Компоненты "Особенности эксплуатации топливной аппаратуры дизелей"


 

 

(Окончание. Начало см. в “АП” № 11, 2005 г.)


Удаление из элементов системы топливоподачи дизельного двигателя механических примесей и других вредных отложений, установка угла опережения впрыска топлива, а также способы проверки форсунок – об этом и о многом другом в завершающей части статьи об особенностях эксплуатации дизельных двигателей в зимний период.

 

Очистка системы топливоподачи и удаление воздуха

В первую очередь обратимся к проблеме очистки системы подачи топлива. Фильтрация последнего необходима, но зачастую недостаточна. Вода и механические примеси скапливаются в баке, приводя к возможности внезапного засорения фильтров. Даже в топливе, прошедшем через них, содержатся частицы и вода, причём тем больше, чем хуже качество исходного топлива. Кроме того, в топливе содержатся асфальтосмолистые вещества, тяжёлые углеводороды, склонные к преждевременному окислению и отложениям. По действующим ГОСТам, фактических смол в дизельном топливе должно быть не более 0,3-0,4 мг/мл, однако из-за загрязнённых транспортных цистерн их содержание может быть и выше. “Закоксовывания” форсунок могут быть обусловлены не только дефектами ТПА, но и провоцироваться некачественным топливом.

Коксовые отложения на внешних поверхностях распылителя схожи с нагаром. Они образуют “кратеры” вокруг сопловых отверстий, искажающие форму топливных струй. В результате появляется рассогласование параметров рабочего процесса, ухудшение всех эффективных и экологических показателей дизеля. Порой форсунка так “зарастает” коксом, что обычными средствами извлечь её уже не удаётся. Виновниками этого являются некачественное топливо, потеря подвижности иглы, негерметичность её запирания, снижение усилия запорной пружины, а также сильные износы всех прецизионных пар. Радикальным средством приведения в норму ТПА представляется демонтаж неисправных её узлов, их проверка, очистка и замена деталей.

Следует отметить, что прямая механическая очистка элементов ТПА трудоёмка, неэффективна без устранения первопричин и к тому же требует определённого уровня квалификации исполнителя.

“Раскоксовывание” внешних поверхностей распылителей возможно при сжигании водотопливной смеси (эмульсии). Важнейшим условием этой процедуры является недопущение остатков воды в ТПА после остановки дизеля. В пользу этого способа свидетельствует многолетняя эксплуатация на водотопливных эмульсиях главных судовых двигателей. Решающим фактором такой возможности является культура обслуживающего персонала. Можно рекомендовать этот способ “раскоксовывания” автосервисам при использовании специального оборудования. Лучшее средство – введение эмульсии через обратный клапан, установленный в линии нагнетательного трубопровода. Тогда с эмульсией контактируют только форсунки, а ТНВД работает с чистым дизельным топливом. Применение такого способа возможно для ТПА с низким остаточным давлением и требует тщательного проектирования дополнительных элементов высококвалифицированным специалистом. И наконец, простейший способ – подача распылённой воды на впуск хорошо разогретого дизеля. При всей своей простоте способ не бесспорен: никто не анализировал допустимость тепловых нагрузок на детали цилиндропоршневой группы. Ещё один простой, безобидный, но, к сожалению, не всегда эффективный способ уменьшить коксовые отложения вместе с нагаром – хотя бы на 20-30 мин. полностью “нагрузить” дизель. Это возможно, например, если проехать на автомобиле “с ветерком” или с большой нагрузкой.

Другие вредные отложения образуются на внутренних поверхностях распылителей. Помимо некачественного топлива, причинами их появления также служат износ запорного конуса, осадка запорной пружины, заедание иглы, которые появляются при значительном (но допустимом) нагреве до 180-220 0С. Отложения представляют собой твёрдые лаковые плёнки, затрудняющие движение иглы и сужающие сопловые отверстия.

Безопасный и нетрудоёмкий способ снижения отложений – использование моющих, антиокислительных, диспергирующе-стабилизирующих присадок к топливу. Давно известны антинагарные присадки на основе нафтенатов бария, сульфатов меди и магния. Они больше ориентированы на устранение нагарообразования, обусловленного свойствами масел, интенсивностью их угара, состоянием маслосъёмных колец и колпачков.

Отложения из топлива возможны при его хранении, транспортировке и циркуляции в контуре низкого давления топливной системы. Под дестабилизацией топлива понимают физические процессы (например, аккумулирование им и в дальнейшем замерзание влаги), а также химические превращения (окисление, полимеризация, разложение). Смолистые вещества блокируют фильтры и приводят к потере подвижности деталей. Кислоты вызывают коррозию и снижение долговечности деталей аппаратуры.

Опытный автомобилист не будет промывать ТПА только потому, что она грязная снаружи: до этого исправная аппаратура может действительно засориться. Подобное случается, если вдруг устроить топливной системе “генеральную уборку”, не пожалев моющих присадок. Накопившиеся отложения переходят в топливо и, возможно, ещё раз осядут, но в более неподходящем месте. Поэтому промывку топливоподающей системы следует вести порознь в ЛНД (баке, ТНП, фильтрах) и ЛВД (ТНВД, форсунках) и отсоединённом от ТПА топливном баке.

 

Установка угла опережения впрыска (УОВ) топлива

Оптимальный УОВ, подобно углу опережения зажигания в бензиновом двигателе, позволяет достигнуть максимума мощности и экономичности. В более узком диапазоне его изменения вблизи оптимального значения картина обычно несколько иная. Дело в том, что производители современных дизелей вынуждены ориентироваться не только на минимум расхода топлива, но и на ограничения по максимальному давлению и скорости нарастания давления при сгорании. В последнее время значительно более жёсткие ограничения накладывает регламентация выбросов NОх. Дело дошло до того, что само понятие опережения впрыска постепенно теряет свой первоначальный смысл. Впрыск начинают зачастую уже после прохождения поршнем верхней мёртвой точки (ВМТ). Однако, как и ранее, будем считать, что УОВ положителен, если впрыск начинается до достижения поршнем ВМТ. Характер изменения токсичных компонентов по УОВ представлен на каждой из кривых, продемонстрированных на рис. 1. С увеличением УОВ возрастают выбросы NОх, максимальное давление в цилиндре, шум, но уменьшаются выбросы сизого дыма (частиц), расход топлива, неустойчивость работы. В отличие от вихрекамерных, более современные дизели с непосредственным впрыском (с “открытой” камерой сгорания) чрезвычайно чувствительны к точному выдерживанию УОВ.

 

а)

   

б)

       

Рис. 1. Эмиссия ВВ при различных УОВ и давлениях впрыска (УОВ возрастает слева направо):

а - дизеля Mercedes OM 611 при п=2000 мин-1, ре=0,4 МПа; б - дизеля Audi V6 TDI при п=1500 мин-1, ре=0,3 МПа.

 

 

Рис. 2. Закон тепловыделения и эмиссия окислов азота в функции объёмной интенсивности подачи в быстроходном дизеле

 

Для отечественных дизелей тракторов и грузовиков проблема установки УОВ представляется менее острой, поскольку конструкторы предусмотрели невозможность грубой ошибки. Кроме того, регулировки УОВ всегда выполняются в узких пределах относительно штатного значения. Наибольшие трудности установки УОВ возникают в легковых автомобилях с ремённым или цепным приводом ТНВД, например, при установке ТНВД на дизель, замене ремня и т. п. В этом случае ошибочный УОВ не позволит даже запустить дизель.

Особенно это хорошо видно на примере рядных ТНВД. Начинаем разговор о них скорее ввиду традиции и распространённости. В отличие от распределительных ТНВД, гибкое регулирование УОВ в них затруднено. Решение этой проблемы фирма Caterpillar нашла в применении гидромуфты со спиральными шлицами, управляемой электронной системой управления. Регулирование УОВ с помощью самой насосной секции было реализовано в ТНВД фирмы Zexel (японской фирмой, ранее называвшейся Diesel Kiki), а также в опытном ТНВД МГТУ.

 

 

Рис. 3. Регулирование УOB в ТНВД PR 39:

а, б - моменты начала и конца подачи топлива; в - привод регулирующей муфты; г - механизм регулирования УОВ; д - скорости плунжера в процессе нагнетания при двух различных УОВ (выделенные участки 1 и 2 кривой Спл); е - скоростная характеристика УОВ, продолжительности и давления впрыска

 

На рис. 3 показано аналогичное решение фирмы Bosch для ТНВД типов MW и Р. Этот ТНВД имеет независимое управление цикловой подачей нижней “рейкой” и УОВ верхним поворотным валом. В нём применены характерные современные решения для интенсивного впрыска: жёсткий кулачковый вал на двухрядных сферических подшипниках, “глухой” корпус, моновтулка плунжера, комбинированный нагнетательный клапан двойного действия, смазка топливом и др.

Работа плунжерной тройки прецизионных деталей поясняется на рис. 3 (а, б). Геометрическое начало подачи обусловливается не закрытием окон втулки (2), а закрытием окна (6) плунжера (8) телом регулирующей муфты (3). Так, при изменении вертикального положения муфты достигается регулирование УОВ. “Отсечка” подачи наступает при открытии спиральной выточки (5), сообщённой с надплунжерной полостью (1) “отсечным” окном (4). Так, как и ранее, цикловая подача регулируется поворотом плунжера. Полость (7) является впускной и “отсечной”. В ТНВД PR 39, PR 43 при диаметре плунжера 12 мм и его ходе 14-18 мм ход муфты составляет 5,5 мм, что обеспечивает регулирование УОВ до 6° по повороту кулачкового вала (12° – по повороту коленчатого).

Муфта (3) (рис. 3, в), фиксируемая от проворота штифтом (12) (рис. 3, г), перемещается поводком (10), допускающим предварительную' регулировку УОВ каждой секции при снятой заглушке (11) путём поворота вокруг своей оси вала (9). Последний поворачивается электроуправляемым исполнительным механизмом, состоящим из пружины и пропорционального (удерживающего) электромагнита, синхронно изменяя УОВ всех секций. Аналогично перемещают "рейку" цикловой подачи. Положения "реек" контролируются собственными датчиками перемещения.

В ТНВД серии “Р” реализованы как электромагнитный привод “рейки” с усилием 75 Н, так и электрогидравлический – с усилием 90 Н, применяемый для 6-12-цилиндровых дизелей. Гидроусилитель питается от двух ТПН с давлением 0,3 МПа.

Описанный способ регулирования УОВ имеет особенности, которые в зависимости от возможностей их реализации могут выступать в качестве положительных или негативных. В автотракторной ТПА традиционно использовались кулачки с треугольным законом изменения скорости (рис. 3, д). Но даже при осуществлении трапециевидного закона с учётом широкого изменения фазы процесса невозможно обеспечить нагнетание топлива только с использованием "полочки" на вершине диаграммы скорости. Тогда при изменении УОВ изменяются средняя скорость плунжера в период нагнетания и закон её варьирования по времени. Вследствие этого появляется изменение давления и характеристики впрыска в весьма широком поле допуска (рис. 3, е). Обеспечить оптимальное изменение опережения, давления и характеристики впрыска по режимам работы дизеля при их жёсткой взаимосвязи принципиально невозможно, но предполагается нахождение некоторых компромиссов.

Особый интерес представляет схема электронного управления топливоподачей Bosch в дизеле грузового автомобиля типа Mercedes-Benz ОM442LA. В ней предусмотрены каналы управления насосом по цикловой подаче и УОВ. Электронный блок управления осуществляет оптимальное в рамках возможностей данных ТПА управление рабочим процессом дизеля с использованием сигналов ТНВД, автомобиля, дизеля, коробки передач и механизма отбора мощности на внешние агрегаты. Датчик подъёма иглы форсунки может отсутствовать. С использованием сигналов датчиков температуры и давления воздуха рассчитываются расход и коэффициент избытка воздуха. Это позволяет предотвратить дымление на рабочих режимах дизеля, включая работу на высоте до 4000 м над уровнем моря при минимальной потере мощности. Отключение подачи на режиме принудительного холостого хода обеспечивает торможение двигателем. Для особых условий движения, например обгона, система управления допускает кратковременное нарушение ограничений по частоте и цикловой подаче. Она снабжена функциями самодиагностики. Сигналы о неисправностях подаются на приборный щиток и запоминаются.

Известны и другие технические решения. Так, управление “рейкой” цикловой подачи, переставляемой за цикл работы 4-цилиндрового дизеля 4 раза с помощью быстродействующего электропривода АО "Рыбинские моторы", позволяет обеспечивать для каждого цилиндра свою цикловую подачу. Нидерландская фирма Ship and Industrial Engineering разработала, а английская фирма Вrусе (группа Lucas Industries) выпускает ТПА с номинальными значениями цикловой подачи gц=3,3-17 г/цикл, с “рейкой” управления подачей и электроклапаном слива для регулирования УОВ.

Удаётся успешно использовать и традиционный ТНВД с электронным регулированием УОВ, выполненный по схеме проф. Н. Н. Патрахальцева. Дополнительный клапан с электромагнитным приводом установлен у форсунки входом на слив. В начале подачи он открыт. При прекращении питания электромагнита под действием пружины и потока топлива клапан закрывается, и начинается впрыск. Дополнительное качество ТПА – гидроудар при “посадке” клапана на седло – повышает давление впрыска в начале подачи.

В опытной ТПА, изготовленной ОАО "Ногинский завод топливной аппаратуры", в ТНВД предусмотрено электроуправляемое дросселирование при всасывании в плунжерную полость. При изменении времени открытия низконапорного электроклапана изменяются наполнение полости и УОВ. Как и в предыдущем случае, цикловая подача обеспечивается соответствующей подстройкой “рейки” подачи. Кроме того, требуется увеличение запаса производительности ТНВД.

Дальнейшее развитие электронного управления цикловой подачей и УОВ идёт по пути использования одного стравливающего клапана.

Поскольку в процессе эксплуатации установочный УОВ самопроизвольно не меняется, то его контроль не входит в плановое техническое обслуживание. В ТПА непосредственного действия с электронным управлением актуальность правильной установки УОВ не исчезает, поскольку даже адаптивная система управления не может изменить его в широких пределах, не влияя на оптимальное расположение фазы впрыска на кривой подъёма плунжера (рис. 3, д). Подобной проблемы не существует только в ТПА с системами Common Rail.

 

Статический и динамический УОВ

Под УОВ понимают угол поворота коленчатого вала от начала подачи топлива до достижения поршнем ВМТ в соответствующем цилиндре. Необходимо избежать путаницы, случающейся даже у специалистов. Во-первых, различают статический и динамический УОВ. Статическим (или геометрическим, или установочным) УОВ называют угол поворота коленчатого вала, соответствующий ожидаемому началу подачи топлива, закрытию впускного окна втулки верхним торцом плунжера или иному положению плунжера в начале сжатия топлива исходя из геометрических соображений. Статический УОВ устанавливает автомеханик при закреплении ТНВД и привода, используя метки, измерительные приборы или другие методы. Динамический (или действительный) УОВ соответствует действительному началу впрыска топлива и определяется либо непосредственно по факту появления струи топлива, либо по подъёму иглы форсунки.

Во-вторых, УОВ, как и продолжительность впрыска, может измеряться в градусах поворота коленчатого вала или вала ТНВД (для четырёхтактного двигателя последний в 2 раза меньше). По первому способу углы измеряют обычно при работе непосредственно на дизеле – это точнее и удобнее. Второй же вариант используется обычно тогда, когда нет дизеля (например, при испытаниях и регулировке ТНВД на безмоторном топливном стенде). Кстати, в этом случае УОВ тоже не имеет смысла, поэтому используется условный УОВ, отнесённый не к ВМТ поршня, а к верхней (или нижней) мёртвой точке плунжера первой секции.

Автомеханик чаще (но не всегда!) имеет дело со статическим УОВ, выраженным в углах поворота коленчатого вала. При испытании ТНВД на безмоторном стенде обычно принимают во внимание динамический УОВ, причём в углах вала ТНВД. Расчётчик оперирует с действительным УОВ по коленчатому валу.

Другие случаи более редкие. Например, помимо статического УОВ некоторые фирмы приводят для контроля и динамический УОВ. Это позволяет интегрально оценить правильность функционирования ТПА, проверить работу автоматов регулирования УОВ.

 

Установка и контроль УОВ

Предварительной операцией при снятии ТНВД является проверка исходного УОВ путём отыскания заводских меток или прочерчивания собственных, т. е. нанесения 4(6) меловых меток на зубчатом ремне и всех рабочих шкивах. Определение положения ВМТ поршня первого цилиндра необходимо при любом описанном ниже способе установки УОВ. Ведь в четырёхтактном двигателе можно перепутать ВМТ конца сжатия и конца выпуска. Их различают с помощью бумажного пыжа, компрессометра или пальца руки в отверстии под форсунку (свечу), а также анализа положения клапанов со снятой крышкой механизма газораспределения. Точное положение ВМТ или статического УОВ определяют по меткам на маховике (шкиве) и блоке цилиндров дизеля с помощью специальных прикладываемых шаблонов или линеек, стрелочного индикатора положения поршня.

Способы изменения УОВ довольно многочисленны и разнообразны. Один из наиболее традиционных из них предполагает изменение положения штифтов двух полумуфт, имеющих поле отверстий, число которых отличается на 1-2. Такая конструкция точна, но дорога. Применяется изменение положения полумуфт, затягиваемых крепежом. Аналогично шкив зубчатого ремня может разворачиваться относительно ступицы ТНВД или приводного (например, распределительного) вала. ТНВД фирм Bosch, Lucas могут поворачиваться в 2-3 овальных пазах фланца ТНВД относительно болтов крепления. Грубо и скачкообразно УОВ меняется при перемещении зацепления зубчатых колёс, зубчатого ремня или цепи.

Установка УОВ по меткам заключается в совмещении меток на коленчатом валу и метки на шкиве ТНВД с меткой на кронштейне крепления ТНВД (на блоке).

Одним из возможных способов регулировки УОВ является его установка с помощью стрелочного индикатора в ТНВД типа VE. В наиболее популярном ТНВД статический УОВ устанавливается по положению плунжера, соответствующему ВМТ.

При этом следует придерживаться следующего порядка выполнения работ. ТНВД устанавливают в среднем положении плавной регулировки УОВ. Далее вывёртывают пробку-болт из плунжерной полости, расположенной между нагнетательными штуцерами. В отверстие устанавливают индикатор, уперев его ножку в плунжер (рис. 4). При этом удобны вворачиваемые вместо пробки индикаторы. Вращая вал ТНВД и наблюдая за индикатором, устанавливают плунжер во внутреннее положение. После этого регулируют индикатор на "0”. Вращая вал ТНВД в рабочем направлении, следует достигнуть хода плунжера, указанного в инструкции автомобиля. Затем устанавливают приводной ремень (цепь). Если при его установке приходится, сдвинув шкив ТНВД, накинуть ремень на ближайший зуб, то необходимо повторить контроль, скорректировав УОВ методами плавной регулировки (например, путём поворачивания ТНВД). Следует заметить, что аналоговые индикаторы применялись и в рядных ТНВД – измерения хода плунжера осуществлялись через лючок.

 

 

Рис. 4. Схема контроля хода плунжера, соответствующего ВМТ в ТНВД VE: 1 - плунжер; 2 - резьбовая головка; 3 - индикатор перемещений

 

При регулировке натяжения ремня (цепи) следует строго соблюдать рекомендации, приведённые в руководствах по эксплуатации. Ведь слабое натяжение провоцирует самопроизвольное перескакивание ремня "на зуб", что влечёт за собой нарушение фаз топливоподачи и, возможно, газораспределения, а также удары клапанов о поршни. Второе последствие – циклическое "провисание" ремня с последующим ударным натяжением, а затем и преждевременный его обрыв. Сильное натяжение ремня (цепи) выводит из строя передний подшипник скольжения дорогостоящего ТНВД и способствует догружению ремня. В более современных ТНВД предусматриваются более работоспособные подшипники качения.

Особого внимания заслуживает установка УОВ с помощью стрелочного индикатора в ТНВД фирмы Lucas. Порядок работы схож с описанным для ТНВД VE. Контрольная пробка располагается на боковой стороне ТНВД (рис. 5). Следует заметить, что иногда проверяют не показания индикатора (1), а наиболее глубокое положение ротора в фазовой канавке (2). Для этого вместо индикатора применяется контрольный штифт.

 

Рис 5. Схема контроля УОВ в ТНВД Lucas

 

Возможна и установка УОВ с помощью моментоскопа (капилляра). Два следующих метода пригодны к ТНВД с началом впрыска, обусловленным закрытием впускного окна за счёт движения плунжера, а не электроуправляемого органа (что характерно, например, для всех ТНВД, разработанных до середины 90-х годов прошлого века). Работа моментоскопа основана на том, что нагнетательный клапан не позволяет подавать топливо при малых давлениях, но поднимается при закрытии плунжером впускного окна.

Порядок выполнения работ при этом следующий. Вначале устанавливают моментоскоп (1) (рис. 6) вместо первого штатного нагнетательного трубопровода. Затем включают “зажигание”, т. е. запитывают электромагнитный клапан разрешения пуска. Далее провёртывают коленчатый вал (рукояткой, ключом гайки шкива коленчатого вала, вывешенным ведущим колесом на высшей передаче, стартёром) до появления топлива в капилляре (2), после чего стряхивают рукой часть топлива. Потом медленно вращают коленчатый вал до начала движения мениска топлива (3) в капилляре. Остановив вращение, сравнивают контрольные метки на шкиве (маховике).

 

 

 

Рис. 6. Установка статического УОВ с помощью моментоскопа:

1 – обрезок трубопровода; 2 – стеклянный капилляр; 3 – мениск топлива

 

Следующим способом регулировки является установка УОВ с помощью статической “проливки”. Идея метода заключается в нахождении момента закрытия впускного окна по прекращению протока через него топлива. Для организации возможности протока из штуцера (2) (рис. 7) первого цилиндра удаляют нагнетательный клапан, а во впускной полости создают давление топлива путём ручной прокачки ТПН.

 

 

Рис. 7. Установка статического УОВ с помощью “проливки”:

1 – впускное окно втулки плунжера; 2 – штуцер первого цилиндра с удалённым клапаном; 3 – обрезок трубопровода; 4 – подача сжатой среды в ТНВД

 

При этом следует придерживаться следующей последовательности действий. Из штуцера (2) (рис. 7) первого цилиндра удаляют клапан и устанавливают моментоскоп (обрезок трубопровода) (3). После включения "зажигания" медленно вращают коленчатый вал до завершения истечения топлива, непрерывно подкачивая топливо с помощью ТПН. Остановив вращение, сравнивают метки на шкиве (маховике).

При наличии лишь ТПН, встроенного в ТНВД, можно создать избыточное давление в полости ТНВД иными способами. Например, подают топливо с помощью подвешенного сосуда, как это делают при “проливке” жиклеров карбюраторов. Этот метод наиболее простой. В частности, можно воспользоваться ручным промышленным топливным насосом или, наконец, подавать в заполненный топливом ТНВД сжатый воздух. Из штуцера будет вытекать топливо, пока оно не закончится. Можно, напротив, наблюдать не за вытеканием топлива, а за выпуском воздуха из трубки (3), погружённой в сосуд с топливом. Искомым положением вала считают такое, при котором при “проливке” вытекает приблизительно 1 капля за 10 с.

 

Контроль действительного (динамического) УОВ

Достоинство этого метода заключается в возможности контроля подачи топлива как конечного результата работы механизма регулирования УОВ, датчиков, системы управления. С этой целью используется стробоскоп с внешним запуском, лампа которого направляется на шкив (маховик) в месте расположения контрольных меток. Запуск же стробоскопа осуществляется с началом впрыска через форсунку. Для проверки любой ТПА целесообразно использовать форсуночный стакан от топливных стендов СТДА или изготовить его самостоятельно. Стакан закрепляется на вынутой из первого цилиндра форсунке таким образом, что топливо из носика распылителя надавливает на тарелку, замыкающую контакт. Сигнал поступает на усилитель стробоскопа, обеспечивая вспышку в начале впрыска.

Менее универсальная схема, пригодная для TПA непосредственного действия с электроуправлением, использует штатный датчик подъёма иглы распылителя форсунки первого цилиндра. Он требует установки своего предусилителя для работы с индукционным датчиком, но позволяет оперативно проводить контроль УОВ без демонтажа форсунки с дизеля.

Возможно определение динамического УОВ по сигналу датчика давления в нагнетательном трубопроводе (НТ). При этом для получения результата требуются измерение углового положения вала и специальная обработка кривой давления. Поэтому метод применяется как опция для электронных мотор-тестеров. Сопутствующие измерения частоты вращения осуществляются с помощью штатного датчика или по сигналам датчика давления в НТ (например, оптического с наклеенной полоской на маховике).

 

Проверка форсунок

Необходимость осуществления этих мероприятий обусловлена частотой возникновения неисправностей форсунок за счёт их числа и множественности дефектов, относительно малым ресурсом распылителей (в 2,5-4 раза более низким, чем ТНВД). Осуществление процесса контроля вполне доступно для опытного автослесаря и автовладельца, что позволяет выполнять его достаточно часто (при постоянной эксплуатации – до 2 раз в год).

Особого внимания заслуживают порядок проведения контрольных операций, а также оригинальные решения и особенности испытаний форсунок современной ТПА.

Неисправные форсунки на дизеле обычно выявляют последовательным отключением на холостом ходу, аналогично последовательному снятию высоковольтных проводов со свечей бензиновых двигателей. Для этого отворачивают гайку соответствующего нагнетательного трубопровода на пол-оборота. Если частота вращения коленчатого вала не меняется, то данная форсунка не обеспечивала нормального сгорания в цилиндре. Косвенный признак неисправности форсунки заключается в смачивании топливом стыка выпускного коллектора. К тому же при более высоких частотах вращения коленвала или при пуске могут быть заметны меньшие пульсации трубопровода на ощупь (для сравнения удобно держать одновременно два разных трубопровода). При этом исправная форсунка при выключении перестает постукивать.

Демонтаж форсунки с дизеля может быть затруднён “закоксовыванием” боковой поверхности распылителя, а также определяется особенностями конструкции. В большинстве современных дизелей форсунка находится в сухом форсуночном стакане (как в двух-, так и в четырёхклапанных головках). Однако стремление конструкторов расположить их в центре камеры сгорания порой приводит к существенному усложнению демонтажа. Так, форсунки Opel-Ecotec располагаются под распределительным валом и собираются со штуцером-траверсой только при установке в головке.

Форсунки старых дизелей и насос-форсунки находятся в масляной среде механизма газораспределения, а следовательно, труднее демонтируются. Отметим, что обслуживание насос-форсунок с электронным управлением, ввиду отсутствия или сокращения элементов регулировки, проще, чем обслуживание чисто механических.

В связи с этим разработаны “штатные” приёмы демонтажа форсунок, например, с помощью съёмников (винт с захватом за штуцер форсунки в подковообразном корпусе съёмника или П-образном корпусе, устанавливаемом над форсункой). Более оригинальные способы предложены специалистами-практиками. Так, например, требуется ослабить крепление прижимной планки нужной форсунки на 1-2 мм, запустить дизель, а после того, как газы из цилиндра начнут “течь” через форсуночный стакан, заглушить дизель и вынуть форсунку.

Большинство современных форсунок имеют подвод топлива через штуцер в верхней части. Для них применим инерционный съёмник (захват штока наворачивают на штуцер форсунки, а грузом ударяют по упору на противоположном конце штока). Однако такая рекомендация не касается форсунок, заворачиваемых в головку с помощью резьбы (как свеча). В этом случае резьба “заменяет” съёмник. Не следует только выворачивать форсунку за её верхнюю часть. После демонтажа штифтовой форсунки аккуратно вынимают стальной теплоизолирующий экран. В любом случае целесообразно прокрутить коленчатый вал дизеля для очистки воздухом форсуночного стакана. Перед испытаниями следует очистить (“раскоксовать”) распылитель.

Испытания форсунок проводят на одноплунжерных опрессовочных стендах типа КИ-3333, ЛГ-15706, КИ-562, КИ9917 с ручным приводом, а в условиях производства или крупного автосервиса – на полуавтоматизированных высокопроизводительных стендах типа КИ-5227, КИ-1404 (ГОСНИТИ). Первые стенды недорогие, бывают переносными и применяются без снятия форсунок с дизеля. Вторые же обеспечивают удобство проведения на стенде разборочно-сборочных и контрольных операций. Объём контрольных испытаний распылителя форсунок регламентирован ГОСТ 9928-71 и включает в себя ряд типовых операций.

Во-первых, выполняется визуальный контроль качества впрыска. При впрыске с определённой частотой топливо должно образовывать туман без видимых сгущений струй и капель. При этом струи не должны отклоняться от заданного направления и быть несимметричными. Следует обязательно сосчитать количество струй, при необходимости используя бумажный экран. В современных быстроходных дизелях с “открытой” камерой сгорания предусмотрено 4-8 отверстий распылителя (сопел), диаметром 0,18-0,17 мм. В связи с этим возрастает вероятность как засорения отверстий распылителя, так и возможности этого не заметить при испытаниях форсунки. Если из сопел выходят вялые струи ("усы"), значит, вследствие затруднённого подъёма иглы отсутствует напор. Устранение дефектов возможно путём прочистки сопел или восстановлением подвижности иглы.

Поэтому выполнению проверки подвижности иглы следует уделить особое внимание. Помимо сказанного, о затруднённом её перемещении свидетельствует отсутствие “дробящего” впрыска новой форсунки. При этом форсунка должна "звенеть", а точнее – скрипеть. Однако поработавшие ранее форсунки, т. е. с частично смятыми конусами, оставаясь еще работоспособными, не "звенят" (в этом заключается ошибочность требований ГОСТ). Другой признак малоподвижности – увлажнение “носика” распылителя после впрыска (в идеале он должен оставаться сухим, но может увлажняться также и из-за негерметичности запорного конуса). Наконец, рекомендован прямой контроль подвижности: игла, вынутая на 1/3 из демонтированного из форсунки распылителя, промытого в топливе и наклонённого под углом 45° к горизонту, должна свободно опускаться под действием силы тяжести.

Проверка герметичности (по запорному конусу иглы) производится при выдерживании форсунки в течение 20 с под давлением Р = (Рф.н. – 1-1,5) МПа (Рф.н. – давление начала впрыска), т. е. с максимальной разгрузкой конуса от запирающей силы. Перед испытанием следует выполнить несколько энергичных впрысков. При этом допустимо "потение" (незначительное увлажнение) “носика”, но не образование капли. Указанное испытание уже эксплуатировавшиеся ранее форсунки редко проходят "на отлично", поэтому в популярной литературе появились нестандартизованные рекомендации (например, не более двух капель за минуту). Можно постараться восстановить герметичность конуса путём закрепления хвостовика иглы в патроне через тонкую наждачную бумагу, смачивания конуса в притирочной пасте и прижиманием распылителя рукой. Скорее всего, будет достаточно 1-3 мин., но следует помнить, что притирка ещё более увеличивает пятно контакта, повышая вероятность скорого появления негерметичности. Кроме того, нужно не допустить попадания пасты на цилиндрическую поверхность иглы, а затем всё тщательно промыть.

Одним из важных этапов является проверка гидроплотности (по прецизионной цилиндрической поверхности иглы). При этом регламентируется минимальное время падения давления. В ТУ на испытания строго определён ряд показателей (интервал давлений, вязкость топлива или смеси, объём ЛВД, включая манометра, трубопровода и др., герметичность испытательного стенда). При проведении проверки форсунку могут отсоединять от стенда вентилем. При недостижении минимального времени падения давления распылитель с иглой отбраковывают.

Давление начала впрыска (т. е. давление открытия форсунки) Рф.н. контролируется при медленном опускании рычага привода стенда. Следует иметь в виду, что большинство форсунок в процессе эксплуатации снижают Рф.н., особенно в первые часы работы. Значительно меньше этому дефекту подвержены современные форсунки ЯЗДА для КАМАЗ и многосопловые Bosch конца 90-х годов, имеющие “ступеньку” на запорном конусе и “обратную” разницу углов конусов (игла острее конуса распылителя). С учётом естественного падения Рф.н. встречаются две его нормы. Например, для дизелей КАМАЗ у новой форсунки модели “33” – Рф.н. = 22-22,7 МПа, а исправной в эксплуатации считается форсунка, для которой Рф.н.=20 МПа. Однако чем выше Рф.н., тем качественнее осуществляется процесс впрыска. Поэтому при регулировке целесообразно ориентироваться на верхнюю границу указанного интервала. Тем не менее не следует и сильно завышать Рф.н. вo избежание ухудшения пуска и холостого хода. Автомобильные форсунки с установкой Рф.н. с помощью винта уходят в прошлое. Регулировка шайбами под пружиной отличается большей трудоёмкостью. Кроме того, появляется опасность внесения засорений при сборке. Заметим, что при этом следует использовать закалённые прокладки из ремнаборов. В качестве временной меры допустимо добавлять нарезанные из лезвия бритвы, закладывая их между двумя толстостенными фирменными прокладками.

В двухпружинной форсунке проверить давление её срабатывания по второй пружине в условиях эксплуатации затруднительно, поэтому проверке подвергается только давление при открытии иглы по первой пружине. Таким образом, процедура контроля не отличается от испытаний обычной форсунки. При необходимости выполнения большого объёма работ со старыми форсунками требуется специальное приспособление с измерением усилия предварительной затяжки второй пружины.

Проверку пропускной способности распылителя наиболее правильно осуществлять методом статической “проливки” топливом при напоре не менее Р=5 МПа. При этом пружину иглы удаляют. В условиях эксплуатации это испытание проводят редко, а в производственных условиях иногда “проливают” отдельно сопловые отверстия (без иглы). Тем не менее “проливка” форсунки - не столь сложная процедура, дающая интегральную оценку засорённости (“закоксовывания”) и износа сопловых отверстий. Обычно в процессе эксплуатации проходное сечение сопел возрастает в результате износа кромок и “стволов” отверстий, а вместе с этим уменьшается давление и ухудшается качество впрыска. Прочистку сопловых отверстий выполняют проволочками и специнструментом (выпускается в наборах). Чтобы не сломать инструмент, работают сидя, на чистом столе, при хорошем освещении (на всех заводах сопла сверлят только женщины). При работе с соплами полезна “часовая” лупа (наглазная с кронштейном).

Свои особенности имеет проверка электрогидравлических форсунок системы Common Rail. Форсунка должна пройти все вышеописанные операции контроля, но следует обратить внимание на то, что шариковый электроклапан не срабатывает без подачи давления в форсунку, а она никогда не может открыться при закрытом клапане. Поэтому для испытаний таких форсунок удобнее применять полуавтоматический испытательный стенд с созданием напора приводным насосом или, по крайней мере, опрессовочный стенд увеличенной производительности, используемый для испытания судовых или тепловозных форсунок. Кроме того, необходим источник питания регулируемого постоянного напряжения 12-50 В. Обычно в системах Common Rail напряжение удерживания клапана составляет 12 В. Его и следует использовать, но если клапан всё же не срабатывает, а поднять давление выше не удаётся, можно постепенно повышать кратковременно прикладываемое напряжение. Полость слива (клапана) форсунки должна быть заполнена топливом.

Конечно, можно проверить распылитель (большинство неисправностей связано с ним) в составе технологической форсунки обычной конструкции. Если допустить разборку, можно пойти и другим путём – демонтировать блок электроклапана. Однако если проверка осуществляется только в профилактических целях, лучше форсунку не разбирать, а проверять, прикладывая одновременно напряжение и давление топлива.

Величина предварительной затяжки пружины (соответствует Рф.н.) для форсунки системы Common Rail не имеет принципиального значения, важно только, чтобы она не снизилась слишком сильно (например, в результате поломки пружины). При необходимости проверки величины предварительной затяжки “запитывают” клапан, открывают форсунку высоким давлением, “сбрасывают” его и определяют указанный параметр при последующем медленном подъёме давления (клапан остаётся открытым). Измеренное Рф.н. окажется существенно меньше давления первого открытия форсунки. Если они равны, значит, между впрысками клапан всё же захлопнулся, следовательно, необходимо повторить опыт, повысив напряжения питания клапана.

Дефекты потери подвижности иглы могут быть обусловлены не только её заеданием, но и заеданием поршня-мультипликатора запирания. Обнаружить это можно, отвернув накидную гайку распылителя. Пинцетом проверяют подвижность мультипликатора. В противном случае необходима полная разборка форсунки. Немного меньшая разборка нужна при потере подвижности клапана.

 

Ю. К. ЯРКИН, доцент МГТУ “МАМИ”