О подсосе воздуха в топливную систему дизелей

☎ (812) 224 95 15

Камчатская ул. 19

☎ (812) 923 95 15

ремонт дизелей ✧ ТНВД ✧ форсунки

легковые ✧ грузовые ✧ спецтехника

отечественные ✧ иномарки

Автор: Мезерницкий Александр Юрьевич (aka Alex Diesel)

Еще вчера мотор заводился и работал как часики. Но в один совсем не прекрасный день Вам показалось, что запустился мотор как-то не так. Чуть ленивее, чем всегда. Чаще всего таким вещам не придают большого значения, всегда находится некое объяснение – похолодало, дождь шел, аккумулятор разрядился и т.п. Чаще же всего начало возникновения проблемы остается вообще незамеченным.

Дефект может не проявлять себя потом несколько дней или месяцев, а может прогрессировать с каждым днем.

Независимо от модели мотора и автомобиля неисправность проявляется следующим образом:

• мотор запускается утром с “полтыка”, но затем некоторое время работает неровно и может не реагировать на педаль газа;
• мотор для запуска по утрам приходится крутить стартером с каждым днем все дольше и дольше, после запуска мотор работает и запускается весь день как часы;
• утром мотор не удается запустить вообще. Не всегда даже помогают многокилометровые “прогулки” на “галстуке”.

Знающий водитель при затрудненном запуске первым делом попросит кого-нибудь покрутить мотор стартером, а сам посмотрит на выхлопную трубу, точнее на то, что из нее вылетает. Дело в том, что если топливо в цилиндры подается, то при прокрутке стартером, даже при отсутствии вспышек, из выхлопной трубы обязательно должен идти небольшой дымок.

В нашем случае неважен цвет дыма, главное понять есть дым или нет. Это главный признак для анализа – подается топливо в цилиндры или нет. Хотя, откровенно, бывают случаи, когда дым из трубы идет даже при отсутствии подачи топлива (например, при попадании в цилиндры масла). Единственное, что надо оговорить при этом – прокрутка стартером должна быть длительной (секунд 40) и без перерыва. Это связано с тем, что при запуске дыма образуется не очень много и нужно некоторое время для заполнения дымом всего объема глушителя.

Причин для нарушения подачи топлива великое множество, однако, перечисленным признакам, с очень высокой степенью вероятности соответствует попадание воздуха в топливную магистраль.

Поводов для попадания воздуха довольно много и большинство из них связано с возрастом автомобиля:

• рассохшиеся топливные шланги и сгнившие хомуты на них;
• проржавевшие топливные трубки (самое типичное место – вход в трубок в бензобак);
• некачественное уплотнение топливного фильтра;
• неплотности в ручном или механическом подкачивающем насосе;
• использование в качестве обратной магистрали на форсунках ПХВ трубок (для европейских и американских моторов) и вообще любые нарушения герметичности обратной магистрали;
• нарушение уплотнения приводного вала топливного насоса высокого давления (ТНВД);
• нарушение уплотнения оси рычага управления подачей топлива (газом) ТНВД;
• нарушение уплотнения крышки топливного насоса.

В принципе, в ТНВД есть еще несколько возможных мест подсоса воздуха, однако, ввиду того, что все работы с ТНВД должны выполняться узкоспециализированными профессионалами, задерживаться на их описании не стоит.

Подсос воздуха может возникнуть естественным образом, например, из-за старения резиновых уплотнений, но может появиться и вследствие проведения каких либо работ на автомобиле. Например, некорректная замена топливного фильтра или некачественный фильтр. Или, предположим, произведенные накануне работы со стартером, при выполнении которых случайно зацепили едва живое топливное соединение.

Здесь надо заметить, что топливная система завоздушивается при повреждении любой ветви (прямой или обратной). При повреждении уплотнений топливной системы в любом месте топливо, в силу законов физики, стекает в топливный бак. При этом из-за конструктивных особенностей конкретного двигателя и его ТНВД некая часть топлива может оставаться в полости насоса, обеспечивая возможность запуска двигателя, но через несколько мгновений насосу топливо взять уже негде и он начинает задыхаться без топлива.

Итак, будем считать, что вследствие наших наблюдений, мы пришли к выводу о том, что, скорее всего, имеет место подсос воздуха в топливную магистраль. Безусловно, первое, что надо сделать это осмотреть моторный отсек и всю машину снизу. Видимые глазом повреждения трубопроводов, а также жирные пятна или подтеки топлива – самый легкий случай. Однако чаще всего, в месте подсоса воздуха никаких следов топлива не наблюдается. Поэтому следующим этапом диагностирования должно стать отключение топливного насоса от магистралей автомобиля и запитывание его от автономной емкости. Для выполнения процедуры потребуется пластиковая емкость 3-5 литров, два дюритовых шланга длиной около метра каждый и соответствующего диаметра, а также пара хомутов. Само собой разумеется, что все должно быть идеально чистым как изнутри, так и снаружи.

Процедура выполняется следующим образом. Отсоединив от ТНВД шланги прямой и обратной магистралей, присоединяем вместо них наши шланги. Наполнив емкость отфильтрованным или отстоявшимся топливом, принимаем меры для того, чтобы после запуска двигателя шланги не выскочили из емкости с топливом от вибрации или наших манипуляций. Теперь перед нами стоит задача удалить воздух из ТНВД. Способов осуществления этого довольно много и из них только один надо признать абсолютно неприемлемым – прокручивание двигателя стартером для самозасасывания топлива.

Приведем два способа вполне исполнимых в гаражных условиях. Размещаем емкость с топливом выше уровня топливного насоса. Замыв место на ТНВД, отворачиваем болт штуцера “обратки” и, через открывшееся отверстие, отсасываем воздух до появления топлива. После этого внедряем болт и штуцер “обратки” на место и запускаем двигатель на 3-5 минут для полного удаления воздуха. Отсасывание воздуха можно производить любым приемлемым способом, начиная от использования спринцовки и до применения специализированных вакуумных насосиков.

Другой способ заключается в следующем: поместив емкость с топливом выше уровня ТНВД, снимаем подающий шланг с насоса и отсасываем топливо, как мы это делаем, переливая топливо из одной емкости в другую. После того как из шланга топливо пойдет уверенной струей, одеваем его на штуцер насоса и затягиваем хомутом.

Теперь необходимо отвернуть болт “обратки” и через открывшееся отверстие воздух сам выйдет под действием сифонного эффекта. Как и в первом случае, мотор запускается для окончательного удаления воздуха. И уж конечно повторный запуск мотора через 10-30 минут никогда не окажется излишним.

Еще раз следует повторить, что любым работам с топливным насосом должна предшествовать тщательная отмывка зоны действий. Малейшая песчинка, упавшая в насос при снятии, к примеру, штуцера “обратки” может нанести ему непоправимый урон.

Дальнейшее испытание включает в себя два этапа.

1. Помещаем емкость с топливом таким образом, чтобы уровень топлива в емкости оказался несколько выше верхней точки топливного насоса, и оставляем машину в покое до утра. Если утром мотор запустился и работает нормально – предположение о факте подсоса воздуха в топливную магистраль подтверждено.
2. Теперь помещаем емкость с топливом существенно ниже уровня топливного насоса и снова оставляем машину до утра. Утренний запуск может выявить две ситуации:
   • мотор не запустился или запустился с такими же проблемами, какие заставили нас погрузиться в исследования. В этом случае можно с уверенностью сказать, что имеет место подсос либо в ТНВД, либо в “обратках” форсунок. Для уточнения диагноза, после того как мотор запустился и воздух полностью выгнан, пережимаем наглухо резиновую трубочку, связывающую обратки форсунок с насосом и снова оставляем ночевать автомобиль, расположив топливную емкость внизу. В некоторых автомобилях “обратка” от форсунок выводится не к насосу, а в топливный фильтр или в его магистраль, в таком случае эта часть эксперимента исключается. Нормальный запуск покажет, что подсос находится в обратной магистрали форсунок. Продолжающиеся же проблемы говорят о том, что в ТНВД имеет место подсос воздуха и его необходимо отправлять в ремонт. Тут необходимо оговориться, что в жизни академически чистых случаев практически не бывает и подсос воздуха может оказаться одновременно не только в ТНВД, но и еще где-нибудь.
   • утром мотор запустился без проблем и работал уверенно. Этот опыт уверенно показывает, что место подсоса воздуха находится за пределами насоса.

Следующим этапом должен стать опыт при включении между емкостью и ТНВД штатного топливного фильтра. Емкость с топливом при этом сразу располагают ниже ТНВД. Таким образом выявляется подсос в топливном фильтре. Аналогично исследуется герметичность подкачивающего насоса, разумеется, если он не сблокирован с фильтром.

Если проведенные исследования не выявили дефекта, дальнейшие поиски должны распространиться на все топливные трубки, шланги и топливный бак. Работа эта долгая и кропотливая, однако, наградой Вам будет еще несколько лет надежной работы мотора.

Описанные рекомендации рассчитаны на самодеятельных ремонтников. В специализированных мастерских для поисков мест подсоса воздуха используют, так называемые, вакуум-тестеры. Этот прибор позволяет выполнить процедуру поиска неплотностей довольно быстро, однако, самодеятельному ремонтнику прибор стоимостью в две-три сотни долларов иметь вовсе не обязательно.

В заключение следует сказать, что метод запитывания ТНВД от внешней емкости должен использоваться также и специализированными мастерскими, независимо от наличия в их арсенале вакуум-тестера. Этот метод, пожалуй, единственный, который с уверенностью говорит нам в чем кроется причина плохого запуска. Ну а вакуум-тестер позволяет лишь быстрее обнаружить конкретное место подсоса.

Автор: Мезерницкий Александр Юрьевич (aka Alex Diesel)

Материалы: http://steldiesel.ru/podsos.html

1 - О подсосе воздуха в топливную систему дизелей

2 - О моторах Common Rail Мерседес

3 - Надо ли охлаждать турбокомпрессор двигателя

4 - О трещинах в головках блока дизельных двигателей

5 - Принцип регулировки зазоров в клапанном механизме

Еще вчера мотор заводился и работал как часики. Но в один совсем не прекрасный день Вам показалось, что запустился мотор как-то не так. Чуть ленивее, чем всегда. Чаще всего таким вещам не придают большого значения, всегда находится некое объяснение – похолодало, дождь шел, аккумулятор разрядился и т.п. Чаще же всего начало возникновения проблемы остается вообще незамеченным.

Дефект может не проявлять себя потом несколько дней или месяцев, а может прогрессировать с каждым днем.

Независимо от модели мотора и автомобиля неисправность проявляется следующим образом:

• мотор запускается утром с “полтыка”, но затем некоторое время работает неровно и может не реагировать на педаль газа;
• мотор для запуска по утрам приходится крутить стартером с каждым днем все дольше и дольше, после запуска мотор работает и запускается весь день как часы;
• утром мотор не удается запустить вообще. Не всегда даже помогают многокилометровые “прогулки” на “галстуке”.

Знающий водитель при затрудненном запуске первым делом попросит кого-нибудь покрутить мотор стартером, а сам посмотрит на выхлопную трубу, точнее на то, что из нее вылетает. Дело в том, что если топливо в цилиндры подается, то при прокрутке стартером, даже при отсутствии вспышек, из выхлопной трубы обязательно должен идти небольшой дымок.

В нашем случае неважен цвет дыма, главное понять есть дым или нет. Это главный признак для анализа – подается топливо в цилиндры или нет. Хотя, откровенно, бывают случаи, когда дым из трубы идет даже при отсутствии подачи топлива (например, при попадании в цилиндры масла). Единственное, что надо оговорить при этом – прокрутка стартером должна быть длительной (секунд 40) и без перерыва. Это связано с тем, что при запуске дыма образуется не очень много и нужно некоторое время для заполнения дымом всего объема глушителя.

Причин для нарушения подачи топлива великое множество, однако, перечисленным признакам, с очень высокой степенью вероятности соответствует попадание воздуха в топливную магистраль.

Поводов для попадания воздуха довольно много и большинство из них связано с возрастом автомобиля:

• рассохшиеся топливные шланги и сгнившие хомуты на них;
• проржавевшие топливные трубки (самое типичное место – вход в трубок в бензобак);
• некачественное уплотнение топливного фильтра;
• неплотности в ручном или механическом подкачивающем насосе;
• использование в качестве обратной магистрали на форсунках ПХВ трубок (для европейских и американских моторов) и вообще любые нарушения герметичности обратной магистрали;
• нарушение уплотнения приводного вала топливного насоса высокого давления (ТНВД);
• нарушение уплотнения оси рычага управления подачей топлива (газом) ТНВД;
• нарушение уплотнения крышки топливного насоса.

В принципе, в ТНВД есть еще несколько возможных мест подсоса воздуха, однако, ввиду того, что все работы с ТНВД должны выполняться узкоспециализированными профессионалами, задерживаться на их описании не стоит.

Подсос воздуха может возникнуть естественным образом, например, из-за старения резиновых уплотнений, но может появиться и вследствие проведения каких либо работ на автомобиле. Например, некорректная замена топливного фильтра или некачественный фильтр. Или, предположим, произведенные накануне работы со стартером, при выполнении которых случайно зацепили едва живое топливное соединение.

Здесь надо заметить, что топливная система завоздушивается при повреждении любой ветви (прямой или обратной). При повреждении уплотнений топливной системы в любом месте топливо, в силу законов физики, стекает в топливный бак. При этом из-за конструктивных особенностей конкретного двигателя и его ТНВД некая часть топлива может оставаться в полости насоса, обеспечивая возможность запуска двигателя, но через несколько мгновений насосу топливо взять уже негде и он начинает задыхаться без топлива.

Итак, будем считать, что вследствие наших наблюдений, мы пришли к выводу о том, что, скорее всего, имеет место подсос воздуха в топливную магистраль. Безусловно, первое, что надо сделать это осмотреть моторный отсек и всю машину снизу. Видимые глазом повреждения трубопроводов, а также жирные пятна или подтеки топлива – самый легкий случай. Однако чаще всего, в месте подсоса воздуха никаких следов топлива не наблюдается. Поэтому следующим этапом диагностирования должно стать отключение топливного насоса от магистралей автомобиля и запитывание его от автономной емкости. Для выполнения процедуры потребуется пластиковая емкость 3-5 литров, два дюритовых шланга длиной около метра каждый и соответствующего диаметра, а также пара хомутов. Само собой разумеется, что все должно быть идеально чистым как изнутри, так и снаружи.

Процедура выполняется следующим образом. Отсоединив от ТНВД шланги прямой и обратной магистралей, присоединяем вместо них наши шланги. Наполнив емкость отфильтрованным или отстоявшимся топливом, принимаем меры для того, чтобы после запуска двигателя шланги не выскочили из емкости с топливом от вибрации или наших манипуляций. Теперь перед нами стоит задача удалить воздух из ТНВД. Способов осуществления этого довольно много и из них только один надо признать абсолютно неприемлемым – прокручивание двигателя стартером для самозасасывания топлива.

Приведем два способа вполне исполнимых в гаражных условиях. Размещаем емкость с топливом выше уровня топливного насоса. Замыв место на ТНВД, отворачиваем болт штуцера “обратки” и, через открывшееся отверстие, отсасываем воздух до появления топлива. После этого внедряем болт и штуцер “обратки” на место и запускаем двигатель на 3-5 минут для полного удаления воздуха. Отсасывание воздуха можно производить любым приемлемым способом, начиная от использования спринцовки и до применения специализированных вакуумных насосиков.

Другой способ заключается в следующем: поместив емкость с топливом выше уровня ТНВД, снимаем подающий шланг с насоса и отсасываем топливо, как мы это делаем, переливая топливо из одной емкости в другую. После того как из шланга топливо пойдет уверенной струей, одеваем его на штуцер насоса и затягиваем хомутом.

Теперь необходимо отвернуть болт “обратки” и через открывшееся отверстие воздух сам выйдет под действием сифонного эффекта. Как и в первом случае, мотор запускается для окончательного удаления воздуха. И уж конечно повторный запуск мотора через 10-30 минут никогда не окажется излишним.

Еще раз следует повторить, что любым работам с топливным насосом должна предшествовать тщательная отмывка зоны действий. Малейшая песчинка, упавшая в насос при снятии, к примеру, штуцера “обратки” может нанести ему непоправимый урон.

Дальнейшее испытание включает в себя два этапа.

1. Помещаем емкость с топливом таким образом, чтобы уровень топлива в емкости оказался несколько выше верхней точки топливного насоса, и оставляем машину в покое до утра. Если утром мотор запустился и работает нормально – предположение о факте подсоса воздуха в топливную магистраль подтверждено.
2. Теперь помещаем емкость с топливом существенно ниже уровня топливного насоса и снова оставляем машину до утра. Утренний запуск может выявить две ситуации:
   • мотор не запустился или запустился с такими же проблемами, какие заставили нас погрузиться в исследования. В этом случае можно с уверенностью сказать, что имеет место подсос либо в ТНВД, либо в “обратках” форсунок. Для уточнения диагноза, после того как мотор запустился и воздух полностью выгнан, пережимаем наглухо резиновую трубочку, связывающую обратки форсунок с насосом и снова оставляем ночевать автомобиль, расположив топливную емкость внизу. В некоторых автомобилях “обратка” от форсунок выводится не к насосу, а в топливный фильтр или в его магистраль, в таком случае эта часть эксперимента исключается. Нормальный запуск покажет, что подсос находится в обратной магистрали форсунок. Продолжающиеся же проблемы говорят о том, что в ТНВД имеет место подсос воздуха и его необходимо отправлять в ремонт. Тут необходимо оговориться, что в жизни академически чистых случаев практически не бывает и подсос воздуха может оказаться одновременно не только в ТНВД, но и еще где-нибудь.
   • утром мотор запустился без проблем и работал уверенно. Этот опыт уверенно показывает, что место подсоса воздуха находится за пределами насоса.

Следующим этапом должен стать опыт при включении между емкостью и ТНВД штатного топливного фильтра. Емкость с топливом при этом сразу располагают ниже ТНВД. Таким образом выявляется подсос в топливном фильтре. Аналогично исследуется герметичность подкачивающего насоса, разумеется, если он не сблокирован с фильтром.

Если проведенные исследования не выявили дефекта, дальнейшие поиски должны распространиться на все топливные трубки, шланги и топливный бак. Работа эта долгая и кропотливая, однако, наградой Вам будет еще несколько лет надежной работы мотора.

Описанные рекомендации рассчитаны на самодеятельных ремонтников. В специализированных мастерских для поисков мест подсоса воздуха используют, так называемые, вакуум-тестеры. Этот прибор позволяет выполнить процедуру поиска неплотностей довольно быстро, однако, самодеятельному ремонтнику прибор стоимостью в две-три сотни долларов иметь вовсе не обязательно.

В заключение следует сказать, что метод запитывания ТНВД от внешней емкости должен использоваться также и специализированными мастерскими, независимо от наличия в их арсенале вакуум-тестера. Этот метод, пожалуй, единственный, который с уверенностью говорит нам в чем кроется причина плохого запуска. Ну а вакуум-тестер позволяет лишь быстрее обнаружить конкретное место подсоса.

За последние годы стало очевидным, что мерседесовские моторы с системой впрыска топлива Common Rail хронически страдают проблемой разуплотнения посадки форсунок в головке блока после 3-5 лет эксплуатации мотора. Скорее всего, это конструктивный недостаток, связанный с особенностями крепления форсунки и, возможно, с несоблюдением правил обслуживания этих моторов. Так или иначе, но теперь уже регулярно мы сталкиваемся с жалобами владельцев на едкий запах из-под капота, а иногда и на специфические звуки, которые не очень опытные владельцы или мастера принимают за симптомы "стуканувшего" мотора.

При частичной разборке мотора выясняется, что пространство между шумоизолирующим, декоративным колпаком клапанной крышки и самой крышкой заполнено смолоподобным аморфным веществом, которое, стекая из-под колпака, попадает на элементы выхлопного коллектора (рис. 1).

В случаях, когда процесс зашел столь далеко, как описано выше, восстановление мотора сопряжено с огромными затратами. Очистка смоляных отложений вручную очень трудоемкая задача, но самое главное, что ручная очистка всего лишь расчищает путь для решения гораздо более проблематичной задачи — выемки форсунок. Смолянистая масса зачастую вклеивает форсунки в головку блока намертво. Нам попадались форсунки со следами зубила и всяких зверских съемников на машинах только что пригнанных из Европы. Т.е. там с этой проблемой столкнулись в полной мере, и нашли хороший выход — продавать свои проблемы в Россию. И вот дальше начинается самая грустная, для владельца, часть процесса. На моторах серии 611, 612, 613 невозможно снять клапанную крышку не сняв форсунки, а значит невозможно и снять головку блока.

Приходится делать следующее — аккуратно резать клапанную крышку на части после этого снимать головку блока с двигателя (рис. 2).

После этого появляется некоторый шанс надежнее зацепившись за форсунку, извлечь ее из головки блока с помощью обратного молотка, но во-первых, это связано уже с однозначным повреждением форсунки, а во-вторых есть опасность переусердствовать и повредить головку блока при силовом удалении форсунки.

Если попытки выдернуть форсунку не увенчались успехом, приходится на снятой головке блока отрезать выступающую часть форсунки абразивным кругом и далее на координатно-расточном станке вырезать остатки форсунки из головки блока. После этого исправление подгоревшего торца форсуночного колодца и изготовление специальной компенсирующей уплотнительной шайбы форсунки является уже не самой сложной конструкторско-технологической задачей.

В последнее время мы чаще применяем иной подход к решению проблемы. Если форсунку не удается извлечь съемником, развивающим усилие около 30 тонн, то мы предлагаем владельцу разбирать форсунку на месте, частично разрезать её на месте и потом снимать не поврежденную клапанную крышку и следующим этапом снимать головку блока для вырезания форсунки на станке.

Итак, затраты на восстановление проданных нам проблем выливаются в покупку одной или нескольких форсунок стоимостью от $200 до $500 каждая, в зависимости от способа покупки, клапанной крышки, ценой от $100 до $180 и затрат не трудоемкие ремонтные работы.

В особо запущенных случаях, особенно, если ранее предпринимались безуспешные попытки извлечения форсунок, в головке блока образуются трещины из форсуночного канала в полость охлаждения. По-видимому, это вызвано различием коэффициентов термического расширения образующегося нагара и материала головки и возникновением в головке блока термических напряжений при охлаждении мотора. Поэтому гидроопрессовка головки блока после извлечения форсунок является совершенно необходимой процедурой. Поскольку с данной проблемой мы сталкиваемся уже регулярно, то, разумеется, пришлось сталкиваться и с необходимостью замены головки блока из-за трещин в форсуночном канале. И тут тоже таится подводный камень. Нам известно, по крайней мере, два варианта невзаимозаменяемых головок блока для моторов серии 611. Отличаются они наличием дополнительного канала в полости охлаждения, при этом по VIN номеру вариантность головки и блока не определяется (несмотря на то, что через VIN правильно определился номер двигателя) и мы, получив заказанную запчасть, получили заодно и новую порцию головной боли.

Подводя итог можно сделать следующие выводы.

• Мерседесовские двигатели с системой впрыска Common Rail серии ОМ611, 612, 613 и других серий имеют врожденный конструктивный дефект крепления форсунки в головке блока . Из-за этого со временем рабочие газы вместе с несгоревшим топливом из камеры сгорания начинают пробиваться в невентилируемое пространство между клапанной крышкой и декоративно-шумоизолирующим колпаком. В этом пространстве газы и топливо конденсируются в смолоподобную субстанцию.
• При покупке автомобиля MB CDi необходимо потратить некоторое время и силы и приподнять теплозащитно-шумоизолирующий колпак, чтобы проверить состояние уплотнения форсунок.
• Рациональным подходом следует также считать профилактическую замену уплотнений форсунок раз в полтора-два года с обязательной заменой болтов, крепящих форсунку на новые.

Один из очень часто задаваемых в интернет-форумах вопрос: надо ли охлаждать «турбину» (на самом деле ТУРБОКОМПРЕССОР) работой на холостом ходу после интенсивного движения?

Для ответа на этот вопрос необходимо пояснить устройство и условия работы турбокомпрессора. Турбокомпрессор представляет собой два колеса с лопатками, жестко сидящие на общей оси. Каждое колесо заключено в корпус, именуемый улиткой. Турбинное колесо приводится во вращение выхлопными газами. С выхлопными газами в атмосферу бесполезно выбрасывается 55-65 процентов энергии образовавшейся при сгорании топлива. Часть энергии выхлопных газов можно с пользой использовать, направив их на турбинное колесо. Далее с этой энергией можно поступить по-разному - например, с помощью специальной передачи присовокупить ее к энергии коленчатого вала или использовать ее для привода полезных агрегатов. Второй вариант осуществлен в турбокомпрессоре. В нем энергия выхлопных газов используется для привода компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры.

Зная тепловой баланс и тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания легко оценить - двигатель мощностью 100 кВт и КПД 40% выбрасывает в атмосферу выхлопные газы, из которых, в идеальном случае, можно извлечь до 90 кВт (остальная энергия рассеивается по другим направлениям). Идеала в природе не существует, у каждого извлекающего энергию агрегата

есть свой КПД. Выхлопные газы перед турбинным колесом дизельного двигателя имеют температуру 800-900 градусов Цельсия (у бензиновых еще выше) и обладают очень высокой скоростью. При существующих КПД турбина, расположенная в выпускном тракте 100 киловаттного дизеля, развивает мощность 15-35 кВт. Эта мощность без остатка используется для привода центробежного компрессора, подающего воздух в цилиндры двигателя. Несмотря на малые габариты, центробежный компрессор обладает огромной производительностью и потребляет очень большую мощность.

Двухлитровый дизель только на холостом ходу пропускает через себя 800 литров воздуха в минуту, а на полной мощности 4 кубометра!! И эти цифры выражают объемы при атмосферном давлении!! На самом деле, компрессор создает избыточное давление 0,3-1,0 атм. Это значит, что приведенные цифры количества нагнетаемого воздуха на самом деле в 1.5-2 раза больше.

Во время работы двигателя с полной нагрузкой турбинное колесо вращается с частотой до 150 тысяч оборотов в минуту (иногда и больше) и нагревается до 800-900 градусов. Энергия выхлопных газов срабатывается на турбинном колесе, и после колеса температура газов резко снижается (до 400-500 градусов и ниже). На холостом ходу температура выхлопных газов дизельного двигателя едва ли достигает 100 градусов, скорость их также невелика, поэтому турбинное колесо получает очень мало энергии. Этой энергии недостаточно для работы компрессора, ее хватает только лишь для того, чтобы вращать компрессор настолько, чтобы он не оказывал большого сопротивления впуску воздуха в цилиндры.

Турбинное колесо изготавливается из жаропрочной стали, а компрессорное колесо (для снижения момента инерции) из алюминиевого сплава. Масса ротора ТКР в двигателях с рабочим объемом 1,5-2 литра составляет около 300 граммов. Вал вращается в специальных плавающих подшипниках скольжения или иногда в высокоточных шариковых подшипниках. Подшипники смазываются специально подводимым из системы смазки мотора маслом. Как и в любом узле трения, масло выполняет двойную функцию – разделяет трущиеся поверхности и отводит тепло из зоны трения.

А с теплом в подшипниковых узлах турбокомпрессора дело обстоит особо напряженно. Мало того, что при вращении вала с частотой полторы сотни тысяч оборотов в минуту в узлах трения выделяется масса теплоты, так еще и сам вал нагревается от выхлопных газов до очень высокой температуры. Пока двигатель работает, поток масла успешно отводит теплоту от вала ротора и температура подшипников не повышается до опасных значений. В случае остановки двигателя сразу же после большой нагрузки ротор довольно быстро останавливается (обычно на несколько секунд позже, чем сам двигатель), одновременно ослабевает и прекращается подвод масла к подшипникам и вал (а вместе с ним и подшипники) начинают интенсивно разогреваться от раскаленного турбинного колеса. Температура поднимается настолько, что масло, оставшееся в зазорах подшипников начинает коксоваться. При следующем запуске двигателя лак и нагар, образовавшийся при коксовании масла, перемалывается подшипниками и смывается смазочным маслом, однако каждый пуск в таком случае является весьма «травматичным» для подшипниковых узлов ТКР.

Рациональным и очень необременительным способом снизить «травматичность» запусков двигателя является охлаждение двигателя перед остановкой работой на холостом ходу. Как сказано выше, температура выхлопных газов дизельного двигателя на холостом ходу составляет примерно 100 градусов Цельсия. Количество выхлопных газов довольно велико. У двухлитрового дизеля на ХХ выбрасывается не менее 1,2 кубометра выхлопных газов в минуту. Если после интенсивной езды дать двигателю поработать на холостом ходу 1-3 минуты, то турбинное колесо (а с ним и вал) очень интенсивно охладится и температура подшипниковых узлов не достигнет температуры коксования масла. В таком случае следующий запуск двигателя уже не будет сопровождаться повышенным износом от образовавшегося в зазорах кокса, что в свою очередь благотворно отразится на ресурсе турбокомпрессора.

Бытующее мнение о том, что подшипники и вал турбокомпрессора изнашиваются оттого, что ротор очень долго вращается в подшипниках после остановки двигателя без подвода смазки глубоко ошибочно. Как сказано выше, на роторе расположено компрессорное колесо. Оно нагнетает воздух в цилиндры. При неподвижном двигателе компрессор нагнетает воздух в тупик, иными словами, перемалывает воздух внутри себя. Это оказывает очень сильное тормозящее воздействие на ротор. Кроме того, турбинное колесо, не получающее энергии от выхлопных газов, оказывается в положении схожем с компрессорным колесом – тоже перемалывает воздух. Таким образом, тормозящий момент, приложенный к ротору после остановки двигателя, усиливается. Масса ротора невелика, поэтому остановка ротора происходит весьма быстро.

Проблема возникновения трещин в головках блока бензиновых двигателях практически отсутствует. Напротив, владельцы дизельных двигателей знакомы с трещинами в головках блока не понаслышке. Следует отметить, что образование трещин является проблемой

не всех без исключения дизельных двигателей, а преимущественно, вихрекамерных и, преимущественно, хорошо послуживших. Почему так?

Для начала вспомним, как происходит процесс сгорания топлива в двигателе с искровым зажиганием. Топливовоздушная смесь сжимается в цилиндре и после искрового разряда воспламеняется вблизи свечи. Затем пламя распространяется со скоростью 20-40 м.сек. по всей камере сгорания. Таким образом, процесс сгорания идет относительно мягко и теплопередача в стенки камеры сгорания происходит относительно равномерно, постепенно и через большую площадь. При этом теплота процесса сгорания воспринимается и огневой поверхностью головки блока, и днищем поршня и верхней частью гильзы цилиндра.

В вихрекамерных дизелях основная часть топлива сгорает в вихревой камере, которая размещается в теле головки блока (ГБ) и основной поток теплоты в стенку воспринимается камерой сгорания. Температура в отдельных точках вихрекамерной головки блока составляет от 100 и до 400 град. С., даже при очень умеренных Ре [1] стр. 201.

Тогда как у двигателей с принудительным зажиганием максимальная измеренная температура головки блока составляет только 300 градусов и только в районе седла выпускного клапана. В остальных точках головки блока градиент температурного поля невелик и величина температур составляет 150-180 градусов [2] стр.399.

Значительный градиент температур в разных точках головки блока

любого двигателя вызывает сложное напряженно-деформированное состояние.

Отдельные участки материала ГБ испытывают напряжения сжатия, другие - напряжения растяжения. В процессе работы двигателя на головку блока воздействуют высокие механические нагрузки (от сил давления газов) и циклические тепловые воздействия. В момент сгорания температура газов в камере сгорания поднимается более 2000 градусов С. На фазе впуска и продувки камера сгорания охлаждается воздушным зарядом. Следует сказать, что колебания температуры в отдельных точках камеры сгорания и ГБ не сильно изменяются с чередованием фаз рабочего цикла двигателя. Обычно колебание температуры в конкретной точке ГБ не превышает 20-40 градусов, но с одной оговоркой: такие колебания температуры происходят в материале ГБ на глубине 2-3 мм от огневых поверхностей. Забросы температур непосредственно на огневых поверхностях очень значительны в пределах каждого рабочего цикла. Тем не менее, несмотря на существенные тепловые удары, происходящие при каждом рабочем цикле, считается, что причиной образования трещин ГБ являются теплосмены при запусках двигателя и при сменах режима движения [2] стр. 406.

При проектировании конструкции, подвергающейся циклическим

тепловым нагрузкам, важнейшим условием является придание конструкции

симметричной формы [3] стр.320. Таким образом, удается минимизировать термические напряжения.

Если посмотреть со стороны огневой поверхности на головку блока

вихрекамерного дизеля, то отчетливо будет видна асимметрия ее конструкции в пределах каждого цилиндра – по одну сторону от продольной оси головки расположены впускные и выпускные каналы, а по другую вихрекамера. Т.е. в силу физической невозможности применить другое расположение элементов, в вихрекамерных головках блока нарушено основное требование при разработке термонагруженных узлов – симметрия конструкции.

Теперь необходимо разобраться в процессе сгорания топлива в

вихрекамерном дизеле при нормальных условиях и при наличии аномалий. Воздушный заряд во время такта сжатия перетекает из цилиндра в сферическую вихрекамеру через газовый канал, который направлен тангенциально к сфере камеры. При этом в вихрекамере образуется сверхзвуковой круговой вихрь, в который под давлением впрыскивается топливо. Это топливо частично перемешивается с воздухом и сгорает быстро во всем объеме, а частично разбрасывается на стенки и сгорает гораздо медленнее по мере испарения и поступления свежего кислорода. Такое сгорание названо объемно-пленочным. Чем большая доля топлива попадает на стенки вихрекамеры, тем более затянутым оказывается процесс сгорания и тем большая доля выделившейся теплоты будет отдана стенкам камеры сгорания и тем большей будет температура отработанных газов, поскольку догорание топлива, в этом случае, будет происходить на фазе расширения. При конструировании и доводке вихрекамерного дизеля стремятся соизмерять размеры вихрекамеры, газового канала, направляющих каналов в поршне, сечение штифта и угол распылителя форсунки и давление впрыска таким образом, чтобы впрыснутое топливо оптимальным образом перемешивалось с воздушным вихрем и в оптимальной дозе отбрасывалось на стенки вихрекамеры. В таком случае достигается наилучшая «мягкость» процесса, оптимальная экономичность и минимальные термические напряжения в деталях.

Теперь посмотрим, что происходит при работе изношенного двигателя. Из-за утечек воздушного заряда через изношенные детали ЦПГ и клапаны, скорость вихря в конце такта сжатия будет существенно ниже, чем у нового двигателя. Если при этом параметры впрыска топлива (состояние распылителя, давление впрыска) соответствуют требованиям нового двигателя, то топливный факел будет в большей мере попадать на стенки камеры сгорания, нежели смешиваться с воздушным зарядом в вихре. Теплоотдача стенкам камеры сгорания будет увеличенной, температура поверхностей камеры сгорания возрастет. Именно поэтому производители устанавливают для «старых» двигателей более низкие давления впрыска.

Другая, не менее редкая аномалия – льющий распылитель. Топливо концентрированной струей прошивает вихрекамеру, в очень малой доле перемешиваясь с вихрем, и в значительном количестве попадая на стенки камеры сгорания. Результат такой же – локальное повышение температуры в камере сгорания и в газовом канале и повышение температуры ОГ.

Поскольку основная часть процесса сгорания происходит в вихрекамере, то и наибольшее тепловыделение происходит именно в ней, и в случае аномального протекания процесса сгорания, именно в ней температура стенок принимает наибольшие значения. При этом возрастает градиент температур в ГБ и, соответственно, возрастают термические напряжения.

Не менее частая аномалия – некорректная регулировка момента подачи топлива. При плановых заменах ремня ГРМ очень часто вся фазировка мотора сводится к совпадению меток на шкивах газораспределительного механизма и коленчатого вала. Многократно в литературе и наставлениях указывалось, что ремень ГРМ может иметь некую погрешность изготовления. Натяжение РГРМ тоже имеет некоторый допуск (а очень часто производится просто на глазок), натяжные и обводные ролики тоже изготавливаются с некими отклонениями, все это вкупе при установке шкивов просто по меткам может привести к серьезному отклонению момента начала подачи топлива (опережения зажигания). Проблемы раннего впрыска мы в данном материале не рассматриваем, а поздний впрыск приводит практически к такому же результату, как и льющий распылитель - повышению температуры в камере сгорания и температуры ОГ, со всеми вытекающими последствиями.

Таким образом, в вихрекамерных дизельных двигателях, в силу конструктивных особенностей (асимметричная конструкция, КС в теле ГБ), головки блока подвержены значительным термическим напряжениям, приводящим к образованию трещин. Для борьбы с этим явлением конструкторы принимают специальные меры: направленные потоки ОЖ внутри ГБ, уменьшение толщины стенок огневого днища, сверление специальных охлаждающих каналов в межклапанной перемычке, демпфирующие прорези в поверхности ГБ и пр. Все эти меры обеспечивают приемлемый ресурс нового двигателя – никто еще не жаловался на возникновение трещин в ГБ дизелей младше 5 лет.

Ссылки на литературные источники:

1 – Б.Н.Семенов, Е.П.Павлов, В.П.Копцев «Рабочий процесс высокооборотных дизелей малой мощности», Ленинград, Машиностроение, 1990 г.

2 – «Конструирование и расчет поршневых и комбинированных двигателей» под редакцией А.С.Орлина. Москва, Машиностроение, 1972 г.

3 – «Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей» под ред

Материалы: http://dieseldoka.narod.ru/index/0-4

Москва, ул. Угрешская д2

Общая информация о дизеле

Предложения дизелиста

Каталоги

Искать по дизелю

Еще вчера мотор заводился и работал как часики. Но в один совсем не прекрасный день Вам показалось, что запустился мотор как-то не так. Чуть ленивее, чем всегда. Чаще всего таким вещам не придают большого значения, всегда находится некое объяснение – похолодало, дождь шел, аккумулятор разрядился и т.п. Чаще же всего начало возникновения проблемы остается вообще незамеченным.

Дефект может не проявлять себя потом несколько дней или месяцев, а может прогрессировать с каждым днем.

Независимо от модели мотора и автомобиля неисправность проявляется следующим образом:

• мотор запускается утром с “полтыка”, но затем некоторое время работает неровно и может не реагировать на педаль газа;
• мотор для запуска по утрам приходится крутить стартером с каждым днем все дольше и дольше, после запуска мотор работает и запускается весь день как часы;
• утром мотор не удается запустить вообще. Не всегда даже помогают многокилометровые “прогулки” на “галстуке”.

Знающий водитель при затрудненном запуске первым делом попросит кого-нибудь покрутить мотор стартером, а сам посмотрит на выхлопную трубу, точнее на то, что из нее вылетает. Дело в том, что если топливо в цилиндры подается, то при прокрутке стартером, даже при отсутствии вспышек, из выхлопной трубы обязательно должен идти небольшой дымок.

В нашем случае неважен цвет дыма, главное понять есть дым или нет. Это главный признак для анализа – подается топливо в цилиндры или нет. Хотя, откровенно, бывают случаи, когда дым из трубы идет даже при отсутствии подачи топлива (например, при попадании в цилиндры масла). Единственное, что надо оговорить при этом – прокрутка стартером должна быть длительной (секунд 40) и без перерыва. Это связано с тем, что при запуске дыма образуется не очень много и нужно некоторое время для заполнения дымом всего объема глушителя.

Причин для нарушения подачи топлива великое множество, однако, перечисленным признакам, с очень высокой степенью вероятности соответствует попадание воздуха в топливную магистраль.

Поводов для попадания воздуха довольно много и большинство из них связано с возрастом автомобиля:

В принципе, в ТНВД есть еще несколько возможных мест подсоса воздуха, однако, ввиду того, что все работы с ТНВД должны выполняться узкоспециализированными профессионалами, задерживаться на их описании не стоит.

Подсос воздуха может возникнуть естественным образом, например, из-за старения резиновых уплотнений, но может появиться и вследствие проведения каких либо работ на автомобиле. Например, некорректная замена топливного фильтра или некачественный фильтр. Или, предположим, произведенные накануне работы со стартером, при выполнении которых случайно зацепили едва живое топливное соединение.

Здесь надо заметить, что топливная система завоздушивается при повреждении любой ветви (прямой или обратной). При повреждении уплотнений топливной системы в любом месте топливо, в силу законов физики, стекает в топливный бак. При этом из-за конструктивных особенностей конкретного двигателя и его ТНВД некая часть топлива может оставаться в полости насоса, обеспечивая возможность запуска двигателя, но через несколько мгновений насосу топливо взять уже негде и он начинает задыхаться без топлива.

Итак, будем считать, что вследствие наших наблюдений, мы пришли к выводу о том, что, скорее всего, имеет место подсос воздуха в топливную магистраль. Безусловно, первое, что надо сделать это осмотреть моторный отсек и всю машину снизу. Видимые глазом повреждения трубопроводов, а также жирные пятна или подтеки топлива – самый легкий случай. Однако чаще всего, в месте подсоса воздуха никаких следов топлива не наблюдается. Поэтому следующим этапом диагностирования должно стать отключение топливного насоса от магистралей автомобиля и запитывание его от автономной емкости. Для выполнения процедуры потребуется пластиковая емкость 3-5 литров, два дюритовых шланга длиной около метра каждый и соответствующего диаметра, а также пара хомутов. Само собой разумеется, что все должно быть идеально чистым как изнутри, так и снаружи.

Процедура выполняется следующим образом. Отсоединив от ТНВД шланги прямой и обратной магистралей, присоединяем вместо них наши шланги. Наполнив емкость отфильтрованным или отстоявшимся топливом, принимаем меры для того, чтобы после запуска двигателя шланги не выскочили из емкости с топливом от вибрации или наших манипуляций. Теперь перед нами стоит задача удалить воздух из ТНВД. Способов осуществления этого довольно много и из них только один надо признать абсолютно неприемлемым – прокручивание двигателя стартером для самозасасывания топлива.

Приведем два способа вполне исполнимых в гаражных условиях. Размещаем емкость с топливом выше уровня топливного насоса. Замыв место на ТНВД, отворачиваем болт штуцера “обратки” и, через открывшееся отверстие, отсасываем воздух до появления

топлива. После этого внедряем болт и штуцер “обратки” на место и запускаем двигатель на 3-5 минут для полного удаления воздуха. Отсасывание воздуха можно производить любым приемлемым способом, начиная от использования спринцовки и до применения специализированных вакуумных насосиков.

Другой способ заключается в следующем: поместив емкость с топливом выше уровня ТНВД, снимаем подающий шланг с насоса и отсасываем топливо, как мы это делаем, переливая топливо из одной емкости в другую. После того как из шланга топливо пойдет уверенной струей, одеваем его на штуцер насоса и затягиваем хомутом.

Теперь необходимо отвернуть болт “обратки” и через открывшееся отверстие воздух сам выйдет под действием сифонного эффекта. Как и в первом случае, мотор запускается для окончательного удаления воздуха. И уж конечно повторный запуск мотора через 10-30 минут никогда не окажется излишним.

Еще раз следует повторить, что любым работам с топливным насосом должна предшествовать тщательная отмывка зоны действий. Малейшая песчинка, упавшая в насос при снятии, к примеру, штуцера “обратки” может нанести ему непоправимый урон.

Дальнейшее испытание включает в себя два этапа. 1. Помещаем емкость с топливом таким образом, чтобы уровень топлива в емкости оказался несколько выше верхней точки топливного насоса, и оставляем машину в покое до утра. Если утром мотор запустился и работает нормально – предположение о факте подсоса воздуха в топливную магистраль подтверждено. 2. Теперь помещаем емкость с топливом существенно ниже уровня топливного насоса и снова оставляем машину до утра. Утренний запуск может выявить две ситуации:

Следующим этапом должен стать опыт при включении между емкостью и ТНВД штатного топливного фильтра. Емкость с топливом при этом сразу располагают ниже ТНВД. Таким образом выявляется подсос в топливном фильтре. Аналогично исследуется герметичность подкачивающего насоса, разумеется, если он не сблокирован с фильтром.

Если проведенные исследования не выявили дефекта, дальнейшие поиски должны распространиться на все топливные трубки, шланги и топливный бак. Работа эта долгая и кропотливая, однако, наградой Вам будет еще несколько лет надежной работы мотора.

Описанные рекомендации рассчитаны на самодеятельных ремонтников. В специализированных мастерских для поисков мест подсоса воздуха используют, так называемые, вакуум-тестеры. Этот прибор позволяет выполнить процедуру поиска неплотностей довольно быстро, однако, самодеятельному ремонтнику прибор стоимостью в две-три сотни долларов иметь вовсе не обязательно.

В заключение следует сказать, что метод запитывания ТНВД от внешней емкости должен использоваться также и специализированными мастерскими, независимо от наличия в их арсенале вакуум-тестера. Этот метод, пожалуй, единственный, который с уверенностью говорит нам в чем кроется причина плохого запуска. Ну а вакуум-тестер позволяет лишь быстрее обнаружить конкретное место подсоса.

Автор: Мезерницкий Александр Юрьевич

Реклама на сайте

"Дизель Маркет" - Запчасти двигателей: поршни, кольца, вкладыши, прокладки, распылители, свечи, плунжерные пары, ТНВД

AUTOWELT - запчасти двигателей японских и европейских автомобилей

DENSODIESEL - центральный дистрибьютор DENSO по системам дизельного впрыска в России

Материалы: http://dizelist.ru/index.php/poleznye-stati/41-o-podsose-vozduxa-v