Как отремонтировать топливную аппаратуру: виды и принципы

Принцип работы дизельных двигателей состоит в том, что подача топлива в цилиндры мотора производится с помощью впрыска (аналогично инжекторам). Однако на этом сходство заканчивается. Воспламенение топливной смеси происходит без свечей зажигания благодаря высокой температуре (700 — 800°С) в рабочей камере.

Такая температура достигается за счет более высокой степени сжатия в цилиндрах дизеля (19 — 24) по сравнению с бензиновыми двигателями (9 — 11). Топливо также впрыскивается в цилиндры под высоким давлением (100 — 150 кг/см²).

Для этого топливные насосы изготавливают с минимальными зазорами между корпусом и подающими плунжерами, что делает их весьма чувствительными к износу или загрязнениям. Поэтому обслуживание и ремонт топливной аппаратуры дизельных двигателей имеет свою специфику. Расскажем о ней подробнее.

Состав топливной системы дизельного двигателя

Система питания дизеля состоит из двух контуров: низкого и высокого давления. Состав контура низкого давления:

• Бензобак с расположенным в нем подкачивающим насосом. Последний применяется при значительной протяженности топливопроводов.
• Фильтр-сепаратор, предназначенный для отделения крупных частиц грязи.
• Топливный фильтр тонкой очистки.
• Маршевый подогреватель солярки, который устанавливается по соседству с фильтрующими устройствами.
• Предпусковой подогреватель топлива, включаемый от кнопки перед запуском двигателя.
• Первая (низконапорная) ступень топливного насоса высокого давления (ТНВД).
• Низконапорные топливопроводы.

Контур высокого давления включает в себя:

• Вторую (высоконапорную) ступень насоса, снабженную электромагнитным клапаном отключения подачи топлива, служащим для остановки двигателя.
• Гидравлический аккумулятор высокого давления, выполненный в виде топливной рампы, включающей в себя регулятор давления и клапан дозирования топлива (система Common Rail).
• Форсунки для впрыска топлива в цилиндры.
• Топливопроводы высокого давления.
• Электрические свечи накаливания с блоком управления, задающим время их включения.
• Электронный блок управления двигателем (ЭБУ).

Неисправности системы с описанием внешних признаков

В таблице приведены наиболее распространенные неисправности системы питания дизельного двигателя с указанием видимых проявлений.

Диагностическое оборудование

Приведенная выше таблица еще не является основанием для отправки компонента, попавшего под подозрение, на диагностику, а тем более в ремонт. Эти предварительные диагнозы можно принимать во внимание только в отношении старых дизельных двигателей, не имеющих электронной системы управления.

При возникновении проблем у двигателя, оснащенного ЭБУ, в первую очередь необходимо выполнить диагностику неисправности топливной системы с помощью диагностического сканера, подключаемого к разъему K-line блока.

Только после определения кода ошибки, привязанного к неисправному элементу, стоит направляться на станцию технического обслуживания (СТО), чтобы приступить к ремонту системы питания дизельного двигателя.

После проведения диагностического тестирования специалисты вынесут окончательный диагноз, — какой из элементов системы питания повинен в некорректной работе дизеля. В противном случае, по вашей просьбе, опираясь на ваши предположения, отремонтируют не тот узел, и проблемы останутся с вами.

Выбирая СТО, следует обратить внимание на уровень ее оснащения диагностическим оборудованием. Лидером в области изготовления испытательных и ремонтных стендов для проверки топливной аппаратуры является фирма Bosch, выпускающая линейку оборудования EPS.

Широкими возможностями для проверки ТНВД всех видов обладает стенд EPS 815 под управлением компьютерной системы. С помощью настольного прибора EPS 205 тестируют форсунки различных видов и производителей, используя при этом различные адаптеры. Известны также диагностические комплексы фирм Delphi, DENSO и Hartridge.

Что проверяется

Используя многочисленные функции диагностических комплексов и приборов, можно проверить множество технических параметров и характеристик топливных компонентов и определить основные неисправности системы питания. Комплекты оборудования фирмы Bosch выполняют следующие тесты и действия:

• диагностику контура низкого давления (комплект Diesel Set 1);
• удаление воздуха из системы Common Rail (Diesel Set 2);
• диагностику линий высокого давления (Diesel Set 3.1).
• этот же комплекс проверяет: почему не заводится двигатель при работающем стартере или глохнет работающий двигатель, находит причины внезапного снижения мощности при отсутствии каких-либо кодов неисправности.

С помощью ручного прибора EPS:

• проверяют и регулируют давление открытия форсунок;
• анализируют факел распыла;
• «дребезг» форсунок;
• измеряют утечки в распылителях.

На стенде Delphi YDT278 проверяют все компоненты топливной системы дизельного двигателя, включая насос и форсунки, даже не снимая их с машины. Подключив устройство YDT410, контролируют работоспособность регулятора давления системы Common Rail. Если прибор повышает давление до требуемого, значит, штатный регулятор неисправен. В противном случае источником неисправности является насос.

Содержание ремонтных работ

После диагностического тестирования и выявления неисправного узла принимают решение о дальнейших действиях. В принципе почти любой компонент топливной системы можно отремонтировать, предварительно определив — «стоит ли овчинка выделки».

Работы выполняются в специализированных центрах по обслуживанию дизельных автомобилей, имеющих необходимое оборудование для ремонта. Как восстанавливают изношенные агрегаты?

Основные действия при ремонте ТНВД на СТО:

1. разборка и очистка узла с промывкой деталей в топливе;
2. дефектовка устройства;
3. предварительная и чистовая притирка отверстий;
4. хромирование плунжеров для увеличения их диаметра;
5. притирка плунжеров с помощью пасты ГОИ;
6. сортировка плунжеров по группам с разницей диаметров не более 2 мкм;
7. подбор плунжерных пар таким образом, чтобы плунжер входил в отверстие не более чем на две десятых своей длины;
8. притирка на доводочном станке с пастой ГОИ;
9. сборка насоса;
10. замена резиновых уплотнителей (колец, манжет, сальников);
11. стендовая настройка работы.

Ремонт форсунок или насос-форсунок включает в себя:

• разборку с промывкой деталей в топливе;
• очистку поверхности от нагара;
• замену распылителя;
• замену вышедших из строя деталей (уплотнительные шайбы, пружина, игла, промежуточный толкатель);
• настройка работы форсунок.

Некоторые советы по ремонту топливной аппаратуры

• Как выяснить — подсасывается или нет в топливную систему воздух? Отсоедините шланг от топливного фильтра и погрузите его в емкость с топливом. Если двигатель заработает лучше, ищите местонахождение негерметичности.
• Осенью, с наступлением холодов, слейте остаток летнего топлива и заправьтесь зимней соляркой, иначе в системе образуются кристаллы парафина, что потребует дорогой операции по депарафинизации содержимого топливного бака.
• Если недавно автомобилист пересел на дизель с бензинового автомобиля, не крутите по привычке двигатель до 3500 оборотов. При такой нагрузке его ресурс уменьшается, поскольку детали изнашиваются значительно быстрее. Старайтесь не превышать обороты свыше 3-х тысяч.
• Периодически сливайте воду из фильтра-отстойника. Запуск двигателя, особенно в зимнее время, благодаря этой мере, станет более успешным.
• Не допускайте длительной езды с полупустым топливным баком, в результате чего на его стенках выделяется конденсат, образуются окислы, попадающие в топливо.

Как говорят медики — болезнь легче предупредить, чем лечить. То же самое можно сказать и в отношении ремонта топливной системы дизельных двигателей.

Своевременные профилактические работы: замена фильтров, слив конденсата, регулярная промывка топливного бака, проверка на диагностическом оборудовании помогут вам увеличить ресурс всех компонентов топливной системы и сэкономить на дорогостоящем ремонте.

Техническое обслуживание и текущий ремонт системы питания дизельных двигателей

Система питания дизельного двигателя служит для раздельной подачи в требуемые моменты времени и в требуемом количестве воздуха и топлива в цилиндры двигателя, где и происходит смесеобразование, а также для удаления отработавших газов и глушения их на выпуске. Основными элементами ее являются: топливный бак, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, воздушный фильтр, подкачивающий насос, топливный насос высокого давления (ТНВД) с регулятором частоты вращения и муфтой опережения впрыска топлива, форсунки, трубопроводы низкого и высокого давления, выпускной тракт. На них приходится около 5…10 % неисправностей автомобилей с дизельными двигателями. Характерными неисправностями являются: нарушение герметичности, загрязнение фильтрующих элементов, разрегулировка и износ плунжерных пар ТНВД, разрегулировка и негерметичность форсунок (табл.2.5)

Таблица 2.5 – Основные неисправности системы питания дизельного двигателя

В процессе эксплуатации наиболее интенсивно изнашиваются плунжерные пары ТНВД и форсунки, теряют свою упругость пружины.

При возникновении признаков неисправностей необходимо провести поэлементное диагностирование системы питания. Ее негерметичность проверяется визуально по наличию подтеканий. Далее запускают двигатель, устанавливают малую частоту вращения коленчатого вала и слегка отворачивают пробку фильтра тонкой очистки. Если в системе есть воздух, то из-под пробки будет вытекать пена. После появления струи топлива пробку заворачивают. Герметичность системы можно проверять методом опрессовки. Для этого отсоединяют подводящий трубопровод от топливного бака и подсоединяют к прибору, подающему в него топливо под давлением 300 кПа, а отводящий трубопровод глушат. В негерметичных местах соединений наблюдают подтекание топлива. Герметичность восстанавливают подтяжкой резьбовых соединений, заменой уплотнений и трубопроводов.

Форсунки диагностируют по показателям герметичности, давления впрыска и качества распыливания топлива на приборах типа КИ-3333А, КИ-22203М, КИ-562, ESP-100, М-106 и других.

При проверке герметичности форсунки ее устанавливают на прибор (рис.2.30), заворачивают регулировочный винт и рычагом 6 плунжерного насоса 2 прибора доводят давление до 30 МПа, которое контролируют манометром 1. Наблюдают за снижением давления и замеряют время его уменьшения от 28 до 23 МПа. Для новых форсунок время падения должно быть не менее 15…20 секунд, для подношенных – не менее 5 с.

При регулировке давления начала подъема иглы форсунки отворачивают регулировочный винт пружины, одновременно приводят в действие плунжерный насос 2 прибора и фиксируют давление, при котором осуществляется впрыск по манометру 1.

1 – манометр; 2 – плунжерный насос; 3 – гайка крепления форсунки; 4 – штуцер; 5 – основание; 6 – рычаг насоса; 7 – кран; 8 – запорный вентиль; 9 – топливный бачок

Рисунок 2.30 – Схема прибора для проверки форсунок

Оно должно быть для легковых автомобилей 11…15 МПа, для грузовых – 16…22 МПа, причем большие значения устанавливаются для двигателей с турбонаддувом. После регулировки необходимо затянуть контргайку регулировочного винта и вновь проверить правильность регулировки на приборе. На некоторых форсунках давление впрыска изменяется с помощью регулировочных шайб, устанавливаемых под пружину распылителя.

При проверке качества распыливания делают несколько впрысков топлива через форсунку. Оно должно впрыскиваться в туманообразном виде, равномерно распределяясь по поперечному сечению конуса струи и по каждому отверстию распылителя. Неравномерное распыливание или подтекание топлива в начале и в конце впрыска не допускается.

Диагностирование топливоподкачивающего насоса осуществляется по его производительности при заданном протидавлении (0,05…0,17 МПа) и развиваемому давлению при закрытом нагнетательном канале.

Диагностирование можно осуществить на стендах типа КИ-921М, КИ5205, «Стар-12», ESP-707 и других, после демонтажа насоса с двигателя. Его закрепляют с помощью винтового зажима 6 (рис.2.34) и подключают к питающей системе стенда (рис.2.31)

Частота вращения привода стенда (в мин -1 ) при испытаниях должна соответствовать

, (2.13)

где w_max – максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

1 – мерный сосуд; 2 – трехходовой кран; 3 – испытуемый насос

Рисунок 2.31 – Схема соединений топливопроводов при диагностировании подкачивающего насоса на стенде типа КИ-5205

Значение счетчика-автомата стенда 6 (рис.2.32), считающего количество оборотов привода, а, соответственно, и число рабочих ходов подкачивающего насоса (т.к. за один оборот привода осуществляется один рабочий ход насоса) устанавливают равным w_с. Включают стенд, устанавливают частоту вращения привода w_с, затем одновременно кнопкой 3 на пульте стенда включают счетчик-автомат и поворачивают трехходовой кран в положение «замер». При достижении счетчиком-автоматом положения «0» (контролируется по табло 4) перекрывают поступление топлива в мерный цилиндр. Так как один рабочий ход делается за один оборот привода, а подача топлива осуществляется за n оборотов при частоте вращения w_с (в мин -1 ), причем n = w_с, то эти рабочие ходы были сделаны за одну минуту. Следовательно, в мерном сосуде будет топливо, поступившее от насоса за одну минуту. Нормативное значение производительности топливоподкачивающих насосов лежит в пределах 2…4 л/мин. При перекрытом нагнетательном трубопроводе и включенном стенде определяют максимально развиваемое давление. Для разных типов насосов оно лежит в пределах 0,1…0,4 МПа.

1 – тумблер «сеть»; 2 – кнопка остановки счетчика-автомата; 3 – кнопка включения счетчика-автомата; 4 – табло измеряемых параметров; 5 – табло электронного тахометра; 6 – устройство задания числа циклов; 7 – кнопка измерения подачи; 8 – кнопка измерения углов впрыска; 9 – кнопка измерения длительности впрыска

Рисунок 2.32 – Схема пульта стенда

Техническое состояние фильтра определяется по снижению производительности насоса при его работе без фильтра и с фильтром. Для этого в напорный трубопровод насоса подключают фильтр (рис.2.33) и снова оценивают его производительность.

Уменьшение производительности определяется:

, (2.14)

где Q_н – производительность насоса без фильтра, л/мин;

Q_ф – производительность насоса с фильтром, л/мин.

Допускается снижение производительности насоса не более 60%. При больших значениях DQ фильтрующий элемент очищают или заменяют.

1 – мерный цилиндр; 2 – трехходовой кран; 3 – насос; 4 – испытуемый фильтр

Рисунок 2.33 – Схема соединений топливопроводов при диагностировании фильтров

При диагностировании ТНВД определяются углы подачи секциями насоса, величина и равномерность подачи отдельными секциями, работоспособность муфты опережения впрыска топлива и работоспособность регулятора ТНВД на начало и полное отключение подачи. Насос проверяют на стенде (рис.2.34) совместно с комплектом исправных и отрегулированных форсунок при температуре топлива в системе стенда 25…30 °С.

1 – корпус; 2 – подставка для ТНВД; 3 – привод насоса;

4 – манометр; 5 – тахометр; 6 – кронштейн для подкачивающего насоса; 7 – поворотная ось держателя мензурок; 8 – датчик моментов впрыска; 9 – держатель форсунки; 10 – включатель стенда; 11 – тумблер включения датчика впрыска; 12 – держатель трубопроводов низкого давления; 13 – мерная мензурка; 14 – стробоскопическое устройство; 15 – распределительный кран; 16 – штуцера для подключения напорных и сливных трубопроводов; 17 – маховичок вариатора; 18 – пульт включения стендового насоса; 19 – пульт включения электродвигателя привода стенда

Рисунок 2.34 – Схема стенда для диагностирования топливной аппаратуры дизельного двигателя

Перед диагностированием насос устанавливают на подставку 2, кулачковый вал ТНВД соединяют с валом привода стенда, подключают питающие и отводящие трубопроводы. Рычаг управления подачи топлива устанавливают и фиксируют в положении максимальной топливоподачи. При определении углов начала подачи к каждой секции присоединяют прозрачные трубопроводы низкого давления, а их вторые концы вставляют в держатели 12. включают привод стенда, чтобы трубопроводы заполнились топливом, и в них не было пузырьков воздуха. Останавливают стенд и медленно, вручную проворачивая привод стенда, наблюдают за началом вытекания топлива из трубопроводов, фиксируя при этом по подвижной шкале стробоскопа 14 углы начала подачи. Для 4-х секционного насоса топливо должно подаваться секциями через 90°, для 6-ти секционного – через 60°, для 8-ми секционного – через 45°. Отклонение интервала между началами подачи секциями насоса относительно первой не должно превышать ± 0,5° при минимальной топливоподаче, а при максимальной – не более 3…5°. В противном случае осуществляют их регулировку (например, для топливной аппаратуры ЯМЗ – болтами толкателя насоса).

При проверке производительности и равномерности подачи секциями ТНВД отсоединяют от насосных секций трубопроводы низкого давления и подключают трубопроводы высокого давления длиной 400 ± 3 мм, а вторые их концы подключают к форсункам, установленным в держателях 9. На счетчике-автомате устанавливают число циклов, равное w_с и нажимают кнопку «подача» на пульте стенда. Запускают стенд и устанавливают маховичком вариатора требуемую (w_с) частоту вращения. Включают кнопку «пуск» на пульте стенда (рис.2.32), при этом открывается шторка, открывающая подачу топлива в мерные мензурки 13 (рис.2.34). После выполнения требуемого числа циклов (оборотов привода стенда) шторка автоматически перемещается, закрывая подачу топлива от форсунок в мензурки. Величина топливоподачи составляет для различных двигателей 60…122 см 3 .

Неравномерность подачи секциями не должна превышать 2%:

(2.15)

где V_max – максимальная подача;

V_min – минимальная подача.

При необходимости осуществляют регулировку (как правило, путем поворота плунжера относительно его оси).

Работу автоматической муфты опережения впрыска топлива проверяют на стенде с помощью стробоскопического устройства. Для этого запускают стенд, включают кнопку «углы» на пульте стенда и по табло 4 (рис.2.32) определяют углы впрыска первой секции на частоте вращения 600 ± 10 мин -1 и w_с. Их разность при исправной муфте должна быть в пределах 5…6°.

При проверке регулятора на начало и полное отключение подачи топлива определяют цикловую топливоподачу при частотах вращения примерно w_с + 25 мин -1 , w_с + 50 мин -1 и w_с + 100 мин -1 . При w_с + 25 должно произойти некоторое снижение топливоподачи по сравнению с подачей на частоте вращения w_с , при w_с + 50 — топливоподача должна снизиться на 30…50%, при w_с + 100 — подача секциями должна быть полностью прекращена. При необходимости проводят регулировку регулятора.

Указанные диагностические работы выполняются в топливном участке на снятых с автомобиля агрегатах топливной системы. Некоторые из них могут проводиться непосредственно на автомобиле. Проверка угла опережения впрыска проверяется с помощью индикатора момента впрыска (для одноплунжерных насосов легковых автомобилей) или моментоскопа (рис.2.35), устанавливаемого на штуцер первой секции ТНВД вместо трубопровода, идущего к первой форсунке. Он представляет собой небольшой топливопровод 3, заканчивающийся стеклянной трубкой 1 для наблюдения за движением топлива. Медленно проворачивают коленчатый вал двигателя до момента начала движения топлива в стеклянной трубке и определяют угол опережения впрыска (метки углов опережения впрыска нанесены на маховике, а риска или стрелка – на картере сцепления в лючке, который как правило закрывается крышкой). Если он не соответствует рекомендованному значению (15…22°), то осуществляют регулировку. Для этого отпускают болты крепления привода насоса и поворачивают вал насоса по направлению вращения — если необходимо уменьшить угол или против направления вращения – для увеличения угла опережения впрыска. После затяжки болтов проверку повторяют.

1 – стеклянная трубка; 2 – уплотнительная переходная трубка; 3 – топливопровод; 4 – гайка; 5 – ТНВД

Рисунок 2.35 – Схема подключения моментоскопа

Диагностирование топливной аппаратуры непосредственно на автомобиле может осуществляться с помощью мотор-тестеров типа М2-3. Он обеспечивает определение: частоты вращения коленчатого вала; угол опережения подачи топлива (УОПТ), параметров впрыскивания топлива. По характеру получаемых осциллограмм давления дополнительно можно определить: износ нагнетательного клапана и плунжерной пары, поломку пружины толкателя плунжера, техническое состояние распылителя форсунки и др. При испытаниях к первой форсунке подключается датчик давления. Далее запускают двигатель и для измерения угла опережения подачи топлива находят в меню мотор-тестера режим «УОПТ». Одновременно освещают на двигателе метки впрыска лучом стробоскопического устройства и с помощью его потенциометра совмещают подвижную и неподвижную метки. На экране (рис.2.36, а) появится значение УОПТ. Переходя в режим другой команды, получают параметры впрыска топлива: максимальное и остаточное давление (в МПа), а также длительность впрыска в миллисекундах (рис.2.36, б). Двигатель должен работать на холостом ходу.

Рисунок 2.36 – Изображения на экране мотор-тестера при диагностировании топливной аппаратуры

Входя в режим «ВПРЫСК» можно получить на экране мотор-тестера осциллограммы давления впрыска. Сопоставляя их с осциллограммами, полученными при различных неисправностях топливной аппаратуры (рис.2.37), выявляют место и характер неисправностей в испытуемых ТНВД и форсунках. Штриховой линией на приведенных осциллограммах показана диаграмма давления для исправной топливной аппаратуры, сплошной линией — диаграммы давления при наличии различных неисправностей топливной аппаратуры.

Кроме диагностических, по элементам топливной аппаратуры проводятся профилактические и ремонтные работы. При ежедневном обслуживании необходимо, особенно в зимний период эксплуатации, сливать отстой из топливных фильтров и бака. Если смазка ТНВД осуществляется отдельно (не связана с системой смазки двигателя), то проверяется уровень масла в картерах ТНВД и регулятора частоты вращения коленчатого вала. При ТО-1 внешним осмотром проверяется состояние приборов питания, их крепление и герметичность соединений; проверяется действие привода ТНВД. При ТО-2 дополнительно проверяется исправность механизма управления топливоподачей и останова двигателя, оценивается надежность пуска двигателя и частота вращения коленчатого вала в режиме холостого хода. При необходимости ее регулируют. Определяют дымность отработавших газов. Через одно ТО-2 снимают и проверяют форсунки, определяют и регулируют угол опережения впрыска топлива. При сезонном обслуживании снимают с двигателя ТНВД, промывают его и подвергают поэлементному диагностированию с последующими регулировками.

Если при проверках выявлены неисправности элементов топливной аппаратуры, которые невозможно устранить регулировочными работами, по ним проводится ремонт. Первоначально они подвергаются наружной очистке и мойке в керосине. После разборки детали промывают в авиационном бензине или растворителе (например, в уайт-спирите), а затем в очищенном дизельном топливе. Распылители форсунок очищают от нагара деревянным бруском, пропитанным

а – при износе нагнетательного клапана; б – при износе плунжерной пары; в – при суммарном износе нагнетательного клапана и плунжерной пары; г – при закоксовании сопловых отверстий распылителя форсунки; д – при уменьшении давления начала подъема иглы распылителя форсунки

Рисунок 2.37 – Отображаемые мотор-тестером осциллограммы при наличии неисправностей топливной аппаратуры

моторным маслом. Сопловые отверстия прочищают стальной или медной калиброванной проволокой. Если обнаружено подтекание топлива при распыливании или заедание иглы при перемещении ее в корпусе распылителя, то узел заменяют.

Элементы подкачивающего насоса и ТНВД заменяют, если обнаружены значительные износы на их рабочих поверхностях.

Пружины проверяют на неперпендикулярность и усталостный износ. Неперпендикулярность определяется после установки пружины на поверочную плиту. При отклонении боковой поверхности пружины более чем на 2 мм, пружина заменяется (плунжерные пружины заменяются сразу комплектом). Усталостный износ определяется штангенциркулем по длине пружины в свободном состоянии. Если она не соответствует нормативной, пружина также заменяется новой.

Топливопроводы высокого давления выбраковываются, если имеются значительные вмятины, сквозные повреждения и радиусы изгибов менее 30 мм.

При повреждении топливных баков, их подвергают наружной очистке, промывают моющим раствором и горячей водой внутреннюю полость для удаления паров дизтоплива. Небольшие трещины устраняют пайкой оловянисто-свинцовым припоем. На большие трещины накладывают заплаты с припайкой их краев либо газовой сваркой.