Не течь, а распылять: почему перестаёт работать форсунка бензинового двигателя
Форсунка бензинового мотора – деталь весьма сложная и, как ни странно, противоречивая. Вроде бы она должна быть очень точной, но при этом её стараются сделать как можно проще. Она должна быть максимально лёгкой и быстрой, но при этом не изнашиваться в жёстких условиях эксплуатации при высокой температуре. И надо признать, что современные электромагнитные форсунки со своими задачами справляются обычно хорошо. Но со временем они всё-таки тоже ломаются и даже могут загубить ещё вполне рабочий мотор. Сейчас расскажем, каким образом.
От башни к электроклапану
Я не очень люблю уходить от темы в исторические экскурсы, но история форсунки довольно любопытна. Может быть, некоторые помнят, что изначально Рудольф Дизель хотел жечь не солярку, а угольную пыль. Получилось плохо – у этой пыли не слишком большая теплоотдача. Однако идея распылять в виде горючего порошок посещала не только Дизеля: Александр Иванович Шпаковский сделал первую форсунку для порошка ещё в 1864 году. Но успеха было не больше, чем у Дизеля. Нужно было изобрести кое-что новое – форсунку для жидкого топлива.
И тут опять отличился наш соотечественник – Владимир Григорьевич Шухов. Да-да, тот самый Шухов, по проекту которого была построена известная телебашня на Шаболовке. Но это было намного позже, а в 1880 году на тот момент ещё студент Шухов изобрёл форсунку для жидкого топлива. Это изобретение очень понравилось брату Альфреда Нобеля – Людвигу. Понравилось настолько, что он купил патент и стал ставить форсунки Шухова на морские суда. Ну а за дальнейшее развитие форсунок надо сказать спасибо Роберту Бошу. Он придумал сразу несколько типа форсунок для жидкого топлива, и главное – «подружил» их с насосом высокого давления.
Шухов Владимир Григорьевич (1853-1939)
Конечно, в дизельных моторах форсунки появились раньше, чем в бензиновых, где стояли карбюраторы. Однако уже в 1970-х, с появлением так называемых инжекторных систем, форсунки пришлось ставить и на бензиновые моторы. Сейчас уже, наверное, не все вспомнят ранние варианты инжектора с моновпрыском – одной форсункой на впускном коллекторе вместо карбюратора. Нынче форсунки ставят на каждый цилиндр отдельно, причём есть как простой распределённый впрыск во впускной коллектор, так и непосредственный – в цилиндры. Есть ещё и моторы с комбинированным впрыском, где форсунки – в каждом цилиндре и одна – во впускном коллекторе. Проблемы форсунок непосредственного впрыска немного специфичны, так что сегодня будем говорить о самых распространнённых проблемах форсунок моторов с распределённым впрыском.
За время своего развития форсунки разделились по принципу своей работы на несколько типов: механические, пьезоэлектрические, электрогидравлические и электромагнитные. Первые три обычно применяются на дизельных моторах (при этом пьезоэлектрические могут встретиться и на бензиновом), ну а в бензиновых двигателях с распределённым впрыском работают сравнительно простые и надёжные электромагнитные форсунки. Впрочем, простые ли?
Быстро, точно, экономно
Итак, как работает электромагнитная форсунка? Теоретически не очень сложно. Форсунки стоят на топливной рампе, куда бензонасос под приличным давлением подаёт бензин. Задача форсунки – по команде ЭБУ своевременно открыться, впрыснуть топливо и закрыться.
Для этого на обмотку соленоида подаётся электрический импульс. Под его воздействием появляется магнитное поле, которое затягивает якорь. Якорь (шток) соединён с запорной иглой. Как только якорь заходит внутрь катушки, игла открывает сопла распылителя, и форсунка впрыскивает топливо. Щелчки, которые издают форсунки (даже не щелчки, а цокот, который хорошо слышно на холостых оборотах коленвала), – это следствие цикличной работы соленоида и бегающего туда-сюда якоря внутри форсунки.
Вроде бы всё просто, но вся форсунка – это один большой компромисс. С одной стороны, игла должна быть очень прочной и надёжно перекрывать сопла распылителя в тот момент, когда на обмотке нет напряжения. С другой стороны, утяжелять иглу нельзя: чем она массивнее, тем больше у неё инерция, а значит – ниже скорость работы. Тем временем производительность форсунки определяется суммарным временем открытия клапана, потому что в ходе одного цикла впрыска современная форсунка успевает несколько раз открыться и закрыться. Так что сделать идеальную форсунку не так просто, как кажется.
От точности работы форсунки зависит очень многое, это очевидно. Не совсем очевидно то, что даже в это устройство запустили свои руки экологи: они заставляют современные моторы работать на бедной смеси, а для этого требуется максимально точная работа форсунки. К сожалению (или к счастью), производительность форсунки в конкретный период времени зависит исключительно от времени, на которое открыты сопла распылителя. Диаметр сопла или давление в топливной рампе форсунка изменять не умеет, поэтому единственный её инструмент – это время срабатывания. При этом форсунка должна уметь пережить миллионы циклов работы без замены, что тоже достаточно сложно. Поэтому повторю ещё раз: несмотря на внешнюю простоту, форсунка – весьма технологичное устройство. И иногда оно перестаёт работать штатно.
Льёт – не льёт
У форсунки может быть три типичные неисправности: она может не пропускать топливо тогда, когда это надо; может пропускать, когда не надо; может пропускать, когда надо, но делать это неправильно. Теперь о всех трёх ситуациях подробнее.
Как это – не пропускать топливо тогда, когда это надо? Во-первых, может просто пропасть сигнал на открытие: в проводке форсунки может быть и обрыв, и замыкание. Во-вторых, в бензине всегда есть примеси, которые формируют отложения на форсунке. Отложения могут забить распылитель, и тогда форсунка тоже не сможет пропускать бензин. Впрочем, загрязнения чаще приводят к тому, что форсунка пропустить топливо может, но делает это неправильно.
Вторая ситуация – это потеря герметичности. В этом случае запорная игла не способна перекрыть сопла распылителя, вследствие чего форсунка начинает протекать. Эта неисправность встречается гораздо чаще первой. Да и объясняется она проще: тут целый набор причин, начиная от тех же отложений до износа самой иглы. Хорошо, что и обнаружить негерметичность форсунки не слишком сложно. Кроме этого можно встретить негерметичность корпуса форсунки. В этом случае внутренние уплотнения подсыхают, и бензин идет в обмотку, а оттуда вытекает наружу
Ну и третий потенциальный сюрприз – это неправильное распыление бензина. Теоретически оно должно быть мелкодисперсным, но в ряде случаев факел распыления нарушается до такого состояния, что бензин начинает течь, причём с какой-нибудь одной стороны. А может не течь, а наоборот – поступать в меньшем количестве. И ещё может просто нарушиться форма факела распыления, что тоже плохо: не получится создать однородную топливо-воздушную смесь, и её горение будет неправильным.
Как же понять, что с форсункой что-то не так?
Смотреть и слушать
Разумеется, полноценно проверить форсунки можно только на стенде. Для этого их надо снять и отдать специалистам на нормальную диагностику. Но, может, есть способ что-то сделать проще? Способ, конечно, есть, но он не так хорош. Хотя надо признать, выручить может.
Начнём с самого простого: с проверки форсунок на слух. На некоторых моторах (например, на всех корейских) цокот форсунок слышен очень хорошо. Единственная сложность – понять, это цокот всех форсунок или какая-то одна из них решила цокать? С шумными форсунками рядной «четвёрки» хорошо: можно просто послушать каждую и понять, что работают все. Но часто для этой проверки потребуется стетоскоп, который можно заменить любой деревяшкой или железкой, которая проводит звук лучше воздуха. Надо только внимательно послушать и убедиться, что не только все форсунки щёлкают, но и делают это одинаково. Никаких посторонних звуков в виде свиста или шипения быть не должно.
Если какая-то форсунка не работает, можно проверить, подаётся ли на неё напряжение. Для этого последовательно с катушкой нужно подключить светодиод. Если он будет мигать в такт мотору, значит, питание есть. Правда, это не означает стопроцентной исправности – точно сигнал можно отследить только осциллографом.
Протекающую форсунку можно косвенно отследить по неуверенному пуску и быстро зарастающей нагаром свече зажигания. Если в каком-то из цилиндров свеча быстро обрастает чёрной копотью, появляются пропуски зажигания, которые проходят после чистки или замены свечи и появляются в этом цилиндре вновь, скорее всего, форсунка утратила герметичность. Еще один способ выявить проблемы с форсункой – анализ топливной смеси: богатая смесь может говорить о переливающей форсунке. Но, во-первых, причина богатой смеси может быть и иной, а во-вторых, без опыта работы со сканером разобраться в нюансах топливной коррекции сложно, так что сходу «опознать» форсунку не получится.
К сожалению, ничего более интересного без снятия форсунок сделать невозможно. Если есть очень большая тяга к практически бесполезным действиям, можно измерить сопротивление обмотки соленоида, но вряд ли кто-то из автолюбителей знает, каким оно должно быть в номинале. Тут можно будет найти только обрыв или КЗ обмотки, но такое с форсункой происходит очень редко. Поэтому лучше снять всю рампу и посмотреть, как форсунки выглядят со стороны. При этом рампу не надо отключать от топливной магистрали – нам надо увидеть негерметичность или нарушение формы распыления.
Проще всего будет увидеть текущую форсунку. Обычно достаточно включить зажигание и дождаться, когда бензонасос накачает в рампу давление. Если после этого какая-то форсунка стала протекать, её придётся заменить. Затем можно поместить рампу в какую-то ёмкость и покрутить коленвал стартером. В момент пуска мотора форсунки уже работают, так что как они распыляют топливо, будет хорошо видно. Главное, не надо его распылять с сигаретой во рту. Если на одной из форсунок форма факела сильно отличается от формы распыления других форсунок, её тоже лучше заменить или хотя бы промыть. Хотя насчёт промывки форсунок не всё так однозначно, и иногда промывка может стать последним событием в жизни форсунки. Отмечу, что иногда форсунка может подтекать в конкретных условиях: например, только в холода или наоборот, после прогрева – в таком случае диагностика будет более сложной.
На всякий случай повторю ещё раз: полностью проверить форсунки (в том числе и их производительность) можно только на стенде. Ну а если форсунки приходится снимать, обратите внимание на состояние уплотнительных колечек: повторно их лучше не ставить из-за возможного возникновения подсоса воздуха.
Доступ к сервису временно запрещён
С вашего IP-адреса одновременно поступает очень много запросов.
Такое поведение показалось подозрительным, поэтому мы временно закрыли доступ к сайту.
Возможно, на вашем устройстве есть программы, которые отправляют запросы без вашего ведома.
Что мне делать?
Напишите в службу поддержки через форму обратной связи.
Подробно опишите ситуацию — поможем разобраться, что случилось, и подскажем, как действовать дальше.
Что такое форсунки в двигателе и как понять, что они работают неправильно
Топливная форсунка (или инжектор) — это элемент системы впрыска автомобиля с бензиновым или дизельным двигателем внутреннего сгорания. Эта деталь распыляет горючее, чтобы оно равномерно смешивалось с воздухом и эффективно сгорало. Бывают различные виды инжекторов, но принцип работы у всех примерно одинаковый. Находятся форсунки на головке цилиндроблока. Их количество зависит от общего числа цилиндров, так как для каждого требуется по одной. Чаще всего в легковых автомобилях их четыре.
Как работает инжектор
Форсунки, которые производят для дизельных моторов, отличаются от деталей для бензиновых силовых агрегатов. Причина в разных механизмах сжигания горючего в каждом из них, поскольку уровень давления у бензиновых двигателей намного ниже, чем у дизельных.
Впрыскивающие детали топливной системы бывают:
- механическими;
- электромагнитными;
- электрогидравлическими;
- пьезоэлектрическими.
Простые варианты инжектора похожи на насос, который под действием высокого давления распыляет горючее. На современных автомобилях устанавливаются детали с электронным блоком управления впрыска. Он определяет правильное время для запуска и объем топлива для распыления. Он указывает запорному клапану, когда открываться, после чего прыскает горючее в камеру сгорания.
- давление начала впрыска;
- динамический диапазон работы и минимальная цикловая подача топлива;
- время открытия и закрытия;
- угол конуса распыления и дальнобойность факела горючего;
- величина распыляемых частиц и распределения горючего в факеле.
Признаки неисправности топливной системы
Есть несколько симптомов, по которым можно узнать о неработающей должным образом системе впрыска:
- мотор плохо заводится, глохнет на холостом ходу;
- плавающие или нестабильные холостые обороты тоже являются признаком неисправности;
- из выхлопной системы идет черный дым;
- у автомобиля плохая динамичность;
- еще один симптом — увеличившийся расход бензина.
Причины неисправности
Причиной неправильной работы чаще всего является образование налета на внутренней поверхности форсунки. Она начинает плохо распылять бензин или дизтопливо. Бывают случаи, когда горючее просто течет струей, почти не смешиваясь с воздухом. Сгорая, неоднородная воздушно-топливная смесь не дает должного количества энергии, поскольку основная часть просто вылетает в выхлопную трубу. Это влияет на работу мотора, который становится менее динамичным. Из-за чего водителю приходится сильнее нажимать педаль газа, что приводит к перерасходу топлива, а динамика транспорта продолжает падать.
Почему еще топливная система может работать некорректно?
- Владелец льет некачественный бензин или дизтопливо.
- Внутри детали появились признаки коррозии.
- Деталь давно не меняли, произошел ее естественный износ.
- Топливный фильтр вышел из строя и пропускает топливо неочищенным.
- Допущены ошибки при монтаже детали.
- Перегрев.
- Обрыв кабеля к блоку управления.
- Короткое замыкание в катушке.
- Попадание влаги. Это свойственно дизельным двигателям, если автовладелец не удаляет конденсат из отстойника топливного фильтра.
Как узнать, что форсунки льют
Если говорят, что «льет форсунка» — значит деталь пропускает горючее. Признаки такой неисправности:
- запах бензина в салоне;
- трудности при запуске мотора;
- разбавленное моторное масло.
Эти симптомы могут быть вызваны нарушением целостности одного из элементов (например, износилось уплотнительное кольцо), загрязнением фильтров или когда из строя вышел топливный насос.
Когда нужно делать профилактику и менять форсунки
Чтобы мотор работал должным образом, нужно периодически проверять и чистить распылитель. Автоэксперты советуют делать профилактику через каждые 20–30 тысяч км пробега. Но нужно понимать, что на данный регламент влияет количество моточасов и качество топлива. Если машина эксплуатируется в городе, часто стоит в пробках, то «лечение» нужно проводить чаще — примерно через 15 000 км пробега.
Процедуру можно делать разными способами (со снятием форсунок и без):
- добавить в бензобак специальные чистящие средства;
- с помощью ультразвуковой чистки, при которой нужно снимать детали;
- промыть в автосервисе на специализированном стенде.
Нужно понимать, что у запчастей разных производителей сроки службы различаются. В среднем деталь может корректно работать при пробеге до 100–150 тысяч км, хотя в реальности это зависит от того, насколько интенсивно эксплуатируется авто. Чтобы деталь прослужила дольше, нужно придерживаться двух правил: лить бензин и дизтопливо на проверенных автозаправочных станциях, а также вовремя обслуживать топливную систему.
Совет от экспертов Трейд-ин Кунцево: при покупке автомобиля с пробегом более 50 000 км рекомендуем проверять работу форсунок в автосервисе.
Как проверять и обслуживать топливные форсунки
Именно форсункам современные автомобили в первую очередь обязаны своей экономичностью и экологичностью, уровень которых недоступен для машин предыдущих поколений. Форсунки не только правильно дозируют топливную смесь, а и формируют оптимальную геометрию струи, давление и угол распыла. Они – основное звено в цепи между топливным насосом и двигателем.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ФОРСУНОК
Большинство современных двигателей (вне зависимости от вида топлива, на котором они работают) оснащено системой распределенного многоточечного впрыска – то есть, количество форсунок соответствует (или кратно) количеству цилиндров. Устанавливаются форсунки на рампе – так проще и крепить их, и подавать топливо. Оно, поступая под действием топливного насоса, задерживается в рампе регулятором давления или, в системах прямого впрыска, клапаном.
Далее форсунки впрыскивают топливо:
• в простых бензиновых двигателях – во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом;
• в дизельных двигателях, а также в бензиновых с прямым (непосредственным) впрыском – напрямую в камеру сгорания.
Существуют варианты дизелей, в которых топливо впрыскивается в предкамеру (также называемую вихревой), но смысла работы форсунок это не меняет. Топливо форсунка распыляет в форме конического факела жидкостной пыли – так оно лучше смешивается с воздухом, не оседает на стенках рабочей камеры и коллектора. Обычно форсунка впрыскивает топливо несколько раз за цикл, распределяя его порционно.
ВИДЫ ТОПЛИВНЫХ ФОРСУНОК
По принципу управления форсунки делятся на две основные группы:
• механические, в которых впрыск регулирует клапан, открывающийся при повышении давления в рампе, и закрывающийся, когда оно падает при поступлении дозы топлива в цилиндр;
• электромеханические, управление которыми производится с внешнего контроллера – как правило, электронного блока управления двигателем (ЭБУ)
Несмотря на то, что наиболее продвинутые механические форсунки имеют расширенные характеристики – например, позволяют осуществлять двухступенчатую подачу топлива, их применение осталось в прошлом, а в современных двигателях преимущественно используются электронные устройства, в свою очередь, также делящиеся на следующие группы:
1. Электромагнитные форсунки. Применение – простые бензиновые двигатели. За открытие иглы распылителя отвечает электромагнит, импульс на который посылает ЭБУ. По завершении фазы впрыска (момент и продолжительность также контролирует электроника) ток отключается, игла возвращается назад пружиной. Такие форсунки создают относительно невысокое давление – около 40 бар, недостаточное для дизельных двигателей.
2. Электрогидравлические форсунки. Применяются в дизельных двигателях (в т.ч. с системой Common Rail). Принцип работы довольно схож с механическими и состоит в уравнивании давления на запорную иглу, но открывается форсунка под управлением электроники.
3. Пьезоэлектрические форсунки. Наиболее современные, используются и в бензиновых моторах, и в дизелях. Иглой движет пьезоэлемент из керамики, расширяющийся под действием тока. Достоинства – максимальное быстродействие, позволяющее вспрыскивать топливо в 2-4 приема, и работа с высоким давлением – до 2000 бар.
4. Насос-форсунки. Популярны в дизельных двигателях. Совмещают в себе функции форсунки и насоса высокого давления, что позволяет не использовать ТНВД. Плунжер приводится в движение от распредвала, а за клапан (иглу) могут отвечать как электромагнит, так и пьезокристаллы.
Наконец, нужно упомянуть форсунки для газобаллонного оборудования (ГБО) IV поколения, устанавливающиеся, как правило, параллельно с основной топливной системой. Они бывают штокового (электромагнитного), игольчатого и мембранного типов.
ПРИЗНАКИ НЕИСПРАВНОСТИ ФОРСУНОК
Форсунка будет работать неправильно, если нарушен состав смеси и/или искажена форма факела. Нужно заменить, что часто симптомы некачественной работы форсунок во многом похожи на неполадки в других системах автомобиля: клапанах, топливном насосе, свечах и катушках зажигания, датчике коленвала, и для определения истинной причины необходима комплексная диагностика.
• трудности с пуском, особенно после непродолжительной остановки (самый частый и явный симптом);
• нестабильный холостой ход;
• рывки при разгоне и движении;
• черный дым и хлопки из выхлопной трубы;
• увеличение расхода топлива;
• повышение уровня СО в выхлопных газах;
• повышенная температура в камере сгорания.
Устранением неисправностей нужно заняться как можно быстрее, поскольку проблемы с инжектором могут негативно сказаться на работе двигателя, трансмиссии, привести к быстрому выходу из строя каталитического нейтрализатора, а также привести к проблемам при управлении автомобилем – при движении на крутых подъемах, обгонах, в других сложных ситуациях.
ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ФОРСУНОК ИЗ СТРОЯ
Главные виновники поломок форсунок – отложения от тяжелых фракций топлива и частиц несгоревшего масла, образующиеся на деталях камеры сгорания. Смолистый нагар вредит всем составляющим форсунки:
• сопло засоряется, в результате количество топлива, поступающего в цилиндр, уменьшается, а форма факела распыла искажается;
• запорный конус иглы из-за отложений неплотно садится в седло, что приводит к разгерметизации форсунки, она может начать переливать топливо.
Другой причиной засора и, как следствие, неисправности форсунок может стать засорение топливных фильтров – как общего, находящегося в баке или другом месте магистрали, так и тех, что находятся в рампе или в самой форсунке.
Кроме того, причинами выхода из строя этих деталей могут стать:
• повышенное содержание в топливе серы;
• коррозия металлических частей топливной магистрали;
• воздействие высоких температур;
• Проблемы с работой форсунок также могут возникнуть по вине питания, поступающего на нее с ЭБУ.
КАК ПРОВЕРИТЬ ФОРСУНКУ
Проверить работоспособность форсунок можно самостоятельно, не снимая их с автомобиля, особенно, если дело касается электропитания. Первый способ – проверка напряжения в цепи форсунки. Для этого нужно снять разъем и при помощи мультиметра определить, поступают ли на него импульсы. Делать это можно как в одиночку (тогда придется снимать разъемы с каждого цилиндра по очереди), или с помощником – в этом случае разъемы можно снять все, и проверять их поочередно, прокручивая двигатель стартером. Вместо мультиметра можно использовать лампочку (светодиод). Если напряжение поступает (короткими импульсами) – значит, проводка исправна. Если нет – необходимо искать обрыв в цепи.
Примерно так же, снимая разъемы с форсунок (но не заводя двигателя), можно проверить сопротивление катушек внутри форсунок. Предварительно (из руководства по эксплуатации или других источников) желательно узнать заводские характеристики форсунок конкретного двигателя. Но даже если это не удастся сделать, сравните показания для разных цилиндров: маловероятно, что все до одной форсунки вышли из строя.
Существует метод проверки форсунок на слух, приложив к форсунке стетоскоп или какой-либо предмет, другой конец которого может контактировать с ухом. Исправная форсунка издает только щелчки, а засоренная – еще и посторонние звуки наподобие хрипения, стуков вибраций. Но для того, чтобы быть уверенным в этом методе, нужно обладать опытом (по крайней мере, знать, как звучит рабочая форсунка).
Оценить состояние распылителей форсунок: форму факела, количество распыляемого топлива, можно, демонтировав их с двигателя (в том числе, в сборе с рампой), но не отключая от электропитания автомобиля. Погружая форсунки в прозрачную емкость и прокручивая двигатель стартером, можно определить их работоспособность.
Внимание! Способ этот весьма небезопасный, поскольку топливо под давлением выходит наружу. Применять его самостоятельно нежелательно, да и неопытному человеку он даст мало информации. Для диагностики форсунок лучше обратиться на СТО, где есть специализированная установка – стенд, на который для проверки устанавливаются снятые с авто форсунки. Стенд соберет информацию о деталях, проведя циклирование в разных режимах, кроме того, через его прозрачные стенки специалисты смогут проконтролировать работу форсунок визуально.
СПОСОБЫ ОЧИЩЕНИЯ ФОРСУНОК
Если форсунки в принципе работоспособны, но загрязнены отложениями, можно попробовать очистить их, даже не снимая с автомобиля. Самостоятельно это легко сделать двумя методами:
регулярно повышая обороты и скорость автомобиля (до 4-5 тыс. об/мин и 120-130 км/ч) на ровных прямых участках, дав автомобилю поработать в таком режиме 10-15 минут;
заливая в бак специальные составы.
Однако оба эти метода малоэффективны при серьезных проблемах. В этом случае рекомендуется провести очистку форсунок в условиях профессионального автосервиса:
• при помощи подключенной к рампе специальной очищающей жидкости;
• методом ультразвуковой чистки.
Последний метод более эффективен, однако противопоказан форсункам, содержащим керамические детали. В первом случае после процедуры в обязательном порядке необходимо будет заменить свечи зажигания. Но какой бы метод вы не выбрали, вам с удовольствием помогут на любой из станций техобслуживания сети умных автосервисов Wilgood.