Рішення для діагностики та очищення форсунок GDI\FSI

14 травня 2022

Частина 1. Проблематика та актуальність теми

Один із найскладніших моментів у професії діагноста - ситуація, коли симптоми побічно вказують на проблемний компонент, але немає можливості однозначно перевірити діагноз. "Давайте поміняємо, а якщо це не воно, то шукатимемо далі" – одна з фраз, що катастрофічно знижує лояльність клієнта. Та навпаки, якщо є можливість однозначно та наочно перевірити компонент перед постановкою діагнозу, це дає впевненість і діагностові і клієнтові.

Окремий випадок такої ситуації - проблеми бензинових двигунів із безпосереднім вприскуванням палива. У процедурах діагностики, що проводяться від виробників, часто зустрічаються рекомендації за типом "поміняти форсунки, чи виконайте певні маніпуляції, при таких результатах – замініть форсунки". У цих процедурах на практиці є низка мінусів:

- Саме по собі зняття форсунок GDI/FSI іноді буває не дешевою операцією, за яку клієнт не буде радий платити тільки для того, щоб виключити проблему. Наприклад, кільця ущільнювачів на форсунках за технологією є одноразовими та підлягають заміні при знятті форсунок. При цьому вартість таких кілець може складати від 10 до 50 євро. Тому, якщо вже знімати форсунки, добре б мати можливість перевірки з об'єктивними контрольованими параметрами.

- Документація від виробника не передбачає відновлення форсунок. Якщо вони вийшли за рамки допустимих параметрів, показано заміну. Середня вартість таких форсунок близько 150 євро і для клієнта така сума вкрай вагома. Можливість хоча б наочно продемонструвати проблему старих форсунок значно підвищить довіру клієнта.

- Якщо виявиться, що можна не купувати нову форсунку, а відновити стару, то клієнт із радістю сплатить таку роботу і буде задоволений сервісом.

Усі ці пункти вирішуються, якщо на СТО є стенд для перевірки та промивання форсунок безпосереднього вприскування. Проте, якщо стенди для форсунок MPI вже більше 15 років є звичним устаткуванням для сервісів, то стенди для форсунок безпосереднього вприскування поширені значно менше.

Детально проаналізуємо проблеми, що виникають з форсунками безпосереднього вприскування та шляхи їх вирішення. Стаття буде розбита на три частини:

В першій ми розглянемо актуальність питання, виникаючі проблеми, причини їх виникнення.

У другій ми вивчимо способи діагностики, що реалізуються на стенді, і аргументовано покажемо, чому саме такі шляхи рішення оптимальні.

Нарешті, в третій частині ми поговоримо про те, як саме реалізовано промивання в нашій установці і яким чином це дозволяє вирішити майже всі проблеми, окрім механічних ушкоджень форсунки.

Актуальність питання

Перш ніж вдаватися до технічних подробиць, уточнимо, чи не обговорюємо ми надуману проблему.

Виходитимемо із кількості автомобілів з безпосереднім вприскуванням бензину. За непрямими даними, на території України налічується близько 200 тисяч подібних автомобілів. Це приблизно 800 тисяч форсунок.

Норми Євро-5 можуть виконати тільки автомобілі з безпосереднім вприскуванням бензину. Крім того, деяка доля автомобілів із безпосереднім вприскуванням відповідає нижчим екологічним нормам - це число невідоме, але можна чекати, що це не сотні і не тисячі, адже велика німецька трійка вже дуже давно постачає автомобілі із безпосереднім вприскуванням у великих кількостях. Усі вони їздять нашими дорогами та не молодіють, тобто періодично вимагають обслуговування.

Певна річ, рішення про те, чи буде послуга затребувана на конкретній СТО, приймається, виходячи з конкретної ситуації на ній. Із приведених вище цифр можна зробити попередній висновок про те, що фронт робіт, загалом, для такої установки знайдеться.

В яких ситуаціях потрібна перевірка форсунок?

Автовласник, за рідкісним винятком, не приїжджає з проханням "перевірте мені форсунки". Навіть якщо і приїжджає, то хвилюють його насправді не самі форсунки, а робота автомобіля.

Найчастіше причина звернення пов'язана із явно вираженим симптомом: лампа, що спалахнула [Check Engine] без зовнішніх змін у поведінці автомобіля або "характер" машини, що змінився. Останній випадок включає безліч проблем : знижена потужність, нерівна робота, висока витрата палива, ускладнений пуск гарячого двигуна та ще багато випадків.

Велика кількість проблем у поведінці автомобіля може бути як пов'язана із форсунками, так і абсолютно не з ними. Самий явний приклад: нерівна робота двигуна і помилка [P0171] (бідна суміш). Помилка пов'язана з тим, що в газах, що відпрацювали, підвищений вміст кисню. Блок управління бачить це за свідченнями датчика кисню (лямбда-зонда), трактує як бідну суміш і збільшує тривалість вприскування, щоб збагатити суміш. Якщо збільшення тривалості вприскування (паливна корекція) досягає межі, заданої в ПЗ блоку управління, блок реєструє помилку та переходить в аварійний режим.

Причиною цієї ситуації може бути як забруднення форсунок, так і підсос повітря через нещільність впускання, негерметична система вентиляції картерних газів, тріщина у випускному колекторі, що призводить до підсосу повітря не у впускання, а безпосередньо до датчика кисню.

Часто під час діагностики таких проблем ситуація впирається у необхідність об'єктивної перевірки форсунок. У сучасному компонуванні двигунів, бувають ситуації, коли форсунки потрібно знімати, тому що вони суто механічно перешкоджають проведенню інших перевірок. Так, наприклад, справи йдуть на автомобілях Ford Focus з двигунами Ecoboost, адже щоб перевірити взаємне розташування розподільних валів та колінчастого валу, потрібно зняти клапанну кришку, а для цього зняти паливну рампу і форсунки. В цьому випадку перевірити форсунки має сенс просто внаслідок "раз вже все одно зняли”.

Параметри форсунок

Щоб говорити про проблеми форсунок, потрібно вимірні параметри, за значеннями яких ми можемо відрізнити справні форсунки від проблемних. У роботі двигуна важливо наступне:

1. Продуктивність форсунок – це кількість палива, що проходить через неї в заданий період часу. Як правило, важлива не лише продуктивність, але і рівномірність цього параметра між форсунками на одному двигуні. Якщо продуктивність форсунки значно відрізняється від номінальної, блок управління компенсуватиме це тривалістю відкриття, змінюючи значення паливної корекції.

2. Форма факела розпилу - це найважливіший параметр, що впливає на якість сумішеутворення. При зміні факела розпилу, паливо-повітряна суміш може формуватися неправильно, що призведе до неправильного згорання. Неправильне (неповне) згорання може бути сприйняте блоком управління як збіднена суміш, він почне виправляти це паливною корекцією, що призведе до підвищеної витрати. Це не єдина можлива проблема, в певних режимах зміна форми факела розпилу може призвести до фізичних ушкоджень. Ось конкретний приклад:

1 – Ідеальна форма факела розпилу. Такий розпил забезпечує нова чиста форсунка.

2 – Допустиме відхилення. Форсунка ще справна, але забруднення розпилювача можуть призводити до некритичної зміни форми факела розпилу.

3 – Неприпустиме відхилення. У певних режимах фронт займання проходитиме не там, де задуманий конструктивно, що може призводити до фізичних ушкоджень.

Приклад такого ушкодження (оплавлення свічки запалення) наведений нижче:

4. Герметичність форсунки. Якщо голка сідає у посадочне місце нещільно, з форсунки "підтікатиме" паливо. У роботі двигуна це може призводити до перезбагачення суміші, яке компенсуватиметься блоком управління. Підтікання, при заглушеному двигуні, призведе до потрапляння бензину в камеру згорання, що змиє масляну плівку із стінок циліндра в зоні поршневих кілець і вплине на ефективність гарячого запуску.

Які проблеми бувають з форсунками

Зрозуміло, які проблеми бувають в поведінці автомобіля. Приблизно зрозуміло, які параметри форсунок на це впливають. Тепер потрібно зрозуміти, що саме всередині самої форсунки впливає на її параметри. Проблеми форсунок можна розділити на наступні категорії:

1. "Електричні"

Це проблеми з обмотками (не застосовано до п'єзоелектричних форсунок). Це може бути міжвиткове замикання, що призводить до зниження зусилля, що розвивається соленоїдом для підйому голки. Як правило, ланцюг управління соленоїдом контролюється блоком управління і подібні проблеми виявляються системою самодіагностики за зміною струму, що протікає цим ланцюгом. Проте в системі самодіагностики задані порогові значення, якщо вони не досягаються, помилка зареєстрована не буде. При цьому, голка може ходити повільніше або з меншою амплітудою, що позначиться на продуктивності форсунки.

2. Смолянисті відкладення всередині форсунки

Як правило, вони викликані підвищеним вмістом смол у бензині. Ці відкладення впливають на хід голки. Залежно від того, де саме розташувалися відкладення, голка може нещільно сідати в посадочне місце, а може просто ходити ускладнено. У першому випадку це призведе до негерметичної форсунки з симптомами, описаними в попередньому розділі. У другому випадку проблема може проявлятися як знижена продуктивність форсунки в деяких режимах роботи через неповне або уповільнене підняття голки.

Для наочності ми сфотографували голку і розпилювач однієї з розібраних нами форсунок. На голці виразно видно смолянисті відкладення:

1 – Голка форсунки

2 – Розпилювач

А так це виглядає на 3D-моделі, яка дозволяє відобразити відкладення на тих частинах, які важко піддаються фотографуванню. Видно, що відкладення, що перешкоджають ходу голки, можуть знаходитися не лише на самій голці, але і на порожнинах, в яких переміщаються рухливі частини форсунки:

3. Тверді відкладення на розпилювачі форсунки

Ці відкладення, як правило, просто нагар. Розпилювач форсунки безпосереднього вприскування знаходиться в камері згорання. Будь-який, навіть самий екологічний бензин, згоратиме не занадто чисто, тому нагар в камері згорання - процес очікуваний. Горить не лише паливо, адже в камеру згорання потрапляють також картерні гази, а в деяких режимах і гази, що відпрацювали, від попереднього циклу згорання (EGR). Усе це призводить до того, що на усіх поверхнях камери згорання можуть з'являтися тверді відкладення. Тут йдеться про імовірнісний процес, рано чи пізно ці відкладення можуть опинитися в районі отвору розпилювача, змінюючи форму факела розпилу, і/або знижуючи продуктивність форсунки за рахунок "дроселювання" отвору. Розпилювач забрудненої форсунки ми сфотографували під мікроскопом. На фотографії виразно видно тверді відкладення в районі отвору на розпилювачі:

У наступній статті ми розглянемо методи діагностики форсунок GDI/FSI та реалізацію цих методів в стенді GRUNBAUM INJ6000N GDI.