Дипломная (вкр): Усовершенствование технологических процессов диагностирования и восстановления форсунок впрыскивания бензина

В настоящее время применение имеют системы с двумя по порядку работающими группами и системы с одновременным двухразовым впрыскиванием, что обеспечивают, с одной стороны, нормы, предложенные для системы питания современных двигателей, и, с другой стороны, сравнительно невысокую сложность изготовления. К перспективным системам можно отнести фазное впрыскивание с перекрытием во времени.

Необходимая статическая продуктивность форсунки в первом приближении может быть определенна по формуле

, (3.5)

где q0 - статическая продуктивность форсунки;

Qц - цикловая подача;

tц - время открытого состояния клапана.

Естественно продуктивность форсунки для данного типа двигателя определяю по максимальной цикловой подаче этого двигателя и по максимальной продолжительности управляющих импульсов tmax, принимая tmax » tц max, q0 = Qц max. / tmax.

Подставляя значения tmax с уравнения (3.3), получим:

. (3.6)

Выражение (3.6) показывает, что для данного типа двигателя продуктивность форсунки может быть уменьшена в случае применения фазного или группового впрыскивания с перекрытием во времени. Уменьшенная продуктивность благополучно влияет на повышение быстродействия клапана.

Как указано выше, в современных системах впрыскивания с электронным управлением давление топлива принимается равным 162 -196 кПа. Это давление обеспечивает полностью удовлетворительное смесеобразование. Практически такие же эффективные показатели могут быть получены и при давлении 98 - 147 кПа. Дальнейшее понижение давления топлива не гарантирует отсутствие парообразования в трубопроводах системы при высоких температурах окружающей среды.

Проведенные испытания показали, что повышение давления в системе до 294 - 490 кПа не улучшает экономических показателей двигателя, но увеличивает нагрузку на бензонасос и намного понижает быстродействие форсунок.

Зная статическую продуктивность форсунки и перепад довления на клапане, можно определить площадь эффективного перекрытия клапана с выражения

, (3.7)

где mфfф - площадь эффективного перекрытия клапана форсунки;

r - плотность топлива;

р - перепад давления топлива на клапане.

.3 Диагностирование форсунок без демонтажа методом подключения датчика пульсации

Как проверить состояние форсунок на текущий момент по месту установки, без демонтажа? Достоверно степень засорения можно выяснить только после их снятия с двигателя и проверки на специальном стенде. Но, если подсоединить датчик пульсаций FirstLook (или его аналог) к вакуумному штуцеру регулятора давления топлива в системе, и подключить его к осциллографу, то на мониторе можно будет видеть график перемещений мембраны регулятора давления топлива. По полученному графику и можно оценить состояние форсунок без их снятия с двигателя.

Датчик представляет собой пьезокерамическую мембрану, помещённую в корпус так, что она разделяет внутренний объём корпуса на две половины.

Подсоединение датчика пульсаций к регулятору давления топлива.

Рисунок 3.1 - Подключение датчика пульсации к к регулятору давления топлива

Одна половина корпуса имеет открытое отверстие для обеспечения с этой стороны мембраны атмосферного давления, другая снабжена штуцером для подключения к регулятору давления топлива. При изменениях давления пьезокера-мическая мембрана начинает деформироваться и генерировать переменное напряжение. Если это напряжение подать на вход осциллографа, то на мониторе можно будет наблюдать график изменения давления внутри подсоединённого к штуцеру датчика.

Рисунок 3.2 - График перемещения мембраны регулятора давления топлива автомобиля Mercedes Е 200. Форсунки загрязнены.(Осциллограмма напряжения на управляющем выводе форсунки первого цилиндра)

В системах впрыска топлива инжекторных двигателей давление в топливной рейке поддерживается на заданном уровне с помощью регулятора давления топлива, который обеспечивает его путём сброса избытка топлива, подаваемого бензонасосом, обратно в топливный бак. Этот регулятор тоже работает посредством мембраны, на которую, с одной стороны, давит тарированная пружина, а с другой - топливо. Как только давление топлива возрастает и оно превышает усилие пружины, мембрана смещается и открывает клапан слива топлива в бак, что приводит к снижению давления топлива в системе до установленной нормы.

Рисунок 3.3 - График перемещения мембраны регулятора давления топлива автомобиля Mazda. Форсунки загрязнены.(Осциллограмма напряжения на управляющем выводе форсунки первого цилиндра)

При открытии форсунки часть топлива начинает протекать через неё, что приводит к снижению давления в рейке. Мембрана регулятора давления под действием пружины смещается в другую сторону, частично перекрывая клапан слива топлива, препятствуя, таким образом, снижению давления. Величина смещения мембраны напрямую зависит от количества топлива, протекающего через форсунку, то есть - от её производительности и от времени открытия. При закрытии форсунки происходит обратный процесс, мембрана регулятора давления смещается в сторону большего открытия клапана слива топлива.

Подсоединяем датчик пульсаций FirstLook (или его аналог) к вакуумному штуцеру регулятора давления топлива, и на мониторе осциллографа видите график перемещений мембраны регулятора давления топлива в процессе открытия и закрытия форсунки. По этому графику можно сравнить амплитуды перемещений мембраны при срабатывании разных форсунок. Ввиду того, что на установившемся режиме работы двигателя длительность импульсов открытия для всех форсунок относительно одинакова и стабильна, амплитуда перемещений мембраны в этом случае зависит только от производительности форсунок. Если же, вследствие их загрязнения, производительность изменилась и для разных форсунок различна, то и амплитуда перемещений мембраны регулятора давления топлива будет различной. Таким образом, по полученной осциллограмме можно оценить состояние форсунок без их снятия с двигателя.

.       
СУТЬ МЕТОДОВ И СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНИЧКСКОГО СОСТОЯНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОРСУНОК ВПРЫСКИВАНИЯ БЕНЗИНА

4.1 Обзор технологий восстановления пропускной способности форсунок

Можно выделить следующие наиболее распространенные методы восстановления продуктивности форсунок:

. Путем пропускания аэрозольной промывочной жидкости через рампу форсунок на работающем двигателе;

. Очистка путем погружения форсунок в технологическую жидкость при воздействии ультразвука;

. Промывка путем взбалтывания технологической жидкости за счет влияния импульсных токов на электромагнитные провода форсунок.

Можно также выделить следующие недостатки существующих методов:

продолжительное время вспомогательных операций;

большой расход промывочной жидкости;

повышенное нагревание технологической жидкости.

Повысить продуктивность очистки форсунок и уменьшить расход технологической жидкости можно соединив три процесса: кавитацию, взбалтывание и движение жидкости.

.2 Технология без демонтажа элементов топливной системы

Технология во многом напоминает «аматорскую» с использование различного рода присадок, но лишена её основных недостатков. Она состоит в том, что промывочная жидкость, (бензин + сольвент - присадка) подается непосредственно на вход топливной рампы, то есть топливный бак, топливопровод, и бензонасос в очистке (работе двигателя при очистке) участия не принимают. С одной стороны, это плюс, так как грязь в этих компонентов топливной системы не смывается и не загрязняет форсунки, с другой стороны минус - отложения в баке, топливопроводе, бензонасосе чем - то все же придется удалять. Дополнительное преимущество данной технологии - нет необходимости демонтажа форсунок, что делает возможным очистку в ситуации, когда демонтаж форсунок усложнен (например, на некоторых моделях автомобилей демонтаж форсунок невозможен без снятия впускного коллектора).

Наиболее простая конструкция установки для такой очистки реализована в отечественной установке ОВ-1 (которая, является аналогичной американской). Установка представляет собой бачок для промывочной жидкости. С одной стороны через кран он подключается к входу топливной рампы. С другой стороны через регулятор давления с манометром подключается подача сжатого воздуха, который и обеспечивает подачу топлива под нужным давлением. Очистка происходит непосредственно в процессе работы двигателя.

Собрать такую установку можно и самостоятельно (что многие и делают). Однако, крайне не рекомендуется такой способ экономии - во - первых, работа связанна с крайне легковоспламеняющимися жидкостями под давлением, во - вторых, в комплекте с прибором ОВ-1 идет достаточно большой набор переходников для безопасного подключения к топливной системе, в - третьих стоимость такой установки даже для небольшого СТО сравнительно невелика - порядка 2500 грн., а ее практичность позволяет окупить затраты уже после 15-20 процедур очистки.

После применения такой технологии очистки рекомендуется замена или чистка свечей. Расход рабочей жидкости (бензин + промывочная жидкость - присадка) на двигатель объемом до 2,5 л. - примерно 1 - 1,5 л.

Эту технологию рекомендуется применять при среднем уровне загрязнения форсунок и топливной системы - ориентировочно каждые 10 - 15 тыс. км пробега (с учетом качества нашего бензина, для сравнения - в Европе такой интервал, который рекомендуется составляет примерно 40 - 60 тыс. км пробега).

Также необходимо отметить, что применять этот способ рекомендуется только для автомобилей с электромагнитными форсунками. Не рекомендуется чистить инжекторные системы с механическим впрыском топлива (Ке-Jetronіk) - дозаторы таких систем имеют малые рабочие зазоры, поэтому очень чувствительны к загрязнениям и при промывке быстро забиваются, что может привести к необходимости демонтажа, разборке и ремонту, а может и замене. Форсунки механических систем не разбираются и очищаются только с помощью продувки сжатым воздухом. При сильном загрязнении они подлежат замене.

Также минусом данного метода является то, что оценить качество очистки придется по субъективным показателям - стабилизировались обороты двигателя, улучшилась приемистость, уменьшился расход топлива. Однако, на 100% утверждать, что все параметры форсунок и других элементов топливной системы пришли в норму без демонтажа форсунок и проверки их на специальном стенде невозможно.

Методы оценки качества работы форсунок непосредственно на двигателе существуют, но их точность невысока. Первый метод состоит в том, что при заглушенном двигателе контролируется падение топлива в топливной рампе - таким способом можно оценить герметичность форсунок в закрытом состоянии (при этом нужно либо заглушить обратный клапан регулятора давления топлива, либо учитывать что потери могут идти и через него). Также можно подавать на форсунки управляющие импульсы и снова по падению давления определить продуктивность каждой форсунки. То есть такими способами можно проверить только два из четырех параметров работы форсунок - герметичность клапана в закрытом состоянии и продуктивность.

Второй метод заключается в контроле времени продолжительности впрыскивания. Измерять продолжительность впрыскивания можно специальным прибором, либо с помощью мультиметра или мотор - тестера, имеющего такую функцию. Технология состоит в том, что при загрязненных форсунках электронный блок управления фиксирует недостаток поступления топлива в цилиндры (например, с помощью механизма обратной связи через лямбда - зонд) и увеличивает продолжительность одного импульса впрыска. Как правило, это время превышает нормативные показатели (это ещё один показатель для очистки форсунок). После проведения очистки продолжительность импульса (при одинаковых режимах работы двигателя) должна уменьшится (прийти в норму).

Ясно, что ни одним из этих методов такие важные параметры как абсолютная продуктивность и факел распыла прямо проконтролировать невозможно.

.3 Технология с демонтажем элементов топливной системы

Следующие два метода связанны со снятием форсунок с двигателя. Хоть эти методы и требуют демонтажа форсунок - зато это дает возможность (при наличии необходимого оборудования) полностью объективно и визуально оценить работу форсунок. Рекомендуется оценивать параметры работы форсунок как до, так и после очистки, что позволяет оценить качество самой очистки.

Проверка снятых с двигателя форсунок начинается с визуального осмотра (необходимо обратить внимание на наличие/отсутствие каких - либо повреждений, степень загрязненности и т.д.), далее проверить электрические параметры соленоида клапана форсунки (для электромагнитных форсунок) - отсутствие короткого замыкания между витками и т.д. В случае выявления таких неисправностей форсунка подлежит замене без очистки.

Непосредственно для проверки работы форсунки используется специальные стенды (это может быть как отдельная установка, так и интегрированный с ультразвуковой ванной стенд), что представляет собой мерные цилиндры (по количеству проверяемых одновременно форсунок), бак для тестовой жидкости, насос, блок управления форсунками. Работа стенда имитирует работу форсунок на двигателе, при этом контролируются такие параметры работы форсунок как:

герметичность клапана в закрытом состоянии - на форсунки подается тестовая жидкость под давлением, управляющее напряжение не подается. Давление, как правило устанавливается на 10% больше, чем максимальной рабочее давление топлива для данного двигателя. Герметичность контролируется визуально. Как правило, допускается появление не более одной капли тестовой жидкости в минуту.Герметичность механических форсунок проверяется при давлении, равном избыточному конкретной системы. Величины давлений можно уточнить в специальной литературе и информационно - справочных базах данных;

форму факела распыла - контролируется визуально через прозрачные стенки мерных цилиндров. Дополнительно для лучшего наблюдения можно использовать стробоскоп;

абсолютную продуктивность форсунок;

относительную продуктивность форсунок. Считается, что для стабильной работы двигателя количество топлива, впрыскнутого разными форсунками за одинаковое количество рабочих циклов, не должно отличаться больше, чем на 5% от среднего значения.

Первоначальную проверку форсунок - (до очистки) лучше проводить без снятия внутреннего капронового фильтра тонкой очистки. После первичной проверки и перед очисткой форсунок, в том случае, если фильтр будет заменятся на новый, его лучше снять. После проведения очистки и финальной проверки, перед установкой форсунки на двигатель необходимо установить новый фильтр ( при его наличии). Также в случае необходимости заменяется уплотнительное кольцо (или кольца) на форсунке.

.4 Ультразвуковая чистка с демонтажем форсунок

В первую очередь этот способ применяется к форсункам и ключевым моментом тут служит применение ультразвуковой технологии. После первичной проверки форсунок на стенде и перед процедурой ультразвуковой чистки рекомендуется продуть каждую форсунку фильтрованным сжатым воздухом под давлением 1-1,5 бар для удаления остатков жидкости и грязи, что отслоилось, с форсунки перед началом следующей процедуры.