исполнение «немного» другое.
В ее конструкцию дополнительно внедрен гидрокомпенсатор – посредник между пьезоэлементом и клапаном-мультипликатором. В остальном – детали почти те же, что и в электромагнитных форсунках. Прелесть работы этой конструкции в том, что при подаче тока к пьезоэлементу он изменяет свои геометрические параметры за 0,1 мс. Подобное быстродействие позволяет разделить один цикл впрыска топлива на несколько стадий, причем сохранив настолько точную дозировку, что ни одна капля дизтоплива не прольется зря.
Для понимания: один цикл впрыска разделен на три составляющие – предварительный впрыск, основной и завершающий. В предварительной части впрыскивается совсем небольшое количество топлива (до 2 мл), чтобы немного прогреть и подготовить воздух в цилиндре к впрыску основной части топлива. Тогда же происходит выравнивание давления внутри цилиндра. Основной впрыск топлива говорит сам за себя и не нуждается в описании. А вот завершающий впрыск небольшого количества топлива необходим для дожигания остатков топливовоздушной смеси. Второй смысловой нагрузкой завершающего впрыска является способствование очистке и регенерации сажевого фильтра.
Итак, теперь стало окончательно ясно: выигрыш пьезофорсунки в том, что за каждую составляющую одного цикла она может в предельно короткий промежуток времени впрыснуть топливо несколько раз. Благодаря этому можно добиться настолько плавной работы дизельного двигателя, что отличить его от бензинового собрата будет практически невозможно.
Что может поломаться и почему
Говоря о поломках и неисправностях, начнем тоже с электромагнитных форсунок. Как было сказано в предыдущей статье, самый главный враг дизельной аппаратуры в целом и форсунок в частности – это плохое качество топлива и… вода. Но, конечно, не стоит сбрасывать со счетов и банальный износ.
Одной из очень распространенных неисправностей является износ посадочного места шарика клапана мультипликатора. Неплотное закрытие жиклера приводит к утечкам топлива в сливную магистраль – а недостаток давления над плунжером может привести к утечкам через распылитель форсунки. Если нет утечки через иглу, но есть утечка через сливной канал, то зачастую автомобиль будет глохнуть под нагрузкой. Усадка иглы, плунжера, неправильная регулировка или ее отсутствие в принципе может привести либо к недоливу, либо к переливу топлива. Как следствие – перебои в работе (мотор «троит») и/или белый дым на холостых оборотах.
Также может потерять свою жесткость прижимная пружина иглы. Коррозия станет причиной подклинивания клапана мультипликатора. Проблемы с соленоидом, который открывает клапан на выпуск, точно не добавят устойчивости работы ДВС. Другими словами, все детали форсунки подвержены тем или иным воздействиям, и незначительная на первый взгляд мелочь может расстроить работу всего двигателя настолько, что грешным делом начнешь думать о переходе на агрегат, поглощающий бензин.
Неисправности у пьезофорсунок приблизительно те же, что и у более «старой» конструкции. Однако из-за усложнения управляющего элемента ко всему может добавиться, например, замыкание на «массу» самого пьезоэлемента. Запустить двигатель в таком случае у вас вряд ли получится. Про неисправность пары игла-распылитель мы сказали выше, но добавить можно, что если форсунка льет сильно, то дым будет, как из печи – черный и обильный. Редко, но бывает, что сам пьезоэлемент теряет в своих свойствах – в таком случае двигатель будет банально троить или вообще потеряет тягу.
О закоксованности распылителя упомянем, так сказать, «для протокола», так как это довольно очевидная, хоть и не менее важная неисправность.
Работы поэтапно
Если ваш двигатель начал работать ненормально (а к ненормальности относится в том числе белый или черный дым из выхлопной трубы), то первым делом необходимо выполнить компьютерную диагностику. И если на мониторе сканирующего устройства появятся ошибки, касающиеся топливных форсунок, то их демонтируют (причем все, оптом) и отправляют в цех диагностики и ремонта.
Первым делом форсунку устанавливают на специальный стенд, благодаря которому можно проверить ее базовый функционал – не травит ли топливо через сливную магистраль, а если травит, то под каким давлением.
Если на этом стенде все окажется в порядке, форсунку установят на более серьезное оборудование, которое имитирует работу на двигателе, с подсоединенным ТНВД и топливными патрубками высокого давления, а также всевозможными датчиками. Здесь автоматика поэтапно выполнит замеры всех параметров форсунки, что даст понимание возможных проблем и их причин.
После того, как мастер убедится в неисправности форсунки, ее отправляют в ультразвуковую ванну, чтобы очистить распылитель от нагара.
 |
 |
Затем форсунку устанавливают на специальный стенд для разборки, предварительно подобрав калибр нужной размерности.
Симптомы неисправностей форсунок
Некачественное топливо — вот одна из главных причин поломки форсунок. Огромное количество смол, которые оседают внутри форсунок, снижают пропускную способность, они не позволяют герметично закрываться клапанам, и тем самым меняется угол струи впрыскиваемого топлива.
Обнаружить поломанную форсунку можно при помощи поочерёдного отключения разъёмов. Если обороты двигателя снижаются, то форсунка работает отлично, если обороты не идут на спад значит, форсунка сломана.
При запуске двигателя в зимнее время, вышедший из строя клапан, является причиной переобогащения смеси, вследствие чего происходит повышенный расход топлива и повышается токсичность отработавших газов. При некорректном распылении топлива происходят нарушения в процессе смесеобразования, а это является первой причиной ухудшения практически всех показателей двигателя.
Засорение форсунок происходит при использовании поддельных топливных фильтров, либо же если просто автовладелец забыл поменять вовремя фильтр.
При давлении в системе топлива может просто произойти разрыв фильтра, и грязь, естественно, попадёт в форсунки.
Двигатель вашего автомобиля не сможет работать полноценно, если что-то пойдет не так с одной или несколькими топливными форсунками. Неисправная форсунка либо предотвратит распыление топлива в двигатель, либо нарушит интервалы, с которыми оно должно распыляться.
Утечка топлива. Не герметичность
Если ваша топливная форсунка действительно сломана или треснула из-за повреждения или старости, бензин начнет сочиться из нее. Это означает, что топливо не сможет достичь цели, и будет вытекать.
Если вы проверите топливную форсунку, вы можете заметить бензин снаружи или на ближайшей топливной рампе. Часто утечка происходит из-за уплотнения топливной форсунки, которое со временем ухудшается.
Запах топлива
Это сопровождается вместе с утечкой топлива, но, когда у вас есть бензин, который не сгорает из-за поврежденной форсунки или той, которая застряла в открытом состоянии, вы почувствуете запах бензина. Иногда проблема может заключаться в ваших топливных магистралях или неисправном датчике, сообщающем ЭБУ впрыснуть больше топлива, чем необходимо.
В любом случае, вам нужно найти причину запаха бензина и сразу устранить ее, прежде чем станет большой угрозой для вашей безопасности.
Токсичность выхлопной системы
Поскольку сломанная или негерметичная топливная форсунка может вызвать неравномерное или неполное сжигание топлива, это приводит к увеличению выбросов. В некоторых случаях утечка топливной форсунки может привести к тому, что топливно-воздушная смесь станет настолько богатой, что в конечном итоге приведет к сгоранию каталитического нейтрализатора.
Неровный холостой ход
Поскольку ваш автомобиль не получает достаточно топлива или его подача неравномерна, частота вращения на холостом ходу падает ниже оптимального уровня, что приводит к грубому или даже резкому холостому ходу. Если обороты упадут слишком низко, автомобиль фактически заглохнет.
Вибрация двигателя
Неисправная топливная форсунка приведет к тому, что соответствующий цилиндр не сможет воспламениться. Это означает, что во время движения двигатель будет вибрировать после попытки завершить каждый цикл без топлива.
Пропуски зажигания
Если в двигатель распыляется недостаточно топлива из-за засорения форсунки, двигатель будет пропускать зажигание во время движения. Ваш автомобиль будет пытаться разогнаться, или после нажатия на педаль произойдет провал. Знакомо? В любом случае, вам нужно решить проблему в ближайшее время, иначе двигатель будет подвержен перегреву или другим проблемам, которые возникают при нарушении правильной топливно-воздушной смеси.
Расход топлива
Если двигатель не получает нужного количества топлива, необходимого для сгорания, он будет требовать от инжектора большего количества топлива. Это приводит к плохой экономии топлива из-за избытка топлива, которое, по мнению ЭБУ автомобиля, необходимо, но на самом деле в нем нет.
Рывки двигателя
Если топливная форсунка распыляет слишком много топлива в цилиндр двигателя, то это вызовет всплеск в двигателе, в результате чего ваше ускорение будет намного медленнее. При движении вы заметите, что обороты двигателя будут заметно меняться при постоянной нагрузке, а не оставаться на постоянном уровне.
Check Engine
Самый очевидный признак проблемы — это когда на приборной панели загорается индикатор «Check Engine». Хотя это может означать многое, плохая топливная форсунка может быть одной из них.
Каждый раз, когда форсунка подает меньше топлива, чем необходимо (или больше в некоторых случаях), эффективность двигателя снижается и может вызвать срабатывание индикатора.