Как устроены дизельные форсунки?

Проверка дизельных форсунок в домашних условиях

В современных дизельных двигателях повсеместно могут использоваться одна из двух известных топливных систем Common Rail (с общей рампой) и насос-форсунки (где на на каждый цилиндр отдельно подводится своя форсунка).

Они обе способны обеспечить высокую экологичность и КПД двигателя. Поскольку эти дизельные системы функционируют и устроены подобным образом, но Коммон Реил более прогрессивна с точки зрения эффективности и шумности работы, хотя и проигрывает в мощности, стала все более чаще использоваться на легковых авто, то далее будем говорить о ней. А про работу, неисправности и проверку насос форсунок расскажем отдельно, ведь это не менее интересная тема, особенно для владельцев автомобилей VAG группы, поскольку там довольно не сложно производится программная диагностика.

Самый простой метод вычисления забитой форсунки такой системы можно провести по следующему алгоритму:

Форсунка Common Rail

• на холостом ходу довести обороты двигателя до того уровня, когда проблемы в работе двигателя слышны наиболее отчетливо;
• каждую из форсунок отключают путем ослабления накидной гайки в месте крепления магистрали высокого давления;
• когда вы отключаете нормальную рабочую форсунку, то работа двигателя меняется, если же форсунка проблемная, то двигатель продолжит работать в таком же режиме и далее.

Кроме этого, проверить форсунки своими руками на дизельном двигателе можно путем прощупывания топливопровода на наличие толчков. Они будут результатом того, что ТНВД пытается нагнетать топливо под давлением, однако в силу забитости форсунки возникают сложности с его пропуском. Проблемный штуцер также можно определить по завышенной рабочей температуре.

Признаки неисправности форсунок дизельного двигателя

В независимости от негативных факторов или различных причин, приводящих к неисправностям, в работе топливных форсунок необходимо четко знать и понимать к каким последствиям это может привести. Так, отказ в работе инжектора будет проявляться следующими внешними признаками при работе автомобиля:

• хорошо ощутимое ослабление мощности, при нагретом двигателе;
• различные трудности во время запуска мотора;
• неравномерная работа двигателя на холостом ходу;
• рывки при ускорении;
• заметное увеличение расхода топлива,
• наличие постоянной вибрации в районе двигателя,
• возникновение своеобразных цокающих звуков;
• появление дыма (черного или сизого) из выхлопной трубы,
• медленное достижение высоких оборотов двигателя;
• превышение допустимого уровня моторного масла в поддоне двигателя;
• загорается значок «check engine» на панели приборов.

При появлении подобных симптомов необходимо незамедлительно сделать техническую диагностику в специализированной автомастерской для того, чтобы разобраться и выявить точные причины, которые привели к отказу в работе двигателя.

Исторические факты

Эта система впрыска – не новая разработка. Насос-форсунка дизельного двигателя устанавливалась на автомобили в конце 30-х годов. Впервые конструкция была опробована на дизельных двигателях для железнодорожной, морской, а также грузовой техники. Всю эту технику объединяло одно – небольшая скорость. Особенности этих двигателей — в наличии отдельного насоса на каждый цилиндр и в коротких напорных линиях, которые идут к форсунке. Приводом для элементов служат толкатели и буферы.

Серийно стали применять такие системы на грузовиках с 1944 года. На легковых авто – с 1988 года. В 1938 году , которая принадлежала тогда концерну «Дженерал Моторс», был создан первый такой агрегат, в котором и применялась система питания дизельного двигателя с насос-форсунками. Несмотря на то, что устройство было разработано в США, конструкции такого типа разрабатывались также и в СССР.

Первые моторы ЯАЗ-204 оснащались такими форсунками уже в 1947 году. Но производились эти узлы по лицензии «Детройт-Дизель». Этот силовой агрегат, а затем и модифицированный шестицилиндровый двигатель производился до 1992 года.

Смотреть галерею

В 1994 году устройство и работа насос-форсунки дизельного двигателя были замечены инженерами «Вольво». Компания выпускает первое грузовое авто FH12 с форсунками такого типа. Затем такими же узлами начнут оснащать свои грузовики «Скания» и «Ивеко».

Среди легковых автомобилей впервые эту систему начали использовать на «Фольксвагенах». Насос-форсунка дизельного двигателя «Фольксваген» появилась в 1998 году. В конце 90-х моторы с такой системой заняли 20 % автомобильного рынка.

Проверка распыления

Форсунка в нормальном состоянии производит короткий впрыск, сопровождаемый характерным резким звуком. В процессе эксплуатации распылитель забивается и изнашивается. В зависимости от его состояния принимается решение о целесообразности ремонта либо замены.

Вид струи в зависимости от состояния распылителя

Для диагностики форсунку закрепляют на специальном стенде. Сопло направляют на чистый лист бумаги. После этого производится впрыск. По оставшимся на бумаге следам можно судить о состоянии форсунки. Количество следов на листе должно равняться числу отверстий, которые имеет распылитель. При меньшем количестве следов требуется очистка сопла от загрязнения.

Дизельная форсунка тип HDK (первое поколение)

Дизельные форсунки тип HDK (первое поколение) устанавливались на автомобили начиная с 70х годов прошлого века. На некоторых автомобилях эти дизельные форсунки используются по нынешнее время.

Схема дизельной форсунки тип HDK размерность P

Этот тип дизельных форсунок довольно-таки не требователен к качеству дизельного топлива в связи с простотой и надежностью своей конструкции. При ремонте как правило, замене подлежит только распылитель форсунки, реже меняется проставка распылителя и корпус (верхняя часть) форсунки. Ремонт такой форсунки как правило обходится примерно в 700 руб. Плюс стоимость запчастей распылитель от 400 руб. до 1000 руб., проставка распылителя от 300 руб. до 700 руб. По времени, замена распылителя и регулировка на стенде занимает не больше часа.

Система впрыска насос форсунками

Использование насос-форсунок для организации подачи топлива в дизельном двигателе позволяет увеличить его мощность, понизить расход топлива, количество вредных выбросов и уровень шума.

В топливной системе такого типа каждому цилиндру двигателя соответствует отдельная форсунка. Запуск насос-форсунки производится следующим образом: распределительный вал передает усилие специальным кулачкам, которые в свою очередь через коромысло прикладывают его к самой форсунке.

В устройство насос-форсунки входят следующие элементы:

плунжер;клапан управляющий;поршень запорный;клапан обратный;игла распылителя.

На схеме показана конструкция насос-форсунки с клапаном электромагнитного типа. Цифрами отмечены следующие элементы:

1 — винт с шаровой головкой; 2 — плунжер; 3 — пружина плунжерная; 4 — игла электромагнитного клапана; 5 — клапан электромагнитный; 6 — сливная топливная магистраль; 7 — клапан обратный; 8 — питающая топливная магистраль; 9 — пружина распылителя; 10 — поршень запорный; 11 — игла распылителя; 12 — головка блока цилиндров; 13 — прокладка термоизоляционная; 14 — кольца уплотнительные; 15 — камера высокого давления; 16 — кулачок приводной; 17 — коромысло.

Давление топлива в форсунке создает плунжер, поступательное движение которого обеспечивается вращением кулачков распредвала, а возвратное – плунжерной пружиной.

Управляющий клапан отвечает за впрыск топлива. По типу привода клапан бывает пьезоэлектический или электромагнитный. Клапан на пьезоэлементе был создан для замены электромагнитного и, по сравнению с последним, является более быстродействующим. Главный элемент конструкции клапана – это игла клапана.

Пружина форсунки служит для посадки иглы распыления на седло. Усилие пружины может поддерживаться давлением топлива с помощью обратного клапана и запорного поршня.

Игла распылителя обеспечивает прямой впрыск топливной смеси в камеру сгорания.

Работа всех насос-форсунками регулируется блоком управления двигателя, который, анализируя сигналы различных датчиков, посылает управляющие сигналы на клапаны насос-форсунок.

Принцип работы насос-форсунки

Процесс впрыска горючего в насос-форсунке для обеспечения эффективного и оптимального формирования топливно-воздушной смеси разделен на три фазы: предварительного, основного и дополнительного впрыска.

Предварительный впрыск используется для обеспечения непрерывности сгорания смеси во время основного впрыска, который, в свою очередь, должен обеспечивать подачу качественной вмеси в любом режиме работы мотора. Дополнительный впрыск применяется для восстановления сажевого фильтра, то есть его очистки от накопившихся продуктов сгорания.

Описать принцип работы насос-форсунки можно следующим образом. Усилие, передаваемое через коромысло кулачком распределительного вала на плунжер, толкает его вниз. Топливо начинает поступать по питающим каналам форсунки. Закрываясь, клапан отсекает подачу топлива. Давление в системе возрастает и при достижении значения 13 МПа, достаточного для преодоления иглой распылителя усилия пружины, она поднимается и производится предварительный впрыск.

Фаза предварительного впрыска завершается с открытием клапана. Топливная смесь перетекает в питающую магистраль и давление горючего снижается. Обычно производится один или два, в зависимости от выбранного режима работы мотора, предварительных впрыска.

Дальнейшее опускание плунжера открывает фазу основного впрыска. При этом клапан вновь закрывается, и давление топлива возрастает. По достижении отметки 30 МПа игла снова поднимается, преодолевая давление топлива и усилие пружины, и производится основной впрыск.

С повышением давления сжимается большее количество топлива, а значит, в камеру сгорания мотора впрыскивается больше питающей смеси. Наибольший объем впрыска достигается при давлении 220 МПа, что соответствует максимальной отдаче мощности двигателя.

Последующее открытие клапана завершает фазу основного впрыска. Давление топливной смеси снижается, и игла распылителя опускается. Дополнительный впрыск осуществляется при дальнейшем опускании плунжера и протекает по процедуре, аналогичной основному впрыску. В этой фазе обычно выполняется два цикла впрыска топлива.

Диагностика форсунок в домашних условиях

С определённой степенью точности вычислить неисправный прибор можно и в условиях гаража. Для начала надо определить конкретное местоположение подозрительной форсунки.

Обороты работающего на холостом ходу дизеля выставляются и фиксируются такими, чтобы его неравномерность работы проявлялась максимально отчётливо. Затем одним из подходящих способов с форсунки снимается давление топлива, для чего ослабляется крепление подводящего штуцера. Исправный инжектор вызовет при этом куда более заметную реакцию двигателя, чем имеющий отклонения в работе.

У электромагнитной форсунки можно измерить сопротивление обмотки соленоида с помощью мультиметра. Значение его может составлять от единиц Ом до двух десятков, более точно можно узнать из документации на конкретный прибор. В любом случае, обрыв будет означать полную неисправность катушки.

На простейших гидромеханических форсунках можно замерить давление начала открытия клапана при помощи тройника, манометра и контрольной заведомо исправной детали. Возможны изменения в калибровках пружины, что вызовет отклонение угла впрыска.

Проверка на перелив (слив в обратку)

В системе Common Rail управление впрыском производится при помощи специального обратного клапана, открытие которого создаёт необходимый перепад давлений на штоке основного клапана, в результате чего он также открывается и производит подачу в цилиндр.

Износ и загрязнение приводит к тому, что в обратную магистраль поступает слишком много топлива, и давление в рампе падает. Мотор запускается с большим трудом.

Для проверки со всех форсунок снимаются шланги обратки, а вместо них устанавливаются обычные прозрачные колбы медицинских шприцев с трубочками от систем капельниц. При работе мотора на холостых оборотах исправные форсунки выделяют в обратку совсем немного топлива, обычно это единицы миллилитров в минуту.

Неисправная выдаст в разы больше, конкретное значение зависит от типа прибора и двигателя, но если хотя бы превышение над исправными будет трехкратным или более, форсунка подлежит ремонту или замене.

Диагностический стенд

Хороший профессиональный стенд проверки инжекторов содержит набор плановых тестов, которые помимо экспресс-диагностики способны определить более тонкие неисправности.

Простейшая стендовая проверка производится на удержание форсункой рабочего давления, а также на возможные её загрязнения и износы. Визуально оценивается форма факела при распылении калиброванной жидкости. Определяются базовые способности прибора, при невыполнении которых инжектор однозначно бракуется.

Более сложные тесты определяют соответствие проверяемой детали на работу во всех режимах от холостого хода до максимальной мощности, проверяют быстродействие клапанов в режимах предварительного впрыска, а также состояние обратных клапанов.

Только так можно оценить общее состояние и возможность уложиться в действующие нормы по экологичности выхлопа, а также предсказать остаточный ресурс. Результатом работы профессионального стенда станет кодирование условного состояния форсунки.

Специальные приборы

Отдельные функции инжекторов можно проверять и специализированными установками.

Например, гидромеханические форсунки можно протестировать прибором, создающим давление топлива, при котором клапан должен открываться, и убедиться, что оно находится в заданных рамках. Устройство содержит ручной насос и манометр.

Есть и более сложные конструкции, как входящие в состав дизель-тестеров, так и автономные. Они обычно снабжены ручным или электрическим ТНВД, гидроаккумулятором, измерительной аппаратурой, прозрачными колбами для визуального контроля. Вполне доступны для самостоятельного изготовления.

Принцип работы форсунки дизельного двигателя – кратко о сложном

Основное назначение таких деталей заключается в дозировании и распылении топлива, а также герметичной изоляции камеры сгорания. В результате исследований были разработаны насосы-форсунки, которые устанавливаются в каждый цилиндр по отдельности. Принцип работы форсунки дизельного двигателя нового типа заключается в том, что она функционирует от кулачка распределительного вала через толкатель. Подача и слив топлива осуществляется через специальные каналы в головке блока. Дозирование топлива происходит через блок управления, который подает сигналы на запорные электромагнитные клапаны.

Топливные форсунки в большинстве случаев нуждаются в простом уходе, чаще всего, для того чтобы вернуть их в рабочее состояние, достаточно просто их очистить и промыть. Независимо от того, сколько форсунок в двигателе, случается, что при резком нажатии на педаль газа ощущаются рывки и провалы или ощутимо снижается мощность, мотор начинает неустойчиво работать на низких оборотах, значит, произошла закупорка каналов форсунки твердыми смолянистыми отложениями. Что же делать?

Устройство форсунки и принцип действия

Принцип работы форсунки в дизелях состоит в топливоподаче и распылении его посредством высокого давления. Составляющие дизельной форсунки: управляющий клапан, запорный поршень, обратный клапан, плунжер, игла-распылитель. Топливное давление в форсунках дизельного двигателя создается благодаря плунжеру. Клапаны форсунок бывают:

• пьезоэлектрические;
• электромагнитные.

Главным компонентом клапана является игла. Пьезоэлектрический отличается от электромагнитного улучшенным быстродействием.

В строении инжектора пружина способствует четкому размещению иглы в седле. Запорный поршень, а также возвратный клапан способствуют регулировке давления горючего. В распылителе ответственность за впрыск горючего в рабочие камеры лежит на игле. Контроль функционирования форсунок происходит благодаря управляющей системе автомобиля.

Насос-форсунка — это управляемый насос, производящий впрыск распыление топлива. Система подачи топлива вместе с насос-форсунками создают высокое давление и производят впрыск необходимого количества горючего в нужный момент. При каждом цилиндре работает по одной такой форсунке, поэтому отпадает потребность в топливопроводах большого давления.

Насос-форсунки размещаются в головке блока двигателя. Кулачки распределительного вала приводят в действие плунжер форсунки с помощью коромысел. Форма кулачка выполнена таким образом, что достигается резкое опускание плунжера и его медленный подъем. Впрыск топлива возможен из-за подачи управляющего тока электронного блока управления.

Устройство форсунок дизельных двигателей в основном похожее для разных типов и видов форсунок. Незначительные отличия в конструкции лишь определяют их подвид, класс или специфическое использование.

На картинке ниже представлена схема устройства форсунки.

Параметры настройки форсунки

Данные по наладке форсунок указаны в технической документации трактора в разделе «параметры настройки топливной аппаратуры» и зависят технических данных узлов входящих в состав топливной и самого дизеля. Для тракторов ранних версий МТЗ 80(82) с двигателем Д-240 и насосом УТН 5 в соответствии с технической документацией параметров настройки топливной аппаратуры давление впрыска должно быть 17,5 мПа(175кгс/смᶾ). Начало впрыска на стенде устанавливают больше на 0,5-1 мПа (5-10 кгс/смᶾ) до значения 18,5 мПа(185 кгс/смᶾ) учётом компенсации падения давления впрыска при расширении деталей вследствие нагрева дизеля.

Для тракторов поздних версий в модификациях МТЗ 80.1, 80.2, 82.1, 82.2 с дизелями Д-240, Д-243, Д-245 и насосом 4УТНИ давление впрыска настраивается на 21,6 мПа (216 кгс/смᶾ). На стенде настройку осуществляют с поправкой на нагрев деталей плюс 0,6-1,2 мПа (6-12 кгс/смᶾ) до значения 22,8мПа (228 кгс/смᶾ).

Ремонт форсунок

Текущее обслуживание или капитальный ремонт форсунок дизельных двигателей предпочтительно поручить квалифицированным специалистам — они смогут провести восстановление и регулировку детали на высокоточных автоматизированных стендах. Однако определённый комплекс ремонтных процедур можно провести и в кустарных условиях без использования сложной аппаратуры.

Необходимые инструменты и материалы

Для проведения самостоятельного обслуживания распылителей дизельного мотора автовладельцу потребуются:

• набор рожковых или накидных ключей;
• отвёртки под прямой и крестовый шлиц;
• чистая сухая ветошь;
• максиметр;
• промывочная жидкость для ДДВС.

Рекомендуется проводить работы в сухом и освещённом, защищённом от пыли гараже.

Демонтаж форсунки

Диагностика дизельных форсунок и их обслуживание подразумевают снятие распылителей с ДВС. Перед началом работ рекомендуется тщательно вымыть двигатель и моторный отсек, чтобы избежать попадания мусора, инородных частиц. С особым пристрастием нужно промыть ГБЦ. На трубки высокого давления необходимо нанести разметку, которая поможет не запутаться при обратной сборке.

Перед снятием необходимо закрыть штуцеры форсунок (используйте пластиковые колпачки) во избежание загрязнений. Для демонтажа распылителей не рекомендуется использовать обычные рожковые ключи — неопытный ремонтник может сорвать резьбу с форсунок. Если должная квалификация отсутствует, используйте накидные ключи и инструмент — «головку» с длинной ручкой.

Удалив форсунки из отверстий, просушите их и уберите наружные загрязнения ветошью. В отверстия форсунок заложены уплотнительные кольца. При ремонте деталей впрыска они заменяются на новые в обязательном порядке. Не допускайте, чтобы грязь с колечек попадала в систему впрыска во время снятия.

Проверка работоспособности форсунки

Существует несколько методов проверки работоспособности распылителя. Проще всего проверить форсунку на работающем моторе:

1. Запустите «движок» на холостом ходу.
2. Начинайте поочерёдно выкручивать распылители один за другим.
3. Если после снятия работа мотора ухудшилась, то удалённая форсунка исправна и её нужно вернуть на место.
4. Методом исключения Вы найдете форсунку, демонтаж которой не изменит режим работы ДДВС. Это и будет сломанное устройство.

Можно для диагностики использовать мультиметр. Заранее необходимо скинуть клеммы АКБ и отключить проводку форсунок, после чего «чекнуть» прибором каждую деталь. На форсунках высокого сопротивления значения прибора будут находиться в диапазоне 11 — 17 ом; при низком импедансе мультиметр покажет до 5 ом.

Большим преимуществом будет наличие максиметра. Прибор способен показать текущее давление, при котором срабатывает распылитель. Также поможет выявить дефекты, касающиеся угла распыления и конфигурации струи впрыска.

Устранение возможных неисправностей

Неисправную форсунку необходимо осмотреть. Сначала ищем наличие протечек в корпусе детали. Если таковых нет, приступаем к разборке детали. Крепим деталь в тисках и аккуратным простукиванием выбиваем распылитель. Далее нужна тщательная чистка: вымачиваем части форсунки в солярке или растворителе для удаления нагара. Снимаем гарь и отложения мелкой стальной тёркой. После завершения чистки нужно проверить форсунку на максиметре. Если достигнуты оптимальные параметры впрыска, устройство готово к установке в мотор.

В иных случаях необходимо полностью заменить распылитель на дефектной форсунке. При установке новой запчасти тщательно удалите всю заводскую смазку, иначе устройство не будет работать.

Если форсунка продолжает «лить» даже после замены распылителя и тщательной чистки, обратите внимание на работоспособность пружины со штифтом — возможно, они изношены. https://www.youtube.com/embed/OzXKpVukCLc

Для чистки распылителя пользуйтесь компрессором — напор воздуха выбьет труднодоступную грязь.

Установка форсунки

До демонтажа устройства сделайте метки маркером на всех деталях, чтобы избежать путаницы. Особенно внимательно размечайте шланги высокого давления. Форсунка вкручивается от руки насколько хватит сил. Дальнейшая затяжка выполняется ключом-динамометром. Значения затяжки указываются в руководстве по эксплуатации мотора. Когда установите форсунку, выкачайте воздух из топливной системы. На современных авто для этого достаточно несколько раз крутануть стартер; либо воспользуйтесь насосом ручной подкачки (при наличии).

Варианты прочистки форсунок

Следует понимать, что эффективная прочистка форсунок самостоятельно невозможна. Для этого необходимо воспользоваться специальным оборудованием.

Известно несколько способов очистки форсунок от мусора, содержащегося в топливе.

Ручная прочистка

Сегодня существует огромное количество всевозможных средств, позволяющих очистить форсунки от грязи. Они отличаются только эффективностью результата и стоимостью. Каждый препарат содержит пошаговую инструкцию проведения работ. Правда, этот вариант очистки относится к наименее эффективным и считается профилактическим.

Залитая непосредственно к горючему, жидкость перемещается по топливным каналам, очищая не только форсунки, но и все магистрали. Результатом становится скопление на цилиндрах отложений, препятствующих полноценному отходу тепла от мотора.

Механическая чистка

Промыть дизельные форсунки можно и при помощи более совершенного способа. Для него применяется то же средство, что и в первом случае. Но, теперь топливная система подключается к специальной установке, заставляющей очиститель циркулировать.

Правда этот вариант не позволяет жидкости перемещаться по топливным магистралям, что исключает накопление отложений. Эффективность от этого невелика, однако результат несколько лучше, чем при ручной чистке.

Подобная процедура позволяет значительно эффективнее использовать ресурсы очистителя, заставляя его работать на определённых участках, то есть выполнять очищение форсунок и поверхностей клапанов. Благодаря этому, отложения будут отслаиваться только с данных элементов, что исключает загрязнение цилиндров.

Ультразвуковая промывка

Относится к наиболее эффективному способу чистки на сегодня. Загрязнения с форсунок удаляется без использования жидкостей. Основой данного варианта является метод кавитации, выполняемый с использованием специального оборудования.

Дополнительная информация

Обслуживание форсунок

При обслуживании каждую форсунку отрегулировать на давление начала впрыскивания 26,5 +0,8 МПа (270 +8 кГс/см 2 ). Регулировку рекомендуется производить на специальном стенде, удовлетворяющем требованиям ГОСТ 10579-88. Давление начала впрыскивания регулируется винтом при снятом колпаке форсунки и отвернутой контргайке. При ввертывании винта давление повышается, при вывертывании — понижается.

Для проверки герметичности распылителя по запирающему конусу иглы и отсутствия течей в местах уплотнений линий высокого давления необходимо создать в форсунке давление топлива на 1–1,5 МПа (10–15 кГс/см 2 ) ниже давления начала впрыскивания. При этом в течение 15 секунд не должно быть подтекания топлива из распыливающих отверстий; допускается увлажнение носика распылителя без отрыва топлива в виде капли. Герметичность в местах уплотнений линии высокого давления проверить при выдержке давлением в течение 2-х минут; на верхнем торце гайки распылителя (при установке форсунки под углом 15° к горизонтальной поверхности) не должно образовываться отрывающейся капли топлива.

Подвижность иглы можно проверить прокачкой топлива через форсунку, отрегулированную на заданное давление начала впрыскивания на опрессовочном стенде, при частоте впрыскивания 30–40 в минуту. Допускается подвижность иглы проверять одновременно с проверкой качества распыливания.

Проверка качества распыливания

Качество распыливания необходимо проверять на опрессовочном стенде прокачкой топлива через форсунку, отрегулированную на заданное давление начала впрыскивания при частоте 60-80 впрыскиваний в минуту. Качество распыливания считается удовлетворительным, если топливо впрыскивается в атмосферу в туманообразном состоянии и равномерно распределяется как по всем струям, так и по поперечному сечению каждой струи. Начало и конец впрыскивания при этом должны быть четкими. После окончания впрыскивания допускается увлажнение носика распылителя без образования капли. Впрыскивание топлива у новой форсунки сопровождается характерным резким звуком. Отсутствие резкого звука у бывших в эксплуатации форсунок не означает снижения качества их работы.