Лучше раз увидеть и убедиться! ... Чем предполагать и сомневаться. Существует достаточно устойчивая зависимость между количеством непроверенных гипотез о возможных причинах неисправности и объемом имеющегося диагностического оборудования. Разумеется, эта зависимость обратно пропорциональная. Часто после того, как при помощи мотортестера и сканера проверены основные элементы системы управления, необходима проверка исполнительных элементов, в том числе форсунок. Следствием неудовлетворительного состояния форсунок могут быть: • затрудненный запуск двигателя и его неустойчивая работа (особенно на холостом ходу); • повышенный расход топлива; • потеря мощности и ухудшение динамики; • появление детонации вследствие обеднения смеси и повышения температуры в камере сгорания; • «пропуски» воспламенения; • «хлопки в выхлопной трубе» и т.д. Форсунки как элементы системы управления (которые по праву могут называться «инжекторами») бывают двух основных типов - механические и электромагнитные. Примерно с 1993 года автопроизводители отказались от использования механических форсунок ввиду появления более жестких требований к токсичности отработавших газов и, соответственно, к качеству приготовления топливно-воздушной смеси. Надо заметить, что рабочие параметры механических форсунок изменяются в процессе эксплуатации. Это обусловлено изменением жесткости возвратной пружины, а также состоянием седла и запорного клапана. Электромагнитные форсунки активизируются электрическим током, а не давлением топлива, как механические. Конструкция электромагнитной форсунки: Поэтому некоторое изменение жесткости возвратной пружины не оказывает существенного влияния на процесс дозирования. Современные электромагнитные форсунки изготавливаются с допусками в 1 мкм и способны проработать до миллиарда циклов. Основной причиной нарушения их работы является загрязнение в процессе эксплуатации, хотя на пути механических частиц стоят топливные фильтры, отсеивающие частицы крупнее 10-20 мкм. Они устанавливаются в топливной магистрали и в самой форсунке. Главной причиной загрязнения является неизбежное присутствие тяжелых фракций в составе бензина. Наиболее интенсивно накопление отложений происходит сразу после остановки двигателя. В это время температура корпуса форсунки возрастает за счет нагрева от горячего двигателя, а охлаждающее действие потока бензина отсутствует. Легкие фракции бензина в рабочей зоне форсунки испаряются, а тяжелые накапливаются в виде лаковых отложений, уменьшающих сечение калиброванного канала. К примеру, слой отложений толщиной 5 мкм может изменить пропускную способность этого канала на 25%! Возникает два вопроса: 1. Как проверить работу форсунок? 2. Каким образом очистить загрязненные форсунки? Что будем проверять? Начнем с механических форсунок. Проверку необходимо проводить по следующим параметрам: • герметичность; • давление начала открытия; • качество распыления топлива; • сравнительная производительность форсунок из одного комплекта. Первые три параметра можно проверить при помощи специального стенда, состоящего из ручного насоса, манометра и переходников. Четвертый можно попытаться проверить прямо на автомобиле, но тогда в процесс будет вовлечен дозатор - распределитель топлива, и тест окажется некорректным. Дополнительно возникнет множество проблем. Во-первых, это опасность пожара, а также неприятные «мелочи» в виде жестких металлических топливных магистралей, неудобства размещения измерительных колб и т.д. Идеальное решение - использование специального стенда, способного испытывать одновременно комплект форсунок в условиях, близких к реальным. Работу электромагнитных форсунок можно оценить по следующим параметрам: • герметичность; • качество распыления топлива; • производительность; • сравнительная производительность форсунок из одного комплекта. Состояние электромагнитных форсунок в системах одноточечного впрыска можно оценить визуально (качество распыления и герметичность), т.к. форсунка расположена над дроссельной заслонкой. Тест сравнительной производительности электромагнитных форсунок систем распределенного впрыска можно провести прямо на автомобиле при помощи комплекта для измерения давления топлива и тестера электромагнитных форсунок. Активизируя форсунки по очереди и регистрируя падение давления в топливной рампе, можно косвенно оценить разницу в производительности.* К сожалению, точность данного метода невысока и не позволяет объективно оценить качество распыления и герметичность. Как проверять. Для того, чтобы точно оценить состояние форсунок, необходимо специальное оборудование - установка для проверки и ультразвуковой очистки форсунок. Механические форсунки (системы K- и KE-Jetronic). Установив форсунки на распределительную рампу при помощи соответствующих адаптеров и подняв давление тестовой жидкости до величины остаточного давления в системе, проверяется герметичность комплекта форсунок. Затем, постепенно повышая давление, регистрируем давление начала открытия для каждой из них. И, наконец, установив время проведения теста и рабочее давление, соответствующее определенному режиму работы двигателя, сравниваем производительность и оцениваем качество распыления. Таким образом, можно проверить работу форсунок на холостом ходу, в режиме частичных нагрузок и т.д. Одновременно сравнивают их производительность. Электромагнитные форсунки. Герметичность таких форсунок проверяется иначе. В распределительной рампе создается давление, немного превышающее максимальное для данной системы топливоподачи. Качество распыления и относительная производительность оцениваются при давлении тестовой жидкости, равном системному для конкретной модели двигателя. При этом для имитации реальных режимов работы двигателя имеется возможность выбора параметров тестирования: числа оборотов, времени впрыска и длительности теста. Подключив к установке стробоскоп, можно также оценить синхронность срабатывания форсунок. Существует большое количество форсунок, отличающиеся как принципом действия, так и присоединительными размерами. Сейчас только фирма Bosch производит более 1000 моделей. Очевидно, что установка для тестирования и очистки форсунок должна быть совместима с различными типами форсунок как с верхней, так и с боковой подачей топлива. Для этого ее комплектуют различными адаптерами. Различные исполнения электромагнитных форсунок: Как очистить? Химический метод очистки топливных форсунок без демонтажа достаточно известен. Однако не всегда применение этого метода приносит желаемые результаты. Тогда применяют другой способ более радикальный. Это - использование ультразвука. Форсунки предварительно демонтируют и помещают в специальную ванну. Под воздействием ультразвуковых колебаний частички жидкости каждую секунду совершают возвратно-поступательное движение с частотой генератора. Но из-за инерционности происходит не только перемещение микрообъемов жидкости с резкими изменениями ускорения, но и скачкообразное изменение давления в них. Рабочая жидкость как бы «бомбардирует» поверхность очищаемого изделия и срывает с неё частички грязи. Такое интенсивное движение раствора усиливает размельчение частичек грязи в рабочей жидкости. Наиболее примечательным при этом является то, что полная очистка от загрязнений при помощи ультразвука достигается даже в самых узких углублениях и отверстиях очищаемого изделия. Форсунки погружают дозирующей частью в ванну, устанавливая их на специальный держатель. Важно, чтобы они находились в подвешенном состоянии, постоянно омываясь очищающей жидкостью при воздействии ультразвуковых колебаний. Если форсунки будут касаться дна ванны, то это может привести к преждевременному выходу из строя ультразвукового генератора. После очистки в ультразвуковой ванне производят так называемую «обратную промывку». Для этого извлекают из них входные фильтры и при помощи специальных адаптеров устанавливают в установку. Остатки загрязнения вымываются тестовой жидкостью в обратном направлении. И снова проверка! А как же, очистка должна заканчиваться контролем качества. Иногда, для достижения приемлемого качества, процесс очистки приходиться повторять несколько раз. Использование установки для тестирования и УЗ-очистки позволяет оценить объективные характеристики форсунок. Применяемый способ очистки дает возможность избежать замены дорогостоящих форсунок. Кстати, ультразвуковая очистка применима не только к форсункам... Подробнее ознакомиться с методикой использования установки для тестирования и очистки форсунок бензиновых двигателей можно в нашей компании. Причины загрязнения форсунок. Методы тестирования и очистки. Если предположить, что среднестатистический автомобиль потребляет порядка 10 литров топлива на каждые 100 км пробега и в течение своей "жизни" пробегает хотя бы 250 000 км, то легко посчитать какое количество бензина проходит через его топливную систему. 250 000 / 100 х 10 = 25 000 литров. Немудрено, что с таким количеством топлива в систему попадает и значительное количество загрязнений. Со временем характеристики топливоподающей аппаратуры ухудшаются из-за появления на стенках ее элементов различных загрязнений. На пути механических загрязнений стоят топливные фильтры, отсеивающие частицы крупнее 10-20 микрон. Они устанавливаются в топливной магистрали и в самой форсунке. Своевременно заменяя фильтры и применяя при этом изделия гарантированного качества можно предотвратить загрязнение механическими частицами. Однако основной вклад в загрязнение топливной системы вносит, как ни странно само "чистое" топливо. Воск, гудроны и олефины попадают в систему в составе бензина, осаждаясь на стенках топливных магистралей, регуляторах давления и, конечно, форсунках. Последние страдают от этих отложений в большей степени. На седлах форсунок и на концах запорных элементов со временем появляются твердые смолистые отложения. Они – причина ухудшения эксплуатационных характеристик а иногда и полного отказа форсунок. А образуются отложения довольно просто. После остановки горячего двигателя из пленки топлива, оставшейся на штифтах и внутренних поверхностях распылителей, что ниже запорного клапана, испаряются легкие фракции. Тяжелые же остаются на деталях, ведь смывать их в это время нечем – свежие порции топлива не поступают к распылителю, и запорные клапаны форсунок закрыты. К тому же в этот момент отсутствует охлаждение топливом. Корпус форсунки дополнительно нагревается, получая тепло от горячей головки блока цилиндров через впускной коллектор, ускоряя процесс выпаривания. Из оставшихся тяжелых фракций и образуются смолистые отложения. Накапливаясь, они препятствуют запорному конусу плотно сесть на седло, вследствие чего нарушается герметичность форсунки. Остаточное давление топлива в рампе после остановки мотора сохраняется. Оно потихоньку проталкивает бензин через негерметичный клапан, и процесс закоксовывания идет интенсивнее. Потеря герметичности осложняет запуск двигателя ввиду отсутствия давления в топливной магистрали и возможности образования паровых пробок. Кроме того, с потерей герметичности ухудшается отсечка топлива. Вместо того, чтобы резко оборвать факел, отправив всю порцию во впускной канал, окончание впрыска происходит плавно. Последние капли его не могут "выстрелить", а беспомощно повисают на распылителе. Проходное сечение сопла форсунки – кольцевая щель, образованная корпусом распылителя и запорным клапаном. С появлением отложений просвет "зарастает" и уменьшается. Соответственно уменьшается и количество топлива, дозируемого форсункой за каждый рабочий такт. Если система управления не имеет обратной связи, то изменение пропускной способности форсунок приведет к обеднению рабочей смеси. Последствия этого проявятся в снижении мощности, появлению детонации и т.д. Если на автомобиле установлена система с обратной связью по сигналу Лямбда-зонда, то она сможет при небольшом изменении производительности скомпенсировать это изменение путем увеличения времени впрыска. Однако у такого увеличения есть предел, называемый пределом регулировки. Более того если даже средняя производительность комплекта форсунок снизится ненамного, но разница между отдельными форсунками будет значительна, это приведет к неудовлетворительной работе системы. В современных системах управления двигателем пока нет достаточно быстрой обратной связи, позволяющей корректировать время впрыска для каждой форсунки индивидуально. К тому же многие системы применяют попарный или одновременный тип впрыска, при котором несколько форсунок управляются ECU одним выходным ключом. Нарушается и форма факела – значит, часть топлива попадет не в просвет впускного канала, а, к примеру, на стенки впускного коллектора. Таким образом топливо поступит в цилиндр не в виде однородной смеси а в виде топливной пленки. А еще отложения ухудшат однородность распыления. Из форсунок полетят крупные капли, не успевающие испариться, перемешаться с воздухом и, стало быть, сгореть в цилиндрах. Подведем итог - загрязнение форсунок может вызвать: • нарушение герметичности снижение производительности, • ухудшение качества распыления топлива, • значительный разброс производительности между отдельными форсунками комплекта. В результате – знакомые многим владельцам основные симптомы: • затрудненный запуск двигателя, • неустойчивая работа (особенно на холостом ходу), • провалы при разгоне, • повышенный расход топлива, • потеря мощности и ухудшение управляемости, • появление детонации вследствие обеднения смеси и повышения температуры в камере сгорания, • пропуски воспламенения, • «Хлопки в выхлопной трубе». Производители аппаратуры пытаются воспрепятствовать появлению отложений. Для этого совершенствуют конструкцию форсунок, применяют новые материалы, достигают очень высокой точности изготовления. Нефтяные компании выпускают высококачественные бензины с моющими присадками. И все же форсунки приходится чистить, особенно если пробег автомобиля превышает 100 тыс. км и сопряжен с эксплуатацией на низкокачественном бензине, богатом тяжелыми фракциями. Кстати, именно поэтому следует избегать использования топлива из многомесячных запасов, хранящихся в бочках или канистрах. Выпавшие из него смолы быстрее забивают фильтры и оседают на распылителях, ускоряя образование отложений. Значительно реже встречается другая причина неудовлетворительной работы форсунок – загрязнение входных фильтров. Входные фильтры форсунок относительно небольших размеров и призваны лишь гарантировать чистоту топлива, поступающего в форсунки, отсекая особо мелкие включения, проникшие через магистральный фильтр тонкой очистки топлива. Поглощающая способность их невелика, а засорившись, они оставляют форсунки на голодном пайке. Чтобы этого не допустить, нужно внимательно следить за состоянием фильтра тонкой очистки топлива и не "заливать". Существует два основных типа форсунок – механические и электрические. Примерно с 1993 года автопроизводители отказались от использования механических форсунок ввиду более жестких требований к токсичности выхлопа и, соответственно, к качеству приготовления топливно-воздушной смеси. Надо заметить, что рабочие параметры механических форсунок изменяются в процессе эксплуатации. Это обусловлено изменением жесткости возвратной пружины, а также состояния седла и запорного клапана. Современные электромагнитные форсунки изготавливаются с допусками 1 микрон и способны работать до миллиарда циклов. Основной проблемой для них является загрязнение в процессе эксплуатации. Наибольшую интенсивность накопление отложений имеет сразу после остановки двигателя. В это время температура корпуса форсунки возрастает за счет нагрева от горячего двигателя – охлаждающее действие потока бензина отсутствует. Легкие фракции бензина в рабочей зоне форсунки выпариваются, а тяжелые превращаются в лаковые отложения, которые изменяют сечение калиброванного канала. К примеру, 5-микронные отложения могут изменить пропускную способность этого канала на 25%! Возникает два вопроса: Каким образом можно проверить работу форсунок? Каким образом восстановить загрязненные форсунки? Тестирование и очистка форсунок. Практика. Для полноты эксперимента определим некоторые параметры до и после очистки форунок для определения эффективности. Параметры, которые могут измениться в результате очистки форсунок - это состав выхлопных газов, время впрыска (для одного и того же режима - если а/м имеет обратную связь) и разряжение во впускном коллекторе. Осматриваем расположение топливной рампы. нам повезло - добраться до нее весьма удобно (на Вольво 740/940 с элетромагнитными инжекторами, добраться до нее еще проще) . Для удобства доступа к топливной рампе демонтируем воздушный фильтр. Аккуратно отстыковываем электрические разъемы от форсунок и освобождаем жгут проводов форсунок от дополнительных точек крепления. Отводим жгут в сторону, чтобы он не мешал демонтажу топливной рампы. Ослабляем хомут и снимаем корпус воздушного фильтра, не забыв отстыковать разъем датчика температуры воздуха. Отворачиваем гайки крепления топливной рампы к впускному коллектору (на 740/940 3 болта) ... и аккуратно извлекаем рампу вместе с форсунками. Сейчас форсунки удерживаются в рампе только на уплотнительных кольцах. На некотрых автомобилях форсунки удерживаются в рампе при помощи специальных скоб (например 740/940). Аккуратно (чтобы не повредить резиновые уплотнения) извлекаем форсунки из топливной рампы. Вынимаем уплотнительные кольца из отверстий в коллекторе и осматриваем на предмет повреждений (на 740/940 колечки остаются на форсунках). Поврежденные уплотнения меняем на новые. Хорошее правило - иметь комплект расходных материалов. Прежде, чем что- либо разбирать, убедитесь, что есть чем заменить поврежденные детали! Перед тестированием и очисткой в ультразвуковой ванне отмываем форсунки снаружи от "большой" грязи, чтобы продлить срок службы промывачной жидкости. Извлекаем входные фильтры форсунок и продуваем их сжатым воздухом под небольшим давлением. Процедуру продувки применяем также каждый раз при смене режима тестирования на очистку и наоборот. Надо стаоаться, чтобы тестовая и промывочная жидкости не смешивались. Извлечение входных фильтров на этой машине не составило труда - фильтры имеют выступающую поверхность, за которую легко зацепиться. С фильтрами других типов сложнее - нужен специальный инструмент. Входные фильтры загрязняются редко - в основном при использовании некачественных топливных фильтров или несвоевременной их замене. Эти фильтры имеют весьма опрятный внешний вид. При отсутствии специального инструмента для извлечения входных фильтров форсунок, используем "народные средства". Подбираем подходящий по размеру саморез. Действуя осторожно и аккуратно, вкручиваем его внутрь фильтра, не разрушая его. Затем, потянув пассатижами за головку самореза... ...и извлекаем его вместе с фильтр. Потренировавшись, можно научиться извлекать фильтры, не повредив их. Этой форсунке повезло меньше - она "питалась" чем попало. В фильтре присутствуют следы маслянистой жижи... Разнообразие типов форсунок требует применения различных адаптеров для подсоединения к топливной рампе при тестировании. В базовый комплект нашей установки Launch CNC-801 входят адаптеры для тестирования механических форсунок (системы K- и KE-Jetronic)- 2 типа, электромагнитных форсунок с верхней подачей топлива - 2 типа и электромагнитных форсунок с боковой подачей топлива - 8 типов. То, что надо для универсального автосервиса! Кстати сказать, конструкция топливной рампы этой установки такова, что если нам и встретятся форсунки с боковой подачей топлива , для которых не подойдет ни один из имеющихся адаптеров, то изготовить их сможет любой квалифицированный токарь. Форсунки могут также отличаться и сопротивлением электрической обмотки. В СNC-801 реализован принцип адаптивного управления и нам нет необходимости обращать внимание на возможные отличия. В более простых установах необходимо будет измерить электрическое сопросивление обмотки и установить соответствующее ему напряжение. Перед установкой форсунок на топливную рампу обязательно надо смазать уплотнительные кольца, чтобы не повредить их. Проще всего это сделать при помощи WD-40. Первый этап тестирования - проверка герметичности форсунок. Устанавливаем давление немного выше рабочего и запускаем тест "Sealing". По истечении времени теста (60 сек.) установка сама завершит выполнение теста. Разные производители предьявляют разные требования к проведению этого теста. Например, Toyota считает допустимым появление не более одной капли топлива в течение одной минуты. На рисунке нетипичный случай - при изменении режима тестирования клапан одной из форсунок "залип". При переходе в другой режим он встал на место. Позже во всех режимах форсунка вела себя вполне адекватно. Обычно негерметичность форсунки проявляется в образовании капель... Далее проверяем качество распыла топлива форсунками. Для отого предусмотрен режим "Spraying". Форма факела распыла зависит от конструкции форсунок. У штифтовых форсунок - это конус. Допустимо появление отдельных струй, однако важно, чтобы факелы у всех форсунок были одинаковыми и топливо распылялось на мелкие частички без образования крупных капель. Факел распыла 3-ей форсунки немного отличается от остальных. А что с производительностью? Разброс производительности форсунок напрямую влияет на работу двигателя - ведь в современных системах управления нет такой обратной связи, которая смогла бы скомпенсировать его. Обратная связь по сигналам лямбда-зондов работает по усредненному для всех цилиндров составу выхлопных газов. Для того, чтобы регулировать смесь для каждого цилиндра надо иметь громоздкую выхлопную систему и лямбда зонды для каждого цилиндра. Гораздо проще и дешевле поддерживать форсунки в чистом исправном состоянии. Результаты замеров разброса производительности нас тоже удовлетворяют - максимальный разброс равен 6%. (100 - 94) / 100 = 6% Для того, чтобы иметь максимальную точность, старайтесь, чтобы по окончанию теста уровень жидкости в самой полной колбе соответствовал максимальному делению измерительной шкалы. Да и считать будет проще! Дальше - очистка. Устанавливаем форсунки на специальный аппликатор и наливаем в ванну чистящую жидкость - так чтобы уровень ее был выше, чем дозирующая часть форсунок. Для нашей ванны потребуется примерно 0,6 литра чистящей жидкости. Подключаем электрические разъемы - форсунки должны открываться во время очистки. После процедуры "купания" в ультразвуковой ванне внешний вид форсунок значительно улучшился. Однако борьба с внешним загрязнением - не наша цель. Только при помощи ультразвука возможна эффективная очистка внутренних полостей. Этим обстоятельством мы и воспользовались. А для того, чтобы проверить качество очистки, протестируем форсунки еще раз. Форма факелов распыла тоже изменилась - теперь у всех форсунок они практически одинаковы. Проверяем баланс производительности. Результат - как в учебнике! Аккуратно в обратной последовательности возвращаем форсунки на их штатное "рабочее место" - автомобиль. При необходимости заменяем резиновые уплотнительные колечки. Обязательно смазываем их перед установкой. После завершения сборки проверяем герметичность системы. На большинстве а/м достаточно включить-выключить пару раз зажигание, чтобы бензонасос создал в системе рабочее давление. Внимательно осматриваем систему питания на предмет обнаружения утечек топлива. Если все герметично, подключаем сканер, запускаем и прогреваем двигатель. После срабатывания вентилятора дожидаемся его отключения и просматриваем текущие параметры. Обращаем внимание, что среднее значение времени впрыска в режиме холостого хода уменьшилось с 2,9 до 2,8 мс. Это хороший признак.