Работа топливной аппаратуры: форсунки Cummins, насос форсунка cummins

 

1. ЗНАЧЕНИЕ И РОЛЬ ФОРСУНКИ В ДИЗЕЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ

Тот, кто хоть раз в жизни сталкивался с дизельным двигателем, знает, как велика в его работе роль топливной аппаратуры. Тот, для кого слова «топливная аппаратура» не пустой звук, понимает, что основными её элементами являются ТНВД и форсунки. И наконец, тот, кого не пугает слово «форсунки», в курсе, с какой пристрастной точностью их следует изготавливать. Для этой точности, чьи параметры – в пределах микрона, не довольно обычных измерительных приборов. Нужны особые возможности - иногда косвенные, опосредствованные: помощью измерения проходящей через механизм жидкости и газа, следующих через отверстия или пространство между корпусом распылителя и иглой. Как всякая деталь, которая востребуется и изнашивается больше всего, форсунки в обиходе и диагностике максимально просты. Их функция, однако, одна из важнейших, потому что именно от неё зависит качество работы двигателя. Эта работа, начавшись с запуска, призвана обеспечить необходимую мощность и динамику. Важным показателем успешности процесса является расход топлива и количество выбросов в атмосферу. Последним обстоятельством невозможно пренебречь, если намерен следовать экологическим стандартом. Таким образом, значение форсунок в процессе сгорания топлива и, в конечном итоге, в работе дизельного двигателя переоценить невозможно.

На первый взгляд, предметом внимания в сервисном центре становится успешное распыление топлива в камере сгорания и идеальное закрытие по окончании впрыска. Но дизель-сервис высокого класса не ограничивается диагностикой первого порядка. Виртуозный специалист понимает необходимость проверки работоспособности форсунки, которая зависит от её внутренней плотности. Эта последняя влияет на количество топлива, поданное в камеру сгорания. Доза топлива определяется давлением впрыска (максимально - 120-200 МПа, в зависимости от вида и параметров распылителя) и диаметром распыляющих отверстий. Время, отведённое на впрыск, измеряется 1-2 миллисекундами. О том, как происходит эта важная работа - как насыщается топливо соответственно оборотам коленного вала – свидетельствуют шум, величина выбросов, пропорция окисленных азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах. Не менее важна и плотность монтажа в головке блока цилиндров как условие герметичности камеры сгорания.

 

2. ВИДЫ И УСТРОЙСТВО ФОРСУНОК CUMMINS

Разновидность форсунки зависит:

- от системы впрыска – то есть, от конструкции распылителя. В форкамерах применяют устройства со штифтовыми распылителями (11- 14 МПа и 17,5 МПа для двигателей с турбонаддувом), а в двигателях с прямым впрыском топлива – с дырчатыми (15-30 МПа).

- от управления открытием распылителя. Оно диктует различные типы форсунок, среди которых – устройства с одной или двумя пружинами, форсунки, оборудованные датчиком положения иглы распылителя и форсунки, которыми управляет пьезоэлектрический элемент или электромагнитный клапан.

- от способа её установки. В головке блока форсунка закрепляется с помощью прижимной гайки, фланца, прижимного хомута – или вворачивается прямо в отверстие головки болта.

Имея в распоряжении различные конструктивные решения камер сгорания и головок блока, мы сталкиваемся с не менее впечатляющим разнообразием форсунок. В основе систематизации этих важных деталей дизельного двигателя – принцип регулировки давления. Именно он определяет существование трёх разновидностей конструкций.

А) Конструкция с плавной регулировкой давления. Форсунки, где давление открытия регулируют винтом /обычно в старых двигателях/.

В) Конструкция, где давление регулируют с помощью регулировочных шайб.

С) Электронная регулировка давления /напр., в системе Common Rail/.

В современных двигателях обычно используют форсунки, где давление регулируют шайбами. В нижней части, возле распылителя, находится пружина, которая своей верхней частью соприкасается с шайбами. Те регулируют давление открытия. Размер грибка форсунки, который одновременно служит опорой пружины, уменьшая её размеры и, следовательно, массу подвижных частей, существенно минимизирован.

Давление топлива преодолевает силу пружины, поднимает иглу распылителя – происходит впрыск.

 

3. ПРОСТАВКА

Продолжая разговор о конструкции форсунки, обратимся к одной из её важнейших деталей. Между корпусами форсунки и распылителя находится проставка, исполняющая много функций. Во-первых, она ограничивает движение иглы распылителя. Во-вторых – соединяет два канала: канал высокого давления в корпусе форсунки и топливный канал распылителя. В-третьих, проставка закрывает камеру пружины. И наконец, в форсунках с дырчатыми распылителями от неё зависит расположение штырьков-фиксаторов распылителя.

 

4. ТЕРМОШАЙБЫ И ТЕРМОЭКРАНЫ

В процессе эксплуатации дизельного двигателя может возникнуть опасность перегрева распылителя. Для предотвращения этого используют термошайбы и термоэкраны, задача которых – ограничить передачу тепла к корпусу распылителя, точнее – к его нижней части. Таким образом, можно добиться значительного, на несколько десятков градусов, снижения температур и предотвратить закоксовывание распыляющих отверстий. Термошайба из низкоуглеродистой стали, которая используется в форсунках с штифтовыми распылителями, помещается в гнездо головки блока и зажимается форсункой. Деформируясь на десятые доли миллиметра, она служит гарантией герметичности этой головки.

В двигателях Steyr, Berliet, Renault и им подобных тепловая нагрузка на дырчатые распылители значительно больше. В этом случае используются термоэкраны из нержавеющей стали, изготовленные по размерам распылителя. Герметизация головки блока обеспечивается с помощью медной шайбы, которая прижимается к ней специальной гайкой.

 

5. РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ШАЙБЫ

Две регулировочных шайбы – необходимая деталь форсунки с подобным способом регулировки давления. Их наружный диаметр продиктован конструкцией корпуса:

- размер 7,2 мм используется в японских двигателях.

- размер 9,4 изготавливают для форсунок Lucas (Delphi)

- два диаметра 8.5, 9.9 и 11.5 мм – для форсунок Bosch

Толщина шага выпускаемых форсунок составляет 0.02 мм, 0.04 и 0.05 мм, от 0.80 мм до 2.40 мм.

Наконец, в целях герметичности камеры сгорания используют уплотнительные медные или стальные шайбы, которые также относятся к категории регулировочных.

 

6. Форсунки Common Rail, насос форсунка сummins

Форсунки, которыми управляет не давление топлива, а электрическим импульс с напряжением 80 В, это форсунки с системами впрыска Common Rail. В них инициация начала впрыска - электрическая, а движение иглы обеспечивается давлением топлива. Высокое напряжение позволяет увеличить скорость срабатывания электромагнитного клапана (время открытия около 0,3 миллисекунды), что повышает точность параметров впрыска. Электрический сигнал непосредственно открывает шариковый клапан, а не поднимает иглу. Поэтому сила, действующая на управляющий поршень форсунки, меньше, чем давление топлива в камере давлений распылителя.

Это вызывает изменение давлений внутри форсунки. Распылитель открывается, топливо впрыснуто. Если электрический сигнал отсутствует, игла распылителя находится в закрытом положении: её удерживает пружина. Давление топлива в камере распылителя стремится открыть распылитель, но уравновешивается давлением на управляющий поршень в форсунке.

В новом поколении форсунок Common Rail используют миниатюрные электромагнитные клапаны, которые находятся рядом с иглой распылителя и тем самым уменьшают габариты и инерционность подвижных частей форсунки. Чтобы разделить процесс впрыска на несколько фаз, что затруднено при применении электромагнитного клапана, имея в виду его инерционность, в форсунке Common Rail вместо электроклапана используется пьезоэлектрический элемент.

Причина пьезоэлектрического эффекта - очень быстрое (доли миллисекунды) изменение размеров кристалла кварца в связи с приложением электрического заряда. Разряд электростатического напряжения возвращает кристалл к исходным размерам. Пьезоэлемент состоит из более, чем сотни слоев кристаллов и удлинён на 0,04 мм. Этого довольно, чтобы реализовать многофазный (ступенчатый) впрыск топлива: начальной, предварительной и главной дозы. Игла распылителя выполняется с дополнительной направляющей - ниже камеры давлений для того, чтобы вытекание топлива из всех распыляющих отверстий было одинаковым, а разброс дозы – небольшим.

При впрыске топлива в камеру сгорания дизеля распылитель существенно влияет и на образование топливовоздушной смеси, и на процесс ее сгорания, и на мощность двигателя, состав отработанных газов, уровень шума. Их конструкция должна быть адоптирована к конкретной модели дизеля для оптимального выполнения задачи. Довольно часто бывает, когда вместо положенного заводом-изготовителем распылителя поставлен другой, значительно отличающийся по параметрам. При этом не учитывается, что распылитель играет важную роль в формировании процесса впрыскивания. То есть, отвечает за точное протекание давления и распределение подачи по углу поворота коленчатого вала, за оптимальное распыливание и распределение топлива в камере сгорания, за герметичное разъединение системы питания и камеры сгорания при прекращении подачи. Оттого и повышенный расход топлива, падение мощности и шумность двигателя.
Из-за своего положения в камере сгорания распылитель постоянно подвергается пульсирующим механическим и тепловым нагрузкам со стороны двигателя и системы впрыска. Проходящее через него топливо охлаждает его, но в режиме проворачивания, когда впрыска нет, температура распылителя сильно повышается. Поэтому в определении термостойкости следует учитывать и этот рабочий режим.

Распылители с корпусами насос-форсунок устанавливаются на двигателе при использовании систем впрыска с рядными, распределительными и индивидуальными ТНВД. Распылитель интегрирован в насос форсунку в системах "насос форсунка сummins", а также аккумуляторной системе Common Rail. При этом не требуется отдельный корпус форсунки. Через распылитель, являющийся прецизионным, неразделимым узлом форсунки, топливо впрыскивается в камеру сгорания. Слово "прецизионный" говорит о том, что детали распылителя - игла и корпус - изготовлены с высочайшей точностью. Отклонения формы иглы и внутренних поверхностей корпуса распылителя менее 0,001 мм, зазор между иглой и корпусом, в зависимости от типа распылителя - от 0,002 мм до 0,004 мм. Насос форсунка cummins.

 

7. ВИДЫ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ

Есть два вида распылителей в зависимости от системы впрыска, определяемого по типу камеры сгорания:

- в дизельных двигателях с раздельной камерой применяются штифтовые распылители (однодырчатые).

- в системах непосредственного впрыска с единой камерой, сформированной в днище поршня применяются дырчатые (бесштифтовые) распылители.

Современные дизели с большой мощностью и пониженным расходом топлива оснащаются только бесштифтовыми распылителями.

В этих двух группах распылителей есть много типов и модификаций, которые отличаются между собой конструкцией корпуса и иглы, размерами и характеристиками работы.

Основным параметром распылителя является его проходная (гидравлическая) характеристика, которая описывает изменение проходного сечения в распылителе в зависимости от величины подъема иглы, а значит и изменение количества топлива вытекающего из распылителя. Она влияет на экономичность (расход топлива), динамику и экологические параметры двигателя (шумность, содержание сажи и токсичных соединений в выхлопных газах).
Проходная характеристика зависит от конструкции распылителя и его размеров следующим образом:

- в дырчатых распылителях от подъема иглы, разницы углов конуса иглы и гнезда в корпусе распылителя, относительного показателя, диаметра и глубины колодца, количества, диаметра и длины распыляющих отверстий.

- в штифтовых распылителях: от высоты дросселя, зазора дросселя, высоты подъема иглы и других конструктивных особенностей (диаметра штифта, относительного показателя);

Проходная характеристика дырчатого распылителя

Проходная характеристика дырчатого распылителя отличается, по сравнению с характеристикой штифтового распылителя, намного более резким увеличением проходного сечения при подъеме иглы, что зависит от величины зазора между уплотняющим конусом иглы и краем колодца, разницы углов конусов на игле и в корпусе, а также диаметра распыляющих отверстий. Для уменьшения закоксовывания и выбросов углеводородов, колодец должен быть как можно меньше.

Проходная характеристика штифтового распылителя

Проходная характеристика штифтового распылителя с дроссельным эффектом отличается вытянутым, плоским отрезком дросселирования, определяющим уровень шума и углеводородов и отрезком с крутым подъемом, влияющим на расход топлива и уровень дымности выхлопных газов.
Плоский участок характеристики зависит от высоты дросселя и величины кругового зазора между отверстием и штифтом на игле, называемой зазором дросселирования. Обычно, высота дросселя составляет, в зависимости от применения распылителя (для легковых или грузовых автомобилей), от 0,3 до 0,7 мм, а зазор дросселирования - от 0,01 до 0,05 мм.
Для достижения более тихой работы двигателя, облегчения запуска и гарантирования равномерной работы двигателя на холостом ходу, применяются распылители, у которых на штифте иглы сделана плоская или косая лыска. Раньше для этого в распылителе сверлили дополнительное отверстие, которое во время работы быстро закоксовывалось. Кроме того, штифт иглы имеет дополнительную фаску для более плавного перехода характеристики распылителя от плоского отрезка к крутому вертикальному. Благодаря этому, снижается уровень шума и уменьшаются выбросы углеводородов при малых нагрузках двигателя.

Относительный показатель распылителя

Динамические свойства распылителя: скорость подъёма иглы (скорость открывания распылителя), скорость вытекания топлива через распыляющие отверстия и время впрыска, это функция от относительного показателя, которое является отношением диаметра гнезда к диаметру иглы.
Диаметр иглы распылителя составляет, в зависимости от размера распылителя, 5 или 6 мм для распылителей типораз мера "S" и, соответственно, 4,5 или 4 мм для распылителей типоразмера "Р". На практике, диаметр гнезда не бывает меньше 2,2 мм, что ограничивало бы подачу топлива к распыляющим отверстиям и ускоряло бы кавитационный износ гнезда распылителя.

Наиболее часто встречаются следующие соотношения:
Для распылителей типоразмера "S": 3/6 и 2,5/6;
Для распылителей типоразмера "Р": 2/4 и 2,6/4,5

Распылители без колодца

Важным параметром конструкции с точки зрения экологичности двигателя, износостойкойст и так называемой сферической части корпуса распылителя и его звуковых свойств являются размеры пространства, находящегося ниже гнезда распылителя.
Выпускают два вида дырчатых распылителей - с колодцем и без колодца (с иглой закрывающей входы распыляющих отверстий, находящихся в конической части корпуса распылителя /распылители типа VCO - "Valve Cover Orifice"/).

Для обеспечения соответствующей износостойкости) распылители с колодцем могут иметь колодец разной формы:

- цилиндрический с полукруглым или коническим окончанием корпуса распылителя;
- конический с коническим окончанием корпуса.
Чем меньше объем колодца, тем меньше в нем остаётся топлива и испаряется после окончания впрыска. То есть - меньше выбросы углеводородов и склонность распылителя к закоксовыванию распыляющих отверстий.
У новейших типов распылителей VC колодец с минимальным объемом. Такие распылители имеют, по сравнению с распылителями с колодцем, меньшую износостойкость. Поэтому это обычно распылители типоразмера "Р" с конической формой окончания корпуса и длиной распыляющего отверстия 1 мм. Игла в этих распылителях имеет дополнительный конус, который улучшает их гидравлические свойства.

Конструкция игл распылителей

Распылители, применяемые в системе Common Railи других системах с высоким давлением имеют иглу с двойной направляющей. Это предотвращает потерю устойчивости иглы, гарантирует закрывание всех распыляющих отверстий, что имеет значение для создания равномерных струй топлива.

В зависимости от типа двигателя, игла распылителя может иметь:

- окончание в форме цилиндра и конуса (часто с притуплённой верхушкой для согласования конуса с уменьшенным пространством колодца)

- двойного конуса, у распылителей, где цилиндр заменен на конус. Такая форма гарантирует большую стойкость распылителя к кавитационному износу. Кроме того, дополнительное притупление носика иглы дает ей возможность работать с гнездом без колодца.

Подъем иглы

Величина подъема иглы (шаг) - важный параметр, с точки зрении гидравлических свойств распылителя и времени впрыска. Слишком большой шаг иглы приводит к запаздыванию закрывания распылителя и нежелательному вытеканию топлива, к прорыву выхлопных газов внутрь распылителя и образованию нагара внутри распылителя. Шаг иглы должен быть как можно меньшим, но достаточным, чтобы проходное сечение через гнездо было на 30% больше суммарного сечения отверстий распылителя. Шаг иглы в штифтовых распылителях, с учетом шага дросселирования, составляет от 0,4 до 1,1 мм, а в дырчатых распылителях намного меньше - от 0,2 до 0,35 мм.

Материалы для распылителей и их тепловая обработка

Распылители во время работы на двигателе подвержены механическим и тепловым нагрузкам. Это резкие удары иглы с частотой до 10 000 раз в минуту об уплотняющий конус в корпусе распылителя. Перегрев распылителя (температура возле распыляющих отверстий выше 200°С) приводит к закоксованию отверстий, заклиниванию иглы, изменению цвета. Поэтому, корпуса распылителей изготавливаются из стальных сплавов, с обработкой азотированием или углеродом, содержащих хром, никель, молибден. Корпуса штифтовых распылителей также изготавливаются из стальных (подшипниковых) сплавов с закалкой.
Безотказность в эксплуатации и износостойкость распылителя зависит от толщины твердого слоя на конусе распылителя. Если твердый слой отсутствует или тонкий отсутствует, износостойкость распылителя будет низкая. Обработка углеродом дает слой с большей толщиной, но с меньшей твердостью по сравнению с азотированием, дающим тонкий, но более твердый слой. Твердость после тепло-химической обработки корпуса распылителя на поверхности уплотнительного конуса должна быть не менее 60 HRC.

Штифтовые распылители

Штифтовые распылители применяются для двигателей, работающих по предкамерному или вихрекамерному процессу. То есть, имеющих разделенные камеры сгорания. В этих двигателях топливовоздушная смесь образуется преимущественно за счет энергии воздушного вихря. Устройство всех видов штифтовых распылителей практически одинаково. Различие составляет геометрия наконечника штифта. Штифтовые распылители выпускаются в трех конструктивных вариантах:

1.Распылитель с лыской - получил свое название из-за плоской шлифованной лыски на штифте, которая при открытии освобождает канал для течения топлива, дополняющий кольцевую щель. В этой области уменьшаются отложения из-за повышенного объемного расхода, поэтому такие распылители коксуются меньше и равномернее.
2. Без дросселирующего эффекта (стандартные) - применяемые в очень старых дизельных двигателях.
3. С дросселирующим эффектом - для современных двигателей, в основном для применения в легковых автомобилях. Распылители с дросселирующим эффектом имеют штифт с цилиндрической дросселирующей частью и направляющий штифт, который может быть цилиндрическим (нулевой угол направляющего штифта), а также с отрицательным или положительным углом.
Давление открытия штифтовых распылителей 110-170 бар.

Штифтовые распылители типоразмеров "S" и "Р"

Штифтовые распылители выпускаются в двух типоразмерах:

  1. "S" - с диаметром иглы чаще всего 6 мм или 5 мм. Наружный диаметр фланца корпуса штифтового распылителя типоразмера "S" составляет 17 мм

  2. "Р" с диаметром иглы 4 мм, применяемые, в основном, в японских и корейских автомобилях. Наружный диаметр фланца корпуса штифтового распылителя типоразмера "Р" - 14,3 мм.
     

Штифтовые распылители отличаются друг от друга конструкцией штифта, величиной зазора, шагом дросселирования, и шагом иглы. Дополнительные обозначения: "+", "-", "/" штифтового распылителя касаются его конструктивных модификаций.

Разные конструктивные версии штифтовых распылителей

Сейчас производятся распылители со следующими конструкциями штифта / Эти версии закодированы в обозначениях распылителя, которые наносятся на фланец (лазером или накаткой). Применение лазера позволяет производить маркировку после выполнения всех технологических операций, после тепловой обработки и шлифовки. Накатка же возможна только в начале технологического процесса/:

- с цилиндрической формой дросселирующей части штифта;
- с фаской на переходе от дросселирующей части штифта к направляющей части;
- с фаской и плоским срезом на дросселирующей части штифта (параллельным оси иглы);
- с фаской и косым срезом на дросселирующей части штифта (под углом к оси иглы).

В последнее время с учётом затрат и возможности быстрой смены типов продукции, используется маркировка лазером. Так маркируются штифтовые распылители, в которых один и тот же корпус может применяться для изготовления разных распылителей - в зависимости от конструкции иглы.

Дырчатые (бесштифтовые) распылители

Место их установки определяется конструкцией двигателя. Дырчатые распылители используются на дизелях с непосредственным впрыском топлива.
Расположенные под различными углами отверстия распылителя должны быть направлены в камеру сгорания под оптимальными углами. Такие распылители разделяются на распылители с подигольным объемом и на распылители с перекрытием отверстий. Бесштифтовые распылители с подигольным объемом изготавливаются в разных вариантах и разного размера. Так бесштифтовый распылитель с цилиндрическим глухим отверстием подыгольного объема и сферической вершиной, состоит из цилиндрической и полусферической частей; дает большую свободу выбора таких параметров, как число и длина отверстий, а также угол конуса расположения осей отверстий. У бесштифтовых распылителей с перекрытием отверстий специальная форма отверстий распылителя, двойная направляющая иглы или сложная ее геометрии, дополнительно улучшают в распылителях с сопловыми отверстиями на седле распределение факелов топлива и образование смеси.

Бесштифтовый распылитель с коническим глухим отверстием подыгольного объема и конической вершиной имеет меньший остаточный объем, чем у распылителя с цилиндрическим отверстием. Более совершенной модификацией является бесштифтовый распылитель с подыгольным микрообъемом.

Бесштифтовый распылитель с цилиндрическим глухим отверстием подыгольного объема и конической вершиной имеет длину соплового отверстия от 0,6 мм. Применение конической формы повышает прочность вершины. Особенно хорошо он сочетается с системой Common Rail, которая характеризуется относительно медленным подъемом иглы и вместе с тем сравнительно длительным дросселированием при открытии.

Дырчатые распылители выпускаются в двух типоразмерах: "S" с диаметром 6 или 5 мм (с подыгольным объемом для больших двигателей), а также "Р" с диаметром 4 или 4,5 мм (двигатели с турбонаддувом с высоким давлением впрыска).
Давление открытия бесштифтовых распылителей лежит в пределах 150-350 бар.

Определяющие параметры дырчатых распылителей

Определяющие параметры конструкции дырчатых распылителей, от которых зависит правильная работа в двигателе это количество и диаметр распыляющих отверстий, оговариваемые в приемо-сдаточной документации; косвенно проверяется по расходу воздуха или испытательной жидкости через распыляющие отверстия; угол расположения распыляющих отверстий; относительный параметр распылителя; длина штифта иглы и шаг иглы, обуславливающие правильный монтаж распылителя в корпусе и его правильную работу.


8. ОЦЕНКА ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ ФОРСУНКИ

Детали форсунки могут изнашиваться и из-за действия коррозии, загрязнений содержащихся в топливе, а также из-за эрозионного действия топлива в местах, где есть изменения проходных сечений (в топливных каналах).
Чаще всего в форсунке выходит из строя распылитель. Но изнашиваются также и другие детали форсунки: гайка распылителя, проставка, корпус форсунки, грибок форсунки. Износ появляется в местах соприкосновения деталей и вызывается действием сил удара. Появляются трещины, вдавливания, царапины, деформации, линейные изменения соединений, например: увеличение шага иглы, уменьшение длины грибка форсунки.

Неисправности в работе форсунки

Об износе форсунки и необходимости ее ремонта можно судить по следующим отклонениям в работе:

1 - неплотности между поверхностью корпуса форсунки, проставкой и корпусом распылителя. Причина: искривление фиксирующих штырьков, износ гайки распылителя (поверхности, прилегающей к фланцу распылителя);
2 - падению давления открывания распылителя - за время эксплуатации форсунки допустимое падение давления не может быть больше чем 10% от величины настроенного давления открывания. Причина: износ поверхностей, износ пружины форсунки, неправильно подобраны регулировочные шайбы;

3 - неправильному впрыску топлива. Причина: выбивание поверхности проставки или упорной поверхности штифта распылителя форсунки, что увеличивает высоту подъема иглы, и время впрыска топлива.
4- уменьшению притока топлива к распылителю, что приводит к увеличению времени впрыска и плохой работе двигателя (потеря мощности, увеличение дымности).

Износ распылителя

Об износе распылителя и необходимости его замены свидетельствуют следующие признаки:

- шумная работа двигателя;
- повышенная дымность - черный дым;

- потеря мощности и приемистости двигателя.

- повышенный расход топлива;
- проблемы с запуском двигателя.
Причины:
- потеря плотности гнезда распылителя вследствие разбивания поверхностей и из-за загрязнения этих поверхностей;

- потеря плотности на направляющей части иглы;

- перекрытие распыляющих отверстий либо их эрозийным износом;
- зависание иглы из-за загрязнения и деформации корпуса распылителя, а также из-за нагара на игле;- износ штифта в штифтовом распылителе;
- загрязнение нагаром топливных отверстий в корпусе распылителя.
Оценка качества изготовления распылителя

Перед установкой распылителя в форсунку нужно оценить его работоспособность и качество. В условиях мастерской это происходит при осмотре рабочих и монтажных поверхностей и оценки работы распылителя на пробнике.

В дырчатых распылителях особое внимание следует обратить на:

1 - положение отверстий для фиксирующих штырьков, что может влиять на неплотности и трещины в распылителе;
2 - опорную поверхность (штифт) иглы распылителя, которая касается грибка форсунки. Если она недостаточно гладкая и имеет отклонения формы, то увеличивается вероятность быстрого падения давления открывания распылителя;

3 - микроскопические загрязнения могут заклинить иглу, блокировать распыляющие отверстия, повредить уплотняющее гнездо;
4 - чистоту кромки пересечения топливного отверстия с камерой давления в распылителе;
5 - чистоту кромки пересечения распыляющих отверстий с колодцем распылителя; микроскопические загрязнения изменяют форму и длину струи топлива.

В штифтовых распылителях визуальному контролю подвержены:

1 - уплотняющая поверхность на игле распылителя - нет ли на ней кавитационных повреждений

2 - положение уплотняющей кромки на игле распылителя, которая (если она есть), слишком близка к верхней кромке гнезда, то распылитель может подтекать;;
3 - управляющий штифт на игле, от формы которого зависит проходная характеристика распылителя.


9. ДЕМОНТАЖ ФОРСУНКИ С ДВИГАТЕЛЯ

Демонтаж форсунки – только на первый взгляд простая операция. Её должен предварять тщательный анализ состояния топливной системы и двигателя. Только если диагностические операции указывают на неисправность форсунки, нужно браться за демонтаж. Предварительно стоит запасти специальный инструмент для выполнения этих операций. Особенно это касается форсунок Common Rail, снятие которых всегда сопряжено с определенным риском повреждения не только самой форсунки, но и головки блока двигателя. Специальному инструменту, из-за его многообразия, будет посвящена отдельная статья. Сейчас же рассмотрим очередность операций по демонтажу:
1. Убеждаемся, что зажигание выключено.
2. Очищаем топливопроводы и все соединения. Очистку производим жесткими щетками сухим и мокрым способами с последующим обдувом сжатым воздухом из узкого сопла.
3. Откручиваем гайки топливопроводов на форсунках и насосе ТНВД.
4. Снимаем трубки высокого давления. При разъединении топливопроводов необходима предельная аккуратность с целью недопущения попадания даже малейших частиц грязи в полости трубок. При демонтаже все штуцера должны быть закрыты (пластмассовыми крышками либо другим способом).
5. Откручиваем и снимаем магистраль обратного слива топлива с форсунок.
6. Отсоединяем электрические разъемы датчика подъема иглы.
7. Вынимаем термошайбу и уплотнительную шайбу форсунки.

Демонтаж форсунок с дизеля может быть затруднен закоксовыванием боковой поверхности распылителя, а также определяется особенностями конструкции. В большинстве современных дизелей форсунка установлена в сухом форсуночном стакане (как в двухклапанных, так и в четырехклапанных головках). Однако стремление конструкторов расположить их в центре камеры сгорания приводит иногда к существенному усложнению демонтажа. Например, форсунки Ореl-Есоtес расположены под распределительным валом и собираются со штуцером-траверсой только при установке в головке. Форсунки старых дизелей и насос-форсунки также находятся в масляной среде механизма газораспределения и труднее демонтируются. Обслуживание насос-форсунок с электронным управлением из-за отсутствия или сокращения элементов регулировки проще, чем обслуживание чисто механических.
Существуют штатные приемы, например, с помощью съемников (винт с захватом за штуцер форсунки в подковообразном корпусе съемника или П образном корпусе, устанавливаемом над форсункой). Более совершенные приемы разработаны практиками:

а) ослабить крепление прижимной планки нужной форсунки на 1-2 мм, запустить дизель, после того как газы из цилиндра начнут "сечь" через форсуночный стакан, заглушить дизель, вынуть форсунку;

б) большинство современных форсунок имеют подвод топлива через штуцер в верхней части. Для них применим инерционный съемник (захват штока наворачивается на штуцер форсунки, а грузом ударяем по упору на противоположном конце штока).
Это не касается форсунок, заворачиваемых в головку по резьбе (как свеча) - резьба заменяет съемник. Не следует только выворачивать форсунку за ее верхнюю часть.


10. УСЛОВИЯ ПРОВЕРКИ ФОРСУНОК

Это довольно сложная операция, требующая большого опыта и точного выполнения условий, в которых необходимо производить проверку. Проверка работы форсунки проводится на испытательном приборе для проверки и регулировки форсунок после принятия решения о неисправности этого узла. Для правильной оценки работы форсунок, а также сравнения свойств распылителей, проверяемых на заводе и в мастерской, ручной прибор для проверки форсунок должен отвечать следующим требованиям:

- обеспечить производительность накачки проверочной жидкости в форсунку на уровне 4,5 - 6,0 мм3 за один ход рычага прибора;
- иметь манометр со шкалой на 400 (или 600) Bar (кг/см) и с ценой деления до 2 (как исключение не более 5) Bar, поскольку точность установки давления открывания форсунки находится в пределах от 5 до 10 Bar;
- иметь соответствующую внутреннюю эластичность, характеризующую весь объем топливопроводов и каналов прибора, эластичность стенок и манометра, а также испытательной жидкости. Внутренней эластичность прибора влияет на точность оценки работоспособности распылителя, на оценку частоты и амплитуды хода иглы во время накачки топлива в распылитель, а также звука и качества распыла. Внутреннюю эластичность прибора проверяют с помощью специального микроизмерителя объема, измеряющего изменение объема жидкости во время падения давления в приборе с 1 до 0,7 Bar.
Это изменение объема должно составлять 0,2 мм3 / Bar. Надо учесть, что данный прибор - сложное и точное устройство, и даже замена манометра, топливопровода или испытательной жидкости может изменить его внутреннюю эластичность, влияя этим на оценку работоспособности распылителя;
- иметь соответствующую гидромеханическую жесткость, измеряемую величиной хода рычага прибора, нагруженного силой возрастающей от 50 до 150 N, в зависимости от давления открытия форсунки. Эта жесткость должна составлять не менее 2 Bar /мм хода рычага прибора. Выполнение условий по гидромеханической жесткости влияет на правильность оценки легкости движения иглы в распылителе во время медленных движений рычагом прибора.


11. КОНТРОЛЬ ПРИБОРА В УСЛОВИЯХ МАСТЕРСКОЙ

Прибор для проверки форсунок должен использоваться в чистом, проветриваемом, хорошо освещенном помещении, при температуре воздуха около 20°С.

В мастерской простыми и доступными способами проверки правильной работы приборов являются:

- проверка герметичности контура высокого давления прибора (после контроля 100 распылителей) замеряя время падения давления с 350 до 300 Bar при закрытом выходе масла из топливопровода прибора. Это время должно быть не менее 10 минут;
- проверка степени износа плунжера прибора, мерой чего является количество впрысков происходящих во время контроля распылителя на внутреннюю герметичность за 7 секунд (при падении давления с 200 до 150 Bar). За один ход рычага прибора в течение 3- 4 секунд, при давлении впрыска 200 Bar, должно произойти 12 одиночных впрысков.
- проверка (её необходимо проводить после контроля 100 распылителей или не реже, чем раз в месяц) показаний манометра с помощью, например, образцовых форсунок, отрегулированных на определенное давление открывания.


12. ПРОВЕРКА РАБОТЫ ФОРСУНКИ

Все предыдущие публикации, посвященные форсункам дизельного двигателя, были подготовительными к сегодняшней публикации. В данной статье мы попробуем разобраться, как и что проверять в форсунках.

Проверка форсунок, с одной стороны, обусловлена частотой возникновения неисправностей форсунок за счет их числа и множественности дефектов, относительно малым ресурсом распылителей, но доступна опытному автослесарю и производится достаточно часто. По результатам испытаний принимается решение о необходимости замены распылителей или форсунки в сборе. Прибором для испытания распылителей проверяются форма топливных факелов, дребезжание, давление открытия и уплотнение распылителя, также и форсунки в целом.

Параметрами оценки работы форсунки являются:

  1. Давление открывания распылителя.

  2. Плотность гнезда конуса (подтекание распылителя).

  3. Внутренняя плотность форсунки (вытекание топлива через зазор между направляющими поверхностями корпуса и иглы распылителя).

  4. Распыление топлива, форма и углы (положение) струй топлива.

  5. Звуковые свойства, так называемое хрипение распылителя.

 

Предварительная проверка форсунки

Надо сказать, что многие производители рекомендуют все, снятые с автомобиля форсунки промывать в ультразвуковой ванне. Более того, фирма BOSCH обязывает автосервисы производить такую операцию в случае с гарантийными изделиями.

1.После закрепления форсунки в испытательном приборе отключается манометр прибора и, при включении быстродействующего насоса, промывается распылитель форсунки.

2.После того как топливопровод высокого давления и распылитель промыты, подключается манометр, и проверяются давление открытия и уплотнение распылителя. При проверке давления открытия, давление повышают, пока топливо не станет выходить из распылителя.

Установочная величина давления открытия распылителя обычно обозначена на его корпусе, но на всякий случай следует использовать справочное пособие, например каталог по подбору распылителей от производителя этих деталей. Там всегда указывают давление, рекомендуемое производителем мотора. Допуск составляет 10 Bar. Если давление открытия распылителя вне допуска, оно должно быть откорректировано подбором регулировочных шайб. В зависимости от толщины этих шайб изменяется предварительное натяжение пружины форсунки. Как правило, изменение толщины шайбы на 0,08 мм приводит к изменению давления открытия на 10 Bar.

При разборке и сборке форсунки необходимо следить за соблюдением чистоты аппаратуры и личной безопасности специалиста. Руки во время процесса проверки не должны ни в коем случае находиться в соприкосновении с топливным факелом так как под высоким давлением топливо может легко проникнуть под кожу и вызвать отравление кровеносной системы. Присутствие открытого огня легко может привести к взрыву распыленного топлива.

Плотность гнезда распылителя

После установки форсунки в прибор начнём проверку плотности гнезда распылителя. Её отсутствие влияет на повышенный расход топлива, дымный выхлоп, детонационные шумы при работе двигателя.
Проверка плотности гнезда распылителя проводится так:

- засекается, нет ли отрыва капли топлива в течение 10 сек при давлении меньшем на 10 Bar, чем давление открывания распылителя.

- предварительно проверяется давление открывания распылителя, после осушения носика распылителя, медленно (1 движение рычага в секунду) накачивается давление на 10 Bar меньшее, чем давление открывания.
Если гнездо неплотное, то возникает явление подтекания распылителя. Его следует заменить при условии, что причина подтекания - не загрязнение. Поэтому, перед такой проверкой следует сделать несколько быстрых движений рычагом прибора для промывки возможных загрязнений.
Другой причиной неплотности гнезда распылителя может быть изношенный корпус форсунки. Поэтому новый распылитель нужно проверять, используя контрольный корпус (см. №11 2005).

Возможен и другой, более удобный в условиях автосервиса способ. Перед проверкой уплотнения распылителя поверхности в зоне перемещения иглы распылителя протираются насухо. В это время давление повышается до величины, которая на 10 Bar ниже давления открытия распылителя. Это давление удерживается в течение 10 с. Затем, к головке распылителя прижимается чистая бумага. Если бумага сухая, значит уплотнение идеальное. . Если на бумаге появляется влажная точка диаметром более 3 мм, распылитель должен быть заменен.
Звуковые свойства распылителя

Звуковая характеристика зависит от конструкции распылителя, скорости движения рычагом и диаметра нагнетающего плунжера прибора, а также от того - проверяемый распылитель новый или работавший на двигателе.
На практике, оценка звука распылителя проводится при плавных движениях рычага прибора от 0,5 до 5 движений в секунду. При этом подбор скорости накачки зависит от конструкции распылителя.
Вибрация иглы распылителя, во время прокачивания проверочного масла через распылитель, вызывает прерывание струи вытекающего масла, что сопровождается звуком (распылитель хрипит).
Такая проверка проводится с закрытым клапаном, отсекающим подачу топлива к манометру прибора.

Новые штифтовые распылители дребезжат при медленной и быстрой работе насоса.
Штифтовые распылители без дросселирующего эффекта хрипят во всём диапазоне движений рычага прибора. Отчетливо слышный дребезжащий звук означает, что игла распылителя не закоксована. При наступлении закоксовывания иглы распылитель дребезжит лишь при быстрой работе насоса. Это однако не является основанием для замены распылителя. Только если в форме факела обнаружены отчетливые полосы, и дребезжание не возникает ни при какой скорости работы насоса, распылитель требует приведения в исправное состояние или замены. Бесштифтовые распылители проверяют таким же образом. Бесштифтовые распылители дребезжат жестче, чем штифтовые, из-за более высокого давления открытия распылителя и большего поперечного сечения выходных отверстий. При проверке бесштифтовых распылителей следует определить, какое количество выходных отверстий предусмотрено конструкцией, иначе дефектный распылитель может быть принят за исправный.
Струи впрыскивания у такого распылителя должны быть тоньше распылены.

Элементы системы насос-форсунок на обычном приборе для испытания распылителей, без дополнительного оборудования, проверить невозможно. Форсунки аккумуляторной системы впрыска на обычном приборе можно проверить только на качество уплотнения при давлениях до 400 Bar. Для проверки таких форсунок необходимо приобрести дополнительное оборудование. Пока известна лишь украинская компания, выпускающая действительно функциональное оборудование для этих целей.

Штифтовые распылители с дросселирующим эффектом имеют три диапазона хрипения, которые зависят от скорости качков:

- При быстрых движениях рычагом (более четырёх качков/сек) - верхний диапазон вибраций иглы, при котором возникает высокий тон звука.
- При медленных (до двух качков в секунду) появляется так называемый нижний диапазон вибраций иглы, при котором возникает тихий шелест;
- При движениях рычагом со скоростью до четырёх движений в секунду - диапазон без вибраций иглы. Игла зависает во время дросселирования. Звук исчезает;

Дырчатые распылители классифицируются по трём звуковым группам.
Эта классификация учитывает новые распылители, так как распылители, бывшие в употреблении, надо проверять при быстрых, энергичных движениях рычага прибора (более 2 качков в секунду), вне зависимости от того, к какой звуковой группе относился распылитель до работы на двигателе.
В б/у распылителях исчезает разница углов иглы и конуса. Линейное прилегание конического края иглы заменяется на прилегание по всему конусу гнезда. Появляется также нагар в распыляющих отверстиях. Эти приводит к тому, что при малой скорости накачки вибрации иглы гасятся. Потому работающие распылители должны громко хрипеть в верхнем диапазоне движений рычага пробника. Хорошие звуковые свойства и хороший распыл свидетельствуют, что игла движется свободно, что этот распылитель ещё хорошо поработает на двигателе.
К первой звуковой группе относятся новые дырчатые распылители с диаметром гнезда 3 мм или больше и диаметром иглы 6 мм (относительный показатель - 0,5 или более). Эти распылители всегда хрипят жёстко и громко.