CC BY
70УДК 343.148.6:621.431.36
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРТИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ТОПЛИВНЫХ ФОРСУНОК СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Александр Юрьевич Малахов, канд. техн. наук, [email protected], Алексей Николаевич Ливанский, канд. техн. наук, [email protected], Максим Анатольевич Карпов, канд. техн. наук, [email protected], МАДИ, Россия, 125319, Москва, Ленинградский проспект, 64
Аннотация. В статье показана методика проведения автотехнических экспертиз причин выхода из строя топливных форсунок современных автомобилей. Описана схема работы топливной системы автомобиля Сommon Rail, а также конструкция наиболее часто встречающихся типов топливных форсунок. В статье показаны примеры повреждений деталей топливных форсунок и их взаимосвязь с проявляющимися в процессе работы форсунки неисправностями. Разработанная методика может применяться экспертами (специалистами) для исследований причин выхода из строя топливных форсунок любых марок и моделей автомобилей с топливной системой ^mmon Rail.
Ключевые слова: автотехническая экспертиза, Сommon Rail, электромагнитная форсунка, пьезоэлектрическая форсунка, гидроплотность форсунки.
THE METHODOLOGY OF THE EXPERTISE DETERMINATION OF THE CAUSES OF FAILURE OF FUEL INJECTORS OF MODERN CARS
Аleksandr Yu. Malakhov, Ph.D., [email protected], Aleksey N. Livanskiy, Ph.D., [email protected], Maksim A. Karpov, Ph.D., [email protected], MADI, 64, Leningradsky Prosp., Moscow, 125319, Russia
Abstract. The article shows the methodology of conducting automotive technical expertise of the causes of failure of fuel injectors of modern cars. The scheme of operation of the Common Rail fuel system is described, as well as the design of the most common types of fuel injectors. The article shows in detail examples of damage to parts of fuel injectors and their relationship with the malfunction manifested during the operation of the injector. The developed methodology can be used by experts (specialists) to investigate the causes of failure of fuel injectors of any brands and models of cars with the fuel system Common Rail.
Keywords: automobile-technical expertise, Сommon Rail, electromagnetic injector, piezoelectric injector, hydraulic density of the injector.
Введение
Методика экспертного исследования - процедура применения того или иного метода, или совокупности методов, которая зависит от аспекта исследования, техники и способов описания, личности исследователя (эксперта) и иных факторов. По своей сути методика представляет собой хорошо подготовленный и адаптированный к конкретной задаче алгоритм действий в рамках методологического подхода к решению поставленной задачи.
Проблема, связанная с производством автотехнических экспертиз, заключается в том, что научно-обоснованные и апробированные методики экспертизы
причины выхода из строя конкретного узла, агрегата или детали автомобиля по большей части отсутствуют. Фактически методику проведения экспертизы выбирает (разрабатывает) сам эксперт (специалист) уже под конкретную задачу, с которой он сталкивается. В связи с этим качество такой экспертизы во многом будет зависеть от профессионализма и опыта работы самого эксперта (специалиста).
Цель данной статьи - познакомить читателя с разработанной авторами методикой проведения экспертиз причины выхода из строя топливной аппаратуры современного автомобиля, которая должна помочь экспертам (специалистам) более детально и качественно выполнить проводимые ими экспертные исследования.
Общие сведения о топливной системе Gommon Rail. Типы топливных форсунок и их конструкция
Возрастающие требования к улучшению экологичности современного автомобиля и стремление повысить эффективность работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) привели к созданию топливной системы Common Rail [1]. Данной системой оснащаются не только дизельные, но и бензиновые ДВС с системой непосредственного впрыска топлива. Конструкция данной системы на различных автомобилях может отличаться, но общий принцип работы остаётся неизменным (см. рис. 1). Топливо из топливного бака с помощью электрического погружного насоса низкого давления (1) прокачивается через фильтр тонкой очистки (2) и поступает в топливный насос высокого давления (ТНВД) (3). Клапан регулировки производительности (4) управляет количеством поступающего топлива, которое затем ТНВД под высоким давлением нагнетает топливо в общую топливную рампу (6), откуда оно распределяется по топливным форсункам (8). Давление топлива в топливной рампе контролируется датчиком давления топлива (5) и определяется положением клапана-регулятора давления (7). Управление топливными форсунками осуществляется электронным блоком управления (ЭБУ) ДВС, путём подачи управляющего импульса на форсунки.
5 6 7
щ
а Ц— 2 1
Рис. 1. Схема общей конструкции топливной системы Common Rail: 1 - погружной электронасос низкого давления в топливном баке; 2 - топливный фильтр тонкой очистки топлива; 3 - топливный насос высокого давления (ТНВД); 4 - клапан регулировки производительности ТНВД; 5 - датчик давления топлива; 6 - общая топливная рампа; 7 - клапан-регулятор давления топлива; 8 - топливные форсунки [2]
Основные преимущества системы Common Rail:
- давление в топливной рампе и форсунках стабильно поддерживается независимо от частоты вращения двигателя и нагрузок;
- начальный и конечный моменты подачи топлива через форсунки могут широко регулироваться ЭБУ ДВС, что позволяет более точно дозировать подачу топлива в каждый цилиндр по углу поворота коленчатого вала, а также подавать его множественными порциями во время рабочего такта для более полного и плавного сгорания;
- система позволила повысить КПД двигателя по сравнению с традиционными системами, в результате чего увеличилась мощность двигателя; снизить расход топлива; снизить содержание вредных веществ в выхлопных газах; снизить шум при работе двигателя и снизить нагрузку на детали цилиндро-поршневой группы ДВС, продлив его ресурс работы [2].
В зависимости от типа ДВС и способа управления в топливной системе Common Rail применяются следующие типы топливных форсунок:
1. Электромагнитные бензиновые топливные форсунки непосредственного впрыска топлива в цилиндры ДВС.
2. Пьезоэлектрические бензиновые топливные форсунки непосредственного впрыска топлива в цилиндры ДВС.
3. Электромагнитные дизельные топливные форсунки.
4. Пьезоэлектрические дизельные топливные форсунки.
Как видно, и на бензиновых ДВС с непосредственным впрыском топлива в цилиндры, и на дизельных ДВС используются форсунки или с электромагнитным, или с пьезоэлектрическим управлением. Пьезоэлектрические форсунки являются более совершенными по быстродействию по сравнению с электромагнитными. Это позволяет на дизельных пьезоэлектрических форсунках добиться большего количества циклов впрыска топлива за один рабочий такт (до 9 впрысков) по сравнению с электромагнитными дизельными форсунками (до 5 впрысков).
Хотя управление форсунками, что на бензиновых, что на дизельных ДВС, может быть либо электромагнитным, либо пьезоэлектрическим, они имеют различную конструкцию, что объясняется различным давлением их работы (бензиновые форсунки непосредственного впрыска работают при давлениях около 150 бар, а дизельные при давлениях 2000 бар и более) и способом открытия их иглы.
Рис. 2. Схема конструкции бензиновой электромагнитной форсунки непосредственного впрыска [3]: 1 - сетчатый фильтр, 2 - электрический разъём, 3 - пружина, 4 - обмотка возбуждения, 5 - якорь электромагнита, 6 - корпус форсунки, 7 - игла форсунки, 8 - уплотнение, 9 - сопло распылителя форсунки
На рисунке 2 показана конструкция бензиновой электромагнитной форсунки непосредственного впрыска. Принцип работы такой форсунки достаточно прост: управляющий сигнал от ЭБУ ДВС поступает на обмотку возбуждения электромагнитного клапана (4), создаваемая при этом электромагнитная сила притягивает якорь (5), на котором жёстко закреплена игла форсунки (7). Игла форсунки, приподнимаясь, открывает отверстия сопла распылителя (9), производя впрыск топлива в цилиндры. После прекращения подачи управляющего сигнала на электромагнит форсунки пружина (3) прижимает иглу к её посадочному месту (седлу) в распылителе, прекращая впрыск [3].
На рисунке 3 показана конструкция бензиновой пьезоэлектрической форсунки непосредственного впрыска. ЭБУ ДВС подаёт высоковольтный сигнал на пьезокристалл (пьезоэлемент) (2) форсунки. Пьезокристалл (пьезоэлемент) под действием данного сигнала удлиняется, что приводит к выдвижению иглы форсунки (1), и сопло распылителя открывается, впрыскивая топливо под высоким давлением. После прекращения подачи управляющего сигнала игла форсунки закрывается под действием пружины. Чтобы при нагреве форсунки случайно не происходило непроизвольного открытия иглы в конструкции предусмотрен термокомпенсатор (3).
Рис. 3. Схема конструкции бензиновой пьезоэлектрической форсунки непосредственного впрыска [4]: 1 - выдвигающаяся из распылителя игла форсунки; 2 - пьезокристалл (пьезоэлемент); 3 - термокомпенсатор
Если в бензиновых топливных форсунках непосредственного впрыска электромагнит или пьезоэлемент имеет жёсткую механическую связь с иглой форсунки и напрямую управляет её открытием и закрытием, то в дизельных форсунках принцип управления совершенно другой. Здесь электромагнит или пьезо-элемент уже воздействует не напрямую на иглу форсунки, открывая и закрывая её, а на специальный управляющий клапан, переключающий подачу топлива на открытие или закрытие иглы форсунки-гидравлическим способом.
На рисунке 4 показана конструкция дизельной электромагнитной топливной форсунки.
Рис. 4. Схема конструкции дизельной электромагнитной топливной форсунки [5]: А - форсунка закрыта; В - форсунка открыта (впрыск); 1 - катушка электромагнита;
2 - канал подачи топлива в форсунку; 3 - шарик управляющего клапана; 4 - дроссель канала подачи; 5 - канал подачи топлива на распылитель; 6 - игла форсунки;7 - корпус распылителя форсунки; 8 - пружина иглы; 9 - поршень (шток); 10 - камера управления поршнем (штоком); 11 - дроссель управляющего клапана; 12 - якорь электромагнита;
13 - слив топлива (обратка); 14 - электрический разъём
При подаче управляющего импульса на катушку (1) электромагнита якорь (12) с запорным шариком (3) управляющего клапана поднимается вверх. Давление в камере управления над поршнем (10) начинает падать за счёт сброса части топлива через дроссель управляющего клапана (11) на слив (13) (в обратку). Давление же топлива, поступающее через канал подачи топлива на распылитель (5) остаётся прежним, и, вследствие падения давления над поршнем (штоком) мультипликатора, поднимает иглу форсунки освобождая отверстия сопла распылителя для впрыска. После прекращения действия управляющего сигнала на электромагнит, управляющий клапан под действием пружины закрывается, давление топлива в надпоршневой камере форсунки выравнивается, и игла под действием пружины запирает сопло распылителя, прекращая впрыск [5].
Работа пьезоэлектрической дизельной топливной форсунки аналогична электромагнитной (см. рис 5), только здесь управление клапаном осуществляется пьезоэлементом.
Управляющий сигнал поступает на пьезокристалл (пьезоэлемент), который, удлиняясь, открывает управляющий клапан форсунки. Из-за перепада давления в управляющих магистралях клапана игла форсунки приподнимается, осу-
ществляя впрыск. После подачи сигнала от ЭБУ ДВС на разрядку пьезокристалла (пьезоэлемента) он восстанавливает свою длину, управляющий клапан закрывается, давление внутри форсунки выравнивается, и игла закрывает сопло распылителя, прекращая впрыск.
Рис. 5. Схема конструкции дизельной пьезоэлектрической топливной форсунки [6]
Методика исследования топливных форсунок
Методика исследования причин выхода из строя топливных форсунок состоит из следующих основных этапов:
1. Внешний осмотр топливных форсунок.
2. Стендовые испытания топливных форсунок.
3. Разборка топливных форсунок и исследование повреждений их внутренних деталей с применением оптических увеличительных приборов.
4. Применение комплекса металловедческих исследований повреждённых деталей.
5. Исследование отложений внутри форсунок с использованием растрового электронного микроскопа/методами химического анализа.
Внешний осмотр топливных форсунок
На данном этапе исследования производится идентификация топливной форсунки, поступившей на исследование, по её типу, модели и производителю. Выявляется наличие или отсутствие механических повреждений корпуса форсун-
ки, а также признаки стороннего вмешательства в конструкцию форсунки в виде откручивания корпуса распылителя или же корпуса пьезоэлемента (электромагнита). Такими признаками являются следы замятия граней гайки распылителя форсунки или же гайки корпуса пьезоэлемента, электромагнита в направлении «на откручивание».
Внешним осмотром также определяется наличие признаков попадания жидкости на корпус электрической части (электромагнит, пьезоэлемент) форсунки. Если дальнейшие исследования выявят неисправность электрической части форсунки, то попадание жидкости в электрическую часть может быть непосредственной причиной такого отказа.
Важным этапом является исследование состояния сопла распылителя. В первую очередь определяется степень загрязнённости отверстий распылителя отложениями. Наличие отложений в виде нагара и сажи на поверхности распылителя допустимо, однако при этом отверстия должны сохранить свою пропускную способность (см. рис. 6 изображение слева).
Недопустимо чрезмерное загрязнение распылителя форсунки отложениями с перекрытием его сопловых отверстий (рис. 6 фото изображение справа). Это приведёт к нарушению нормального распыла форсункой. Указанный нагар может быть отобран с распылителя форсунки для его дальнейшего углубленного исследования с применением растрового электронного микроскопа или методов химического анализа.
Рис. 6. Допустимое нагарообразование на сопле распылителя форсунки с сохранением пропускной способности его отверстий (изображение слева) и чрезмерное загрязнение распылителя форсунок отложениями с перекрытием их сопловых отверстий
(изображение справа)
Отверстия сопла распылителя форсунки должны в поперечном сечении иметь вид окружности. Зачастую в процессе длительной эксплуатации под действием высокого давления гидравлического потока они теряют свою форму (ова-лизируются, увеличиваются) (см. рис. 7), что приводит к нарушению правильного распыла у такой форсунки.
В некоторых случаях сопло распылителя форсунки или его отверстия могут быть оплавлены под воздействием высоких температур (см. рис. 8). Такое оплавление сопла распылителя форсунки может произойти по причине нарушения процесса сгорания в цилиндре ДВС, из-за использования некачественного топлива или попадания большого количества моторного масла в камеру сгорания.
2
Г Ж .4 - J
Рис. 7. Нарушение правильной формы отверстий сопла распылителя дизельной
топливной форсунки
Рис. 8. Полное оплавление сопла распылителя (изображение слева) и его отверстий (изображение справа) дизельной топливной форсунки
После внешнего осмотра исследуемых топливных форсунок, если их внешних механических повреждения не выявлено, форсунки подвергаются стендовым испытаниям.
Стендовые испытания топливных форсунок
Стендовые испытания топливных форсунок рекомендуется проводить в специализированных диагностических организациях, авторизованных соответствующим производителем исследуемой форсунки Bosch, Denso, Delphi, Siemens, fontinental и т.п.
Обычно (это зависит от типа форсунки) диагностика топливных форсунок подразделяется на статическую (статическое нагружение форсунки давлением до 500 бар, проверка распыла, гидроплотности форсунки) и динамическую (диагностика форсунок на всех рабочих режимах по тест-плану завода-производителя в режимах прокачка, предвпрыск, холостой ход, средние и максимальные нагрузки).
Зачастую уже предварительная статическая диагностика форсунок на стенде позволяет определить их исправность. По её результатам часто возможно ещё до разборки, предварительно локализовать, что именно в форсунках повреждено для дальнейшего углубленного исследования.
В таблице 1 приведён пример протокола такой статической диагностики форсунок.
Таблица 1
Результаты статической диагностики топливных дизельных форсунок
на статическом стенде
№ форсунки Распыл Давление открытия, бар Гидроплотность, сек Результат испытания
1 V 180 28 V
2 V 180 0,2 Х
3 V 180 0 Х
4 Х 180 28 Х
5 Х 500 28 Х
6 Х 0 - Х
Форсунка №1 прошла статический тест. Параметры её работы при динамическом испытании соответствуют параметрам завода-производителя (давление открытия, гидроплотность и распыл в норме).
Форсунка №4 - статический тест не прошла. Гидроплотность управляющего клапана и статическое давление открытия форсунки в норме (соответствуют допустимым заводом-производителем), однако её факел распыла имеет ненадлежащую форму. Нормальная форма факела распыла топлива топливной форсункой, для примера, показана на рис. 9 (изображение слева). Потеря нормальной формы факела распыла у форсунки может быть связано с загрязнением отверстий сопла её распылителя или с их повреждением (оплавление, потеря исходной формы вследствие износа). При этом загрязнения могут быть не только с внешней стороны распылителя, но и с внутренней. Пример такого внутреннего загрязнения отверстий сопла распылителя бензиновой топливной форсунки непосредствен-
-
¿а/ г ' *
Шг
I
Рис. 9. Пример нормального распыла (изображение слева) дизельной топливной форсунки и форма факела неисправной форсунки (изображение справа)
Рис. 10. Загрязнение отверстия сопла распылителя бензиновой топливной форсунки непосредственного впрыска с внутренней стороны
Форсунки под №5 и №6 статический тест не прошли. Отказ данных форсунок связан с заклиниванием иглы в распылителе в корпусе форсунки (у форсунки №5 в закрытом состоянии, а у форсунки №6 в открытом). Это могло произойти из-за сильных повреждений прецизионных поверхностей иглы и распылителя, их перегрева, попадания посторонних частиц (металлической стружки) или отложений из топлива. На рис. 11 (изображение слева) показано загрязнение поверхности иглы форсунки смолянистыми отложениями из топлива, а также пример повреждения (задиров) боковой поверхности иглы вследствие её заклинивания в распылителе (см. рис. 11 изображение справа).
Рис. 11. Отложения из топлива на поверхности иглы форсунки (изображение слева) и повреждение (задиры) боковой поверхности иглы вследствие её заклинивания в распылителе (изображение справа)
На рисунке 12 представлен пример повреждений (задиров) боковой поверхности поршня (штока) мультиклапана дизельной форсунки, вследствие его заклинивания в корпусе форсунки, что также привело к нарушениям в работе форсунки.
Рис. 12. Повреждение (задиры) боковой поверхности поршня (штока) мультиклапана дизельной форсунки, вследствие его заклинивания в корпусе
Такие повреждения (задиры) поверхности нужно уметь отличать от абразивного износа поверхности посторонними частицами (металлическая стружка, загрязнения из топлива), которые могут попасть в форсунки вместе с поступающим из ТНВД топливом. Причина указанных повреждений (задиров) чаще всего является низкая смазывающая способность топлива,-применяемого в автомобиле, что приводит к нарушению режима трения и избыточному нагреву внутренних деталей форсунки.
У форсунки под №6 игла заклинила в распылителе в открытом состоянии (конус иглы плотно не сел в посадочное место в распылителе). Поэтому любое подаваемое на форсунку давление приводит к течи через распылитель топлива (потеря герметичности форсунки по запорной поверхности иглы в седле распылителя). Подобная неисправность может быть связана также с сильным износом запорного конуса иглы (см. рис. 13) и его посадочного места (седла) в распылителе, или их сильным загрязнением отложениями. На новых форсунках иногда это вызвано грубой обработкой поверхности запорного конуса иглы и её седла распылителя, что является производственным дефектом.
Рис. 13. Повреждение (износ) запорного конуса иглы дизельной форсунки: 1 - новая форсунка; 2 - форсунка с износом запорного конуса иглы и её седла в распылителе
Форсунка под №3 имеет неисправность в виде потери гидроплотности управляющего клапана (гидроплотность очень низкая, практически равна 0). Данный параметр показывает время падения давления внутри форсунки при её статическом испытании с 300 бар до 200 бар. Гидроплотность характеризует величину утечек топлива через необходимые конструктивные зазоры в запорном элементе управляющего клапана. Объем утечек напрямую зависит от состояния запорных поверхностей управляющего клапана. Низкая гидроплотность управляющего клапана форсунки практически всегда связана с повреждением (износом, выкрашиванием) запорных поверхностей управляющего клапана.
В зависимости от конструкции дизельных форсунок управляющий клапан имеет различное исполнение. В одних конструкциях это грибовидный клапан, в других это штырь, в третьих подвижная шайба или же запорная втулка. Однако в любом исполнении клапан будет иметь уплотняющие поверхности, которые и необходимо детально исследовать с применением приборов увеличения (цифровой или бинокулярный микроскоп, окуляр). Примеры повреждений уплотняющих поверхностей клапана дизельных форсунок различных производителей показан на рис. 14, 15, 16, 17. Повредения данных поверхностей клапана представляют из себя либо гидроабразивный износ, либо выкрашивание. Иногда поверхности деталей клапана покрывается лаковыми оложениями желтоватого оттенка, что является признаком использования в автомобиле некачественного дизельного топлива. Поверхность некоторых клапанов и их дроссельные отверстия производителем иногда покрываются специальным антифрикционным поктытием.
Рис. 14. Пример повреждения (выкрашивание) запорного конуса управляющего клапана и его посадочного места (седла) в дросселе дизельной топливной пьезоэлектрической
форсунки фирмы Bosch
Рис. 15. Пример повреждения (износ) места посадки запорного конуса управляющего клапана в дросселе дизельной топливной электромагнитной форсунки фирмы Delphi (аналогичные повреждения имеет и сам запорный конус управляющего клапана)
Рис. 16. Пример повреждения (выкрашивание, износ с образованием проточки) места посадки плоской запирающей шайбы управляющего клапана в дросселе дизельной топливной электромагнитной форсунки фирмы Denso
Рис. 17. Пример повреждения (износ, выкрашивание) места посадки запорного конуса управляющего клапана в дросселе дизельной топливной пьезоэлектрической форсунки
фирмы Siemens
После статических испытаний прошедшие тест форсунки поступают на динамический стенд для проверки на всех рабочих режимах по тест-плану завода-производителя. В случае выявления их неисправности на динамическом стенде переходим к следующему этапу исследования.
Необходимо отметить, что даже если форсунка прошла стендовые испытание, это не гарантирует на 100%, отсутствия внутренних дефектов (повреждений). Авторы настоящей статьи сталкивались с тем, что внутри успешно прошедшей стендовые испытания форсунки после её вскрытия были выявлены многочисленные коррозионные повреждения деталей. Дело в том, что обнаруженные повреждения пока не достигли своего критического значения, чтобы влиять на работоспособность форсунки. При дальнейшей эксплуатации такой форсунки на автомобиле, данные повреждения могут увеличиться до критических значений и привести к её отказу.
Разборка топливных форсунок и исследование повреждений их внутренних деталей с применением оптических увеличительных приборов
Разборка топливных форсунок должна производиться с использованием специализированного инструмента, иначе возможно повреждение деталей. Бензиновые топливные форсунки непосредственного впрыска в большинстве своём являются неразборными, для углубленного исследования необходимо распилить их корпус.
При разборке форсунок необходимо обращать внимание на то, как легко извлекается игла из распылителя, на наличие грязи и отложений внутри форсунки, а также на наличие коррозионных повреждений на поверхности её внутренних деталей. Наличие коррозионных повреждений на поверхности внутренних деталей топливной форсунки, при условии отсутствия коррозии на внешней поверхности её корпуса, свидетельствует о попадании внутрь форсунки некачественного топлива с большим содержанием воды в своём составе (см. рис. 18). Для подтверждения того, что данные повреждения действительно являются коррозией, а не отложениями может быть проведено химическое исследование специальным травителем.
Рис. 18. Коррозионные повреждения на поверхности управляющего клапана электромагнитной дизельной форсунки
При разборке топливных форсунок с применением оптических средств увеличения (окуляров, цифровых или бинокулярных микроскопов) детально исследуется состояние следующих основных элементов на наличие их повреждений (износ, задиры, выкрашивание, эрозия, наличие отложений):
1. Поверхность иглы (боковая прецизионная поверхность штока, запорный конус).
2. Поверхность распылителя форсунки (боковая прецизионная поверхность, а также седло запорного конуса иглы). При необходимости распылитель форсунки может быть распилен по продольной оси для детального исследования состояния его внутренней поверхности.
3. Поверхность поршня (штока) мультиклапана форсунки.
4. Поверхность управляющего клапана (запорный конус клапана, шток якоря электромагнита) и место его посадки в дросселе.
Все перечисленные повреждения относятся к повреждениям механической части форсунок. Помимо механической части в форсунках присутствует также и электрическая часть - электромагнит, пьезокристалл (пьезоэлемент).
Выход из строя электрической части возможно также определить диагностическим стендом. При отсутствии стенда возможно также проконтролировать исправность электрической части, измерив сопротивление и ёмкость пьезоэле-мента. На пьезоэлектрических форсунках сопротивление пьезоэлемента правильнее измерять под нагрузкой (при подаче на форсунку рабочего импульсного напряжения).
Чаще всего неисправность электрической части форсунки связана с попаданием в эту часть посторонней жидкости, неисправностью управляющих каскадов в ЭБУ ДВС автомобиля, подачей нештатного электрического воздействия или же производственным дефектом самого пьезоэлемента (пьезокристалла), вследствие чего происходит его разрушение (см. рис. 19).
Абразивные повреждения на внутренних деталях топливных форсунок свидетельствуют о попадании внутрь форсунки посторонних абразивных частиц. Указанные абразивные частицы могут являться продуктами износа ТНВД или же попасть в форсунку по причине плохой очистки топлива топливным фильтром
тонкой очистки (из-за его чрезмерного загрязнения или несоответствующего качества). Необходимо помнить, что топливный фильтр не даёт гарантию 100% очистки топлива от механических примесей. В случае, если бак автомобиля был заправлен некачественным топливом с повышенным содержанием механических примесей в своём составе, топливный фильтр не всегда может полноценно его очистить, в связи с чем существует вероятность проникновения мельчайших абразивных частиц к ТНВД и топливным форсункам.
Рис. 19. Разрушение пьезоэлемента (пьезокристалла) пьезоэлектрической дизельной
топливной форсунки
Применение комплекса металловедческих исследований повреждённых деталей
В случае выявления повреждений внутренних деталей топливной форсунки может понадобиться применение металловедческого комплекса исследований для определения качества материала [7,8]. Данный комплекс включает:
1. Исследование соответствия химического состава материала повреждённой детали.
2. Исследование микроструктуры детали и наличие поверхностных слоёв её упрочнения.
3. Измерения твёрдости. В частности, контролируется твёрдость сердцевины и упрочнённого поверхностного слоя детали. Из-за небольших размеров внутренних деталей топливных форсунок используется метод измерения микротвёрдости по ГОСТ 9450-76 [9].
В случае, если данные завода-производителя по исследуемым параметрам качества материала деталей форсунок отсутствуют, то для сравнения исследуется образец-представитель или аналог (оригинальная деталь заведомо исправной топливной форсунки).
Применение растрового электронного микроскопа или методов химического анализа для углубленного исследования отложений внутри форсунок
В случае обнаружения посторонних отложений внутри топливных форсунок или на внешней стороне их распылителя, они могут быть подвергнуты углубленному исследованию с применением растрового электронного микроскопа или методов химического анализа.
Данный анализ может позволить выявить, являются ли обнаруженные отложения соединением, содержащим вредные присадки из топлива (сера, фосфор, свинец, железо и т.п.). Наличие указанных присадок в топливе ограничивается нормативными требованиями, предъявляемыми к его качеству, а их значительная концентрация может привести к отказу топливной аппаратуры автомобиля.
При производстве экспертизы топливной аппаратуры рекомендуется (при наличии такой возможности) проверить качество используемого в автомобиле топлива. Однако, как показывает практика, даже если отобранная из бака проба топлива окажется соответствующей требованиям стандарта, это не означает, что причина повреждений внутренних деталей форсунок не может быть связана с использованием некачественного топлива. Просто это топливо было заправлено ранее, полностью выработано автомобилем, а в его бак залито уже другое топливо, которое и подверглось исследованию. Некачественное топливо (с повышенным содержанием механических примесей, воды в своём составе, с низкими значениями смазывающей способности, посторонними присадками), в зависимости от степени отклонения его параметров от допустимых, не сразу приводит к возникновению критических повреждений внутренних деталей топливных форсунок. Их повреждения, в самый начальный момент, могут носить характер незначительных царапин, сколов, локальных мест выкрашивания, задиров, коррозионных язв. Из-за небольшого размера данных повреждений неисправность форсунки может и не проявиться. Однако дальнейшая эксплуатация автомобиля, даже после его заправки качественным топливом, приведёт к развитию (увеличению) полученных повреждений, и со временем, их степень достигнет критического значения, влияющего на работоспособность форсунки, что и приведёт к её отказу.
Заключение
В статье показана методика поэтапного исследования причин выхода из строя топливных форсунок современных автомобилей с топливной системой Common Rail. Данная методика не является окончательной. Каждый эксперт (специалист) может дополнить или усовершенствовать её. Авторы статьи надеются, что данная методика будет полезна экспертам (специалистам) при практическом исследовании топливной аппаратуры современных автомобилей, упростит их работу и позволит объективно и обоснованно прийти к верным выводам о причинах отказа топливных форсунок.
Список литературы:
1. Грехов, Л.В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: учебник для вузов / Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков. - М.: АО «Легион-Автодата», 2004. - 344 с.
2. Окоч, А. COMMON RAIL - Что это такое? / А. Окоч, А. Лавриненко [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://agroexpert.ua/common-rail-so-ce-0/ (дата обращения: 03.10.2021).
3. Что такое топливная форсунка? Форсунка двигателя внутреннего сгорания: виды форсунок и принцип работы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://discoveruz.ru/chto-takoe-toplivnaya-forsunka-forsunka-dvigatelya-vnutrennego/ (дата обращения: 03.10.2021).
4. Техническая эксплуатация. Диагностирование и ремонт двигателей внутреннего сгорания / А.В. Александров, С.В. Алексахин, И.А. Долгов, В.А. Тармин, М.Г. Шатров. - М: РИОР, 2020. - 448 с.
5. Система Bosch-Common Rail. Принцип работы топливных форсунок [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.dieselmechanic.info/ common-rail/bosch-common-rail-system-operating-principle-of-the-fuel-injectors.html (дата обращения: 30.09.2021).
6. Форсунка устройство: Устройство и конструкция форсунок [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://auto-virage.ru/raznoe-2/forsunka-ustrojstvo-ustrojstvo-i-konstrukcziya-forsunok.html (дата обращения: 30.09.2021).
7. Петрова, Л.Г. Исследовательский комплекс для мониторинга структурного состояния конструкционных материалов и его применение при анализе разрушений стальных деталей автомобилей / Л.Г. Петрова, Т.Е. Лихачёва, А.Ю. Малахов, // Вестник МАДИ. -2013. - № 2 (33). - С. 11-17.
8. Шестопалова, Л.П. Методы исследования материалов и деталей машин при проведении автотехнической экспертизы (учебное пособие) / Л.П. Шестопалова, Т.Е. Лихачева. -М.: МАДИ, 2017. - 180 с.
9. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. -М.: ИПК Изд-во стандартов, 1993. - 35 с.
References
1. Grehov L.V., Ivashenko N.A., Markov V.A. Toplivnaya apparatura i sistemy upravleniya dizelej (Fuel injection equipment and control systems of diesel engines), Мoscow, AO «Legion-Avtodata», 2004, 344 p.
2. Okoch A., Lavrinenko A. COMMON RAIL - Chto eto takoe?, available at: https://agroexpert.ua/common-rail-so-ce-0/ (03.10.2021).
3. Chto takoe toplivnaya forsunka Forsunka dvigatelya vnutrennego sgoraniya_ vidi forsunok i princip raboti, available at: https://discoveruz.ru/chto-takoe-toplivnaya-forsunka-forsunka-dvigatelya-vnutrennego/ (03.10.2021)
4. Aleksandrov A.V., Aleksahin S.V., Dolgov I.A., Tarmin V.A., Shatrov M.G. Tehnicheskaya eksplu-ataciya. Diagnostirovanie i remont dvigatelei vnutrennego sgoraniya (Technical operation. Diagnostics and repair of internal combustion engines), Мoscow, RIOR, 2020, 448 p.
5. Sistema Bosch_Common Rail. Princip raboti toplivnih forsunok, available at: https://www.dieselmechanic.info/ common-rail/bosch-common-rail-system-operating-principle-of-the-fuel-injectors.html (30.09.2021).
6. Forsunka ustroistvo Ustroistvo i konstrukciya forsunok, available at: https://auto-virage.ru/raznoe-2/forsunka-ustrojstvo-ustrojstvo-i-konstrukcziya-forsunok.html (30.09.2021).
7. Petrova L.G., Lihacheva T.E., Malakhov A.Yu. Vestnik MADI, 2013, no. 2 (33), pp. 11-17.
8. Shestopalova L.P., Lihacheva T.E. Metody issledovaniya materialov i detalej mashin pri provedenii avtotekhnicheskoj ehkspertizy (Methods of research of materials and parts of machines in the conduct autotechnical expertise), Мoscow, MADI, 2017, 180 p.
9. Izmerenie mikrotverdosti vdavlivaniem almaznih nakonechnikov, GOST 9450-76 (Measurement of microhardness by indentation of diamond tips, State Standart9450-76), Мoscow, IPK IZDATEL'STVO STANDARTOV, 1993, 35 p.
Рецензент: Д.С. Фатюхин, д-р техн наук, проф. МАДИ Статья поступила 08.11.2021
