Часть 1. Проблематика и актуальность темы
Один из самых сложных моментов в профессии диагноста – ситуация, когда симптомы косвенно указывают на проблемный компонент, но нет возможности однозначно проверить диагноз. «Давайте поменяем, а если не оно, то будем искать дальше» – одна из фраз, катастрофически снижающих лояльность клиента. И наоборот, если есть возможность однозначно и наглядно проверить компонент перед постановкой диагноза, это даёт уверенность и диагносту, и клиенту.
Частный случай такой ситуации – проблемы бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. В процедурах проводимой диагностики от производителей часто встречаются рекомендации по типу «снимите форсунки, проделайте определённые манипуляции, при таких-то результатах – замените форсунки». У этих процедур на практике есть ряд минусов:
– Само по себе снятие форсунок GDI/FSI иногда бывает не дешёвой операцией, за которую клиент не будет рад платить только для того, чтобы исключить проблему. Например, уплотнительные кольца на форсунках по технологии являются одноразовыми и подлежат замене при снятии форсунок. При этом стоимость этих колец может составлять от 10 до 50 евро. Поэтому, если уж снимать форсунки, хорошо бы иметь возможность проверки с объективными контролируемыми параметрами.
– Документация от производителя не подразумевает восстановления форсунок. Если они вышли за рамки допустимых параметров, предписана замена. Средняя стоимость таких форсунок около 150 евро и для клиента такая сумма крайне весома. Возможность хотя бы наглядно продемонстрировать проблему старых форсунок значительно повысит доверие клиента.
– Если окажется, что можно не покупать новую форсунку, а восстановить старую, то клиент с радостью оплатит такую работу и будет доволен сервисом.
Все эти пункты решаются, если на СТО есть стенд для проверки и промывки форсунок непосредственного впрыска. Однако если стенды для форсунок MPI уже более 15 лет являются привычным оборудованием для сервисов, то стенды для форсунок непосредственного впрыска распространены гораздо меньше.
Детально проанализируем проблемы, возникающие с форсунками непосредственного впрыска, и пути их решения. Статья будет разбита на три части:
В первой мы рассмотрим актуальность вопроса, возникающие проблемы, причины их возникновения.
Во второй мы изучим способы диагностики, реализуемые на стенде, и аргументированно покажем, почему именно такие пути решения оптимальны.
Наконец, в третьей части мы поговорим о том, как именно реализована промывка в нашей установке и каким образом это позволяет решить почти все проблемы, кроме механических повреждений форсунки.
Актуальность вопроса
Прежде чем вдаваться в технические подробности, уточним, не обсуждаем ли мы надуманную проблему.
Будем исходить из количества автомобилей с непосредственным впрыском бензина. По косвенным данным, на территории СНГ насчитывается около 20 миллионов подобных автомобилей. Это около 80 миллионов форсунок.
По данным агентства «Автостат», на конец 2021 года только в РФ насчитывалось около 9,9 миллионов автомобилей с бензиновыми двигателями, соответствующими экологическим нормам «Евро-5». Эти нормы могут выполнить только автомобили с непосредственным впрыском бензина. Кроме того, некоторая доля автомобилей с непосредственным впрыском соответствует более низким экологическим нормам – это число неизвестно, но можно ожидать, что это не сотни и не тысячи, ведь большая немецкая тройка уже очень давно поставляет автомобили с непосредственным впрыском в больших количествах. Все они ездят по нашим дорогам и не молодеют, а значит, периодически требуют обслуживания.
Разумеется, решение о том, будет ли услуга востребована на конкретной СТО, принимается, исходя из конкретной ситуации на ней. Из приведенных выше цифр можно сделать предварительный вывод о том, что фронт работ, в целом, для такой установки найдётся.
В каких ситуациях требуется проверка форсунок
Автовладелец, за редким исключением, не приезжает с просьбой «проверьте мне форсунки». Даже если и приезжает, то волнуют его на самом деле не форсунки сами по себе, а работа автомобиля.
Чаще всего причина обращения связана с явно выраженным симптомом: загоревшаяся лампа [Check Engine] без внешних изменений в поведении автомобиля либо изменившийся «характер» машины. Последний случай включает в себя множество проблем: сниженная мощность, неровная работа, высокий расход топлива, затруднённый пуск горячего двигателя и еще много случаев.
Большое количество проблем в поведении автомобиля может быть как связано с форсунками, так и абсолютно нет. Самый явный пример: неровная работа двигателя и ошибка [P0171] (бедная смесь). Ошибка связана с тем, что в отработавших газах повышено содержание кислорода. Блок управления видит это по показаниям датчика кислорода (лямбда-зонда), трактует как бедную смесь и увеличивает длительность впрыска, чтобы обогатить смесь. Если увеличение длительности впрыска (топливная коррекция) достигает предела, заданного в ПО блока управления, блок регистрирует ошибку и переходит в аварийный режим.
Причиной этой ситуации может быть как загрязнение форсунок, так и подсос воздуха через неплотность впуска, негерметичность системы вентиляции картерных газов, трещина в выпускном коллекторе, приводящая к подсосу воздуха не во впуск, а непосредственно к датчику кислорода.
Часто при диагностике таких проблем ситуация упирается в необходимость объективной проверки форсунок. При современной компоновке двигателей, бывают ситуации, когда форсунки надо снимать, потому что они чисто механически препятствуют проведению других проверок. Так, например, дела обстоят на автомобилях Ford Focus с двигателями Ecoboost, ведь чтобы проверить взаимное расположение распределительных валов и коленчатого вала, надо снять клапанную крышку, а для этого снять топливную рампу и форсунки. В этом случае проверить форсунки имеет смысл просто по причине «раз уж всё равно сняли».
Параметры форсунок
Чтобы говорить о проблемах форсунок, требуются измеримые параметры, по значениям которых мы сможем отличить исправные форсунки от проблемных. При работе двигателя важно следующее:
- Производительность форсунок – это количество топлива, проходящее через неё в заданный период времени. Как правило, важна не только производительность, но и равномерность этого параметра между форсунками на одном двигателе. Если производительность форсунки значительно отличается от номинальной, блок управления будет компенсировать это длительностью открытия, изменяя значение топливной коррекции.
- Форма факела распыла – это важнейший параметр, влияющий на качество смесеобразования. При изменении факела распыла, топливовоздушная смесь может формироваться неправильно, что приведёт к неправильному сгоранию. Неправильное (неполное) сгорание может быть воспринято блоком управления как обеднённая смесь, он начнёт исправлять это топливной коррекцией, что приведёт к повышенному расходу. Это не единственная возможная проблема, в определённых режимах изменение формы факела распыла может привести к физическим повреждениям. Вот конкретный пример:
1 – Идеальная форма факела распыла. Такой распыл обеспечивает новая чистая форсунка.
2 – Допустимое отклонение. Форсунка ещё исправна, но загрязнения распылителя могут приводить к некритичному изменению формы факела распыла.
3 – Недопустимое отклонение. В определённых режимах фронт воспламенения будет проходить не там, где задуман конструктивно, что может приводить к физическим повреждениям.
Пример такого повреждения (оплавление свечи зажигания) приведён ниже:
3. Герметичность форсунки. Если игла садится в посадочное место неплотно, из форсунки будет «подтекать» топливо. При работе двигателя это может приводить к переобогащению смеси, которое будет скомпенсировано блоком управления. Подтекание, при заглушенном двигателе, приведёт к попаданию бензина в камеру сгорания, что смоет масляную плёнку со стенок цилиндра в области поршневых колец и повлияет на эффективность горячего запуска.
Какие проблемы бывают с форсунками
Понятно, какие проблемы бывают в поведении автомобиля. Примерно понятно, какие параметры форсунок на это влияют. Теперь надо понять, что именно внутри самой форсунки влияет на её параметры. Проблемы форсунок можно разделить на следующие категории:
- «Электрические»
Это проблемы с обмотками (не применимо к пьезоэлектрическим форсункам). Это может быть межвитковое замыкание, приводящее к снижению усилия, развиваемого соленоидом для подъёма иглы. Как правило, цепь управления соленоидом контролируется блоком управления и подобные проблемы обнаруживаются системой самодиагностики по изменению тока, протекающего по этой цепи. Однако в системе самодиагностики заданы пороговые значения, если они не достигаются, ошибка зарегистрирована не будет. При этом игла может ходить медленнее или с меньшей амплитудой, что скажется на производительности форсунки.
2. Смолистые отложения внутри форсунки
Как правило, они вызваны повышенным содержанием смол в бензине. Эти отложения влияют на ход иглы. В зависимости от того, где именно расположились отложения, игла может неплотно садиться в посадочное место, а может просто ходить затруднённо. В первом случае это приведёт к негерметичности форсунки с симптомами, описанными в предыдущем разделе. Во втором случае проблема может проявляться как пониженная производительность форсунки в некоторых режимах работы из-за неполного или замедленного поднятия иглы.
Для наглядности мы сфотографировали иглу и распылитель одной из разобранных нами форсунок. На игле отчётливо видны смолистые отложения:
1 – Игла форсунки
2 – Распылитель
А так это выглядит на 3D-модели, которая позволяет отобразить отложения на тех частях, которые с трудом поддаются фотографированию. Видно, что отложения, препятствующие ходу иглы, могут находиться не только на самой игле, но и на полостях, в которых перемещаются подвижные части форсунки:
3. Твёрдые отложения на распылителе форсунки
Эти отложения, как правило, просто нагар. Распылитель форсунки непосредственного впрыска находится в камере сгорания. Любой, даже самый экологичный бензин, будет сгорать не слишком чисто, поэтому нагар в камере сгорания – процесс ожидаемый. Горит не только топливо, ведь в камеру сгорания попадают также картерные газы, а в некоторых режимах и отработавшие газы от предыдущего цикла сгорания (EGR). Всё это приводит к тому, что на всех поверхностях камеры сгорания могут появляться твёрдые отложения. Здесь речь идёт о вероятностном процессе, рано или поздно эти отложения могут оказаться в районе отверстия распылителя, изменяя форму факела распыла, и/или снижая производительность форсунки за счет «дросселирования» отверстия. Распылитель загрязнённой форсунки мы сфотографировали под микроскопом. На фотографии отчётливо видны твёрдые отложения в районе отверстия на распылителе:
В следующей статье мы рассмотрим методы диагностики форсунок GDI/FSI и реализацию этих методов в стенде GRUNBAUM INJ6000N GDI.