Неисправные форсунки и их влияние на работу дизельного двигателя / Дизоника
Как известно, любая деталь автомобиля имеет свой ресурс, и дизельные форсунки так же не являются исключением. Даже при условии использования качественного дизельного топлива и своевременной замены фильтров распылитель и форсунка в целом рано или поздно выйдет из строя. В большей мере это обуславливается крайне жесткими условиями работы – высокая температура, высокое давление (в современных двигателях давление впрыска достигает 2000 и более бар) и механические нагрузки. Так, к примеру, при частоте вращения двигателя с механической системой впрыска 2000 об/мин игла распылителя поднимается и с ударом садится на свое посадочное место около 17 раз в секунду (для электронной системы впрыска Common Rail имеющей дробный впрыск это значение может вырасти в разы). Как следствие, на запорном конусе распылителя наблюдается усталость металла, сопровождающаяся износом и выкрашиванием.
В свою очередь это приводит к таким дефекта распылителя: падение рабочего давления впрыска; ухудшение качества распыла (распылитель «льет»), потеря герметичности распылителя; зависание иглы распылителя; потеря герметичности по направляющей цилиндрической части иглы распылителя.
Рассмотрим подробнее, что из себя представляет каждый из этих дефектов, и какое влияние на работу двигателя в целом они оказывают.
- 1. Падение рабочего давления впрыска.
Давление начала впрыска форсунки настраивается на определенное значение для каждой конкретной модели дизельного двигателя. В процессе эксплуатации величина этого давления неизбежно снижается по причине износа запирающего конуса, хвостовика иглы распылителя, упора иглы, торцов крайних витков пружины форсунки, упора регулировочного винта или пакета регулировочных шайб, а так же просадки пружины.
Наиболее интенсивное уменьшение давления происходит в течение первых 1000 моточасов работы новой форсунки. В дальнейшем наблюдается более замедленное падение давления начала впрыскивания топлива. В результате экспериментальных исследований установлено, что при отклонении давления начала впрыскивания от номинального значения на 6,0-7,0 МПа расход топлива возрастает на 20-25 %.
Причин этому может быть несколько.
При снижении давления впрыска уменьшается общее гидравлическое сопротивление системы плунжер-нагнетательный клапан-линия высокого давления- форсунка-распылитель в следствии этого возрастает цикловая подача секции – немного увеличивается количество топлива, подаваемого в цилиндр двигателя.
Так же пониженное давление приводит к небольшому смещению угла опережения впрыска топлива (УОВТ) в сторону более раннего, что так же негативно сказывается на работе дизеля и при очень сильно заниженном давлении может вызвать детонационный эффект.
Данных дефект так же изменяет форму факела распыла – это приводит к ухудшению смесеобразования и сгорания топлива в цилиндре двигателя (капли топлива становятся более крупными, а мощности струй не хватает для качественного перемешивания с воздухом в камере сгорания). Это приводит к снижению мощности двигателя, увеличению расхода топлива и появлению токсичного черного или сизого выхлопа.
При появлении подобных симптомов форсунки необходимо проверить и ели надо отрегулировать на нужное давление при помощи регулировочного винта или пакета регулировочных шайб.
Проверка и регулировка форсунок осуществляется при помощи специального стенда.
Во время эксплуатации допустимо падение давления не более чем на 10% от величины правильно настроенного давления впрыска для данного конкретного двигателя.
- 2. Нарушена герметичность по запирающему конусу (распылитель «льет»).
При значительной степени износа запирающего конуса теряется герметичность распылителя, в этом случае часто говорят что распылитель «льет». При этом распыление на столько ухудшается, что вместо факелов туманообразного топлива наблюдаются ярко выраженные струи. Ни о каком нормальном смесеобразовании и сгорании топлива в цилиндре двигателя в этом случае не может идти речи. Так же отсутствует четкое окончание впрыска, топливо подтекает из распылителя, когда температура и давление в цилиндре уже значительно снижены.
В этом случае двигатель сильно теряет в мощности, расход растет катастрофически, наблюдается густой черный дым на выхлопе, возникают проблемы с запуском двигателя.
Так же может начать расти уровень масла в поддоне двигателя из-за протекания в него несгоревшего топлива.
Исправить этот дефект можно только заменой распылителя на новый. Никакая промывка и прочистка в этом случае не поможет, а притирка и восстановление никогда не вернет распылителю качества заводского.
- 3. Зависание иглы распылителя.
При загрязнении дизельного топлива водой, механическими или иными примесями игла распылителя форсунки может «зависнуть», то есть заклинить в открытом или закрытом положении.
При зависании в открытом положении топливо попадает в цилиндр двигателя в большом количестве, причем в совершенно ненадлежащем качестве и не в нужный момент. Из-за этого оно не сгорает, двигатель работает неровно, троит, из выхлопной трубы выбрасываются клубы черного и белого дыма. Может наблюдаться стук и детонация. Уровень масла в поддоне обычно растет за счет протечки несгоревшего толпива.
Если распылитель зависает в закрытом положении, топливо не может через него попасть в цилиндр.
В этом случае так же необходима замена распылителя на новый.
- 4. Потеря герметичности по цилиндрической направляющей иглы распылителя.
Пара игла-корпус распылителя хоть и является прецизионным изделием, в ней все таки имеется зазор, необходимый для обеспечения нормальной подвижности иглы. В процессе работы форсунки через этот зазор происходит утечка небольшого количества топлива, отводимого через «обратку» в дренажную систему.
В процессе эксплуатации в результате износа этот зазор увеличивается, количество отводимого в дренаж топлива так же растет, и однажды достигнет настолько большой величины, что особенно на холостых оборотах двигателя значительная часть цикловой подачи ТНВД будет попадать не в цилиндр двигателя, а в «обратку» форсунки.
Это выражается в пропусках воспламенения в цилиндре и «троении» двигателя.
Выявить этот дефект так же можно только на специальном стенде для проверки форсунок, а устранить заменой распылителя в сборе.
Параметры форсунок | Lechler
Основными функциональными и эксплуатационными параметрами форсунок являются объемный расход, давление, угол раскрытия, распределение жидкости, сила удара, а также размер и скорость капель.
Расход, давление и угол раскрытия
Расход и угол раскрытия зависят от исходного давления и вязкости распыляемой среды. Измерение указанного в каталоге расхода жидкости выполняется с высочайшей точностью при помощи расходомера.
Угол раскрытия определяется оптически сразу после выхода из форсунки. Однако при увеличении расстояния распыления более правильно определять значения ширины факела, т. е. диаметра струи, в зависимости от расстояния струи до контактной поверхности. В зависимости от рабочего давления на характеристики струи и тем самым на размер контактной поверхности влияют потери на трение и потери воздуха, а также баллистические факторы.
Давление (p) — это давление выше атмосферного на входе жидкости в форсунку. Если распыление осуществляется под противодавлением, объемный расход будет зависеть от дифференциального давления. Максимальное и минимальное давление зависит от требуемого качества струи.
Распределение жидкости
Равномерное распределение распыляемой жидкости имеет особое значение в процессах нанесения покрытий. Мы разработали специальные методы, которые, посредством электронной обработки изображений, позволяют невероятно быстро и точно получать воспроизводимые результаты испытаний.
При этом погрешность измерений составляет ± 1 %. Эти результаты документируются и предоставляются нашим заказчикам для последующего планирования и конструирования. Таким образом заранее можно гарантировать, что форсунки Lechler будут выполнять определенные требования к распылению и могут с высокой точностью функционировать в реальном процессе.
Сила удара
В ходе измерения силы удара через факел форсунки с определенной скоростью проходит высокочувствительный датчик.
Действующее на этот датчик значение преобразуются в электрический показатель и сохраняется на компьютере.
Измерения распределения силы удара отображают равномерность действия форсунки на обрабатываемую поверхностю. Эти данные имеют особую практическую пользу при работе с высоким давлением, так как в данном случае необходимо максимальное преобразование энергии насосов в эффективную очистку поверхности.
Сила удара (импект), т. е. воздействие форсунки на поверхность, определяется различными способами. При оценке эффективности форсунок значение силы удара [Н/мм2] является наиболее информативным параметром и нашло очень широкое применение.
Малую силу удара можно получить при использовании полноконусных форсунок или плоскофакельных форсунок с большим углом раскрытия (120°).
Большую силу удара обеспечивают плоскофакельные форсунки с более узким углом раскрытия (15° — 60°).
Максимальную сила удара имеют плоскофакельные форсунки, применяющиеся во множестве процессов очистки поверхностей под высоким давлением, в том числе гидросбив окалины.
Размер и скорость капель
Для многих областей применения требуется знание капельного спектра форсунки. Одним из самых точных измерительных приборов для определения этого параметра является лазерный допплеровский анализатор частиц. Так как при помощи этого метода измерения измеряется как размер капель, так и их скорость, мы получаем полное описание характеристики распыления.
Так как различные формы струи не разделяются на капли одинакового размера, мы документируем распределение размера капель с указанием заутеровского диамтера d32. Из этого наиболее часто используемого в измерительных технологиях показателя, в зависимости от конструкции форсунки, можно выводить другие определения размера капель, например среднее арифметическое d10, средний диаметр потока MVD, логарифмическое стандартное отклонение LS и другие измеряемые величины, необходимые для полного описания измеряемого капельного спектра.
Вид распыления
Какой вид распыления максимально подходит для Вашего процесса? Какие виды распыления существуют?
Тип распыления
Принцип работы каплеотделителя
Особое значение тема каплеотделения получила в связи с ужесточением официальных предписаний по охране окружающей среды, обязывающих существенно снизить выброс остаточных вредных веществ из мокрых газоочистителей.
Каплеотделители Lechler улучшают технологические процессы.
Принцип работы каплеотделителя
Дизельные топливные форсунки
Система впрыска Common Rail существует уже давно, но за последнее десятилетие она стала более популярной в дизельных двигателях. Чтобы двигатель работал чище, нужно сделать его более эффективным.
Одна вещь, которая была обнаружена при впрыске дизельного топлива, заключается в том, что чем выше давление впрыска, тем выше эффективность. Целью системы впрыска Common Rail является подача топлива под высоким давлением к форсунке. Топливо в системе Common Rail будет впрыскиваться в камеру сгорания через сопло форсунки под давлением до 28 000 фунтов на квадратный дюйм. Это далеко от механических систем прошлого, которые впрыскивали топливо в камеру сгорания под давлением от 2000 до 3000 фунтов на квадратный дюйм.
Когда дизельное топливо впрыскивается под высоким давлением, можно только представить разницу в распылении топлива.
Распыление топлива, наряду с завихрением по левому борту, является самым большим фактором, влияющим на эффективность современных дизельных двигателей. Повышенное распыление топлива при впрыске Common Rail также привело к изменениям конструкции поршня и камеры сгорания, а также конструкции впускных каналов и клапанного механизма.
Для впрыска дизельного топлива под высоким давлением вам понадобится уникальный насос, известный как топливный насос высокого давления. Насос обычно устанавливается на двигателе и приводится в движение зубчатой передачей двигателя. Регулятор регулирует величину давления, создаваемого насосом. Регулятор, также известный как клапан дозирования топлива, регулирует количество топлива, которое всасывает топливный насос высокого давления.
Несмотря на то, что двигатель приводит в действие насос высокого давления, насос будет создавать необходимое высокое давление независимо от частоты вращения двигателя. После создания давления в насосе топливо накапливается в топливных рампах.
Топливные рампы представляют собой аккумуляторы для топлива под высоким давлением, которое должно подаваться к форсункам по ответвляющимся от них трубопроводам. Топливные рампы также гасят вибрации от топливного насоса высокого давления и циклов впрыска от форсунок.
Внутри топливной рампы находится датчик давления в топливной рампе, который считывает давление в топливной рампе для модуля управления силовым агрегатом (PCM). PCM использует входной сигнал от датчика давления в топливной рампе, чтобы определить, насколько открыть топливный регулятор. Если требуется большее давление, PCM дает команду регулятору открыться для подачи большего количества топлива насосом высокого давления.
Клапан регулировки давления в топливной рампе также регулирует подачу топлива под высоким давлением в топливную рампу. Клапан регулирования давления обычно размещается в конце топливной рампы, где он будет открываться или закрываться PCM для точного контроля давления внутри топливной рампы. Это помогает поддерживать оптимальное давление топлива в топливной рампе для подачи на форсунки для различных требований, предъявляемых к двигателю.
На случай ненормального скачка давления топлива внутри топливной рампы также есть ограничитель давления в топливной рампе. Если давление топлива по какой-то странной причине выйдет из-под контроля, ограничитель откроется, позволяя избыточному давлению вернуться в топливный бак.
Когда топливо под высоким давлением проходит по рампе и магистралям, оно попадает в форсунку, которой управляет PCM. Когда PCM дает команду форсунке открыться, топливо поступает в форсунку и направляется через некоторые сложные каналы в форсунке, ведущие к наконечнику форсунки.
Наконечник форсунки имеет микроскопические отверстия, через которые топливо будет подаваться в виде очень тонкого тумана. Размер капель топлива, направляемого через наконечник, примерно в 7 раз меньше человеческого волоса. Форсунки могут приводиться в действие приводом соленоидного типа или пьезоэлектрическим устройством.
Форсунки с соленоидным приводом существуют уже некоторое время, но были заменены на пьезоэлектрические.
Пьезо — это тип кристалла, который имеет тонкую пластину и обычно укладывается друг на друга. Эти стопки пьезокристаллов при подаче питания от ПКМ расширятся и откроют клапан инжектора, а его срабатывание происходит в 4 раза быстрее, чем соленоид.
PCM использует входные данные от датчиков на двигателе для управления исполнительными механизмами, которые контролируют подачу топлива. Подача топлива зависит от требований к двигателю, таких как величина наддува, положение дроссельной заслонки, температура двигателя и т. д. При использовании системы Common Rail за цикл сгорания может выполняться несколько впрысков. Это также может быть полезно при запуске в холодную погоду.
Использование системы Common Rail дало дизельному двигателю множество преимуществ. Этими преимуществами являются более высокое давление впрыска для повышенного распыления топлива, многократный впрыск за цикл сгорания и более надежное давление независимо от частоты вращения двигателя.
Почему давление впрыска дизельных двигателей такое высокое? — Auto Expert Джона Кадогана
Недавно в другом отчете я прокомментировал запредельно высокое давление в топливной рампе современного дизельного двигателя с общей топливной рампой, которое обычно работает при давлении около 2000 атмосфер.
Это невероятно много. Затем я получил обратную связь, правильно:
Итак, давайте разберемся, почему это так.Я помогу вам сэкономить ТЫСЯЧИ на ЛЮБОМ НОВОМ ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ. Нажмите ЗДЕСЬ >>
Расшифровка
Его королевское величество Рим (вверху) говорит о давлении в современной дизельной топливной рампе. И да, я уверен в этом. Конечно же, он ленивый орешек — за то, что не смог провести даже базовое онлайн-исследование с помощью Google и Википедии. Просто еще один третьеразрядный интеллектуально ленивый неудачник.
2000 атмосфер, в целом правильно. Это огромный. Некоторые двигатели рассчитаны на давление до 3000 атмосфер. Итак, по сути, вот почему, если вы когда-нибудь задумывались:
РАБОЧАЯ СКОРОСТЬ
Если вы думаете о дизельном двигателе, скажем, на 3000 об / мин. Это 50 оборотов в секунду. 50! Два оборота за цикл — каждый цикл включает в себя всасывание, сжатие, удар, удар. Как порнография, только горячее и намного быстрее.
Весь цикл занимает 1/25 секунды. 40 миллисекунд. Это касается всех четырех частей: сосание, сдавливание, стук и выдувание. (По-новому определяет термин «по-быстрому».)
Также известен как «впуск», «сжатие», «зажигание» и «выпуск» соответственно.
МОМЕНТ ЗАЖИГАНИЯ
Давайте все замедлим. Временное окно, когда все клапаны закрываются, а поршень движется вверх. Сжатие идет. Сжатие. Поршень приближается к вершине. Жарко. Это тесно. Он готов к работе.
У топлива есть окно возможностей, которое очень короткое — всего несколько миллисекунд. Вы распыляете его, он самовоспламеняется. Бум. Должно быть точно правильно.
Я помогу вам сэкономить ТЫСЯЧИ на ЛЮБОМ НОВОМ ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ. Нажмите ЗДЕСЬ >>
СОБЫТИЯ ВПРЫСКА
За исключением того, что это не просто небольшой выброс топлива. Их целых пять — два маленьких рывка впереди, большой посередине и два маленьких продолжения. Первые два гасят механический стук, основная струя выполняет основную часть механической работы, а последние струи помогают очищать выбросы.
Высокоскоростная Калигула-подобная оргия стремительной точности. 100 раз в секунду, на четырехцилиндровом двигателе при 3000 об/мин.
Эти инжекторные события имеют очень точные графики подачи и объемы. А окна возможностей критичны в миллисекундах. Это прекрасно синхронизированный балет — как «Лебединое озеро» на крэке — и он адаптируется в реальном времени ко всем видам внешних воздействий — нагрузке, положению дроссельной заслонки, изменениям скорости, автоматическому переключению передач — он чертовски точен и сводит с ума сложностью.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФОРСУНКИ
Инжекторы имеют эти крошечные отверстия — от пяти до 20 отверстий на инжектор; диаметром около 150 микрон. И они открываются и закрываются маниакально и точно благодаря чуду пьезоэлектрического управления. Чтобы заставить их работать, вам нужен резервуар с топливом под сверхвысоким давлением. Буквально треща по швам, чтобы попасть туда.
Вы можете представить себе форсунку как шлюз, а топливную рампу как плотину с давлением на дно стенки плотины в 2000 атмосфер.