ИССЛЕДОВАНИЕ  РАБОТЫ  ИНЖЕКТОРНОГО  ДВИГАТЕЛЯ  С  ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ  ФОРСУНКАМИ  РАЗЛИЧНОГО  ТЕХНИЧЕСКОГО  СОСТОЯНИЯ

Грицай  Андрей  Вячеславович

студент  4  курса,  кафедра  Транспортных  средств  и  процессов,  Северо-Кавказский  федеральный  университет  (филиал  в  г.  Пятигорске),  РФ,  г.  Пятигорск

E -mail:  teckdronik@gmail.com

Горбань  Михаил  Владимирович

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент,  кафедра  Транспортных  средств  и  процессов,  Северо-Кавказский  федеральный  университет  (филиал  в  г.  Пятигорске),  РФ,  г.  Пятигорск

E-mail:  gorban.mihail@mail.ru.

Аракельянц  Артур  Григорьевич

научный  руководитель,  старший  преподаватель,  кафедра  Транспортных  средств  и  процессов,  Северо-Кавказский  федеральный  университет  (филиал  в  г.  Пятигорске),  РФ,  г.  Пятигорск

E -mail:  kaf-tsp@pfncfu.ru

Низкое  качество  топлива  влияет  на  образование  смолистых  отложений.  Проходное  сечение  сопла  уменьшается.  При  остановке  горячего  двигателя  из  пленки  топлива,  оставшейся  на  штифтах  и  внутренних  поверхностях  распылителей  (ниже  запорного  клапана),  испаряются  легкие  фракции  бензина,  а  из  тяжелых  фракций  образуются  слой  твердых  углеродистых  отложений. 

С  появлением  отложений  просвет  «зарастает»  и  уменьшается.  Производительность  форсунки  падает,  что  приводит  к  обеднению  смеси,  особенно  в  режиме  ускорения  автомобиля,  когда  кислородный  датчик  не  успевает  обогатить  смесь.  Кроме  того,  отложения  нарушают  форму  струи  форсунки.  При  этом  струя  будет  направлена  не  в  просвет  впускного  клапана,  а  на  стенки  впускного  коллектора  и  в  цилиндр  поступит  меньше  бензина.  Ухудшается  также  однородность  распыливания  топлива.  Из  форсунок  вылетят  крупные  капли,  не  успевающие  испариться,  перемешаться  с  воздухом  и  не  успевают  полностью  сгореть  в  цилиндрах  двигателя.  Как  следствие,  перерасход  топлива  и  высокая  токсичность  выхлопных  газов. 

Другой  причиной  неудовлетворительной  работы  форсунок  является  загрязнение  их  входных  фильтров.  Из-за  своих  размеров  поглощающая  способность  их  невелика,  а  засорившись,  они  уменьшают  производительность  форсунки.

  Форсунка  может  «лить»  или  вообще  не  открыться  при  подачи  сигнала  на  электромагнитный  клапан.  Возможная  причина  попадание  воды  вместе  с  топливом  в  форсунки.  Под  действием  воды  происходит  коррозия  подвижных  частей  форсунки.  Это  может  произойти  при  нахождении  автомобиля  на  длительном  ремонте.       

Таким  образом,  установлено,  что  в  процессе  эксплуатации  техническое  состояние  форсунок  ухудшается  из-за  загрязнения  элементов  проточной  части,  износа  запирающего  элемента  и  седла,  отклонения  характеристик  электромагнитной  системы.  Эти  эксплуатационные  изменения  рабочих  показателей  электромагнитной  форсунки  определяются  качеством  и  составом  применяемого  топлива,  условиями  эксплуатации  двигателя,  особенностями  изменения  нагрузок  при  работе  двигателя  в  составе  транспортного  средства,  культурой  технического  обслуживания  автомобильной  техники  и  приводят  к  нестабильным  режимам  работы  двигателя,  обусловленных  затрудненным  пуском  двигателя,  неустойчивым  холостым  ходом,  провалами  при  разгоне,  повышенным  расходом  топлива,  потерей  динамики  и  мощности  автомобиля.

Практика  облуживания  инжекторных  систем  впрыска  позволяет  утверждать,  что  при  работе  на  отечественном  топливе  форсунки  нуждаются  в  очистке  через  30—40  тыс.  км  пробега  автомобиля.  Или  примерно  через  два  года  эксплуатации.  Однако,  не  пробег,  не  сроки  не  являются  показатели  необходимости  мойки  форсунок.  Поскольку  все  зависит  не  только  от  условий  и  района  эксплуатации,  но  и  от  случайных  факторов,  например:  сбои  в  электронной  системе  управления  двигателем  (сбои  рабочих  режимов  систем  питания  или  зажигания).  Кроме  того,  засорение  системы  питания  может  произойти  в  короткий  срок,  если  приходилось  заправляться  низкокачественным  бензином.  Поэтому  необходимо  разработать  методику  диагностики  форсунок,  которая  позволит  принимать  решение  о  необходимости  мойки  или  замены  форсунок. 

Значительные  трудности  возникают  при  проведении  технического  обслуживания  топливных  систем,  когда  надо  принять  решение  о  необходимости  мойки  форсунок.  Так,  как  операция  мойки  форсунок  не  включена  в  плановые  операции  регламентных  работ  по  обслуживанию  и  выполняется,  как  правило,  по  заявке  владельца  автомобиля.

Поэтому  задача  настоящих  исследований  состоит  в  разработке  методики  оценки  отклонений  эксплуатационных  показателей  форсунок  от  номинальных  значений  с  целью  поддержания  энергетические  и  экологические  характеристики  автомобильных  бензиновых  двигателей  на  заданном  уровне.

Отклонения  эксплуатационных  показателей  форсунок  от  стандартных  значений  определяется:  по  величине  амплитуды  колебаний  частоты  вращения  коленчатого  вала  двигателя,  по  времени  разгона  двигателя  до  заданных  максимальных  оборотов  и  по  величине  ЭДС,  индуктируемой  в  обмотках  форсунок.

Влияние  промывки  форсунок  на  неравномерную  работу  двигателя  на  холостом  ходу  и  в  режиме  разгона  оценивалось  путем  проведения  тестов  неравномерности  вращения  коленчатого  вала  и  разгона  двигателя  с  помощью  сканера  МТ-10.  Тесты  проводятся  после  установки  на  двигатель  ВАЗ-2111  новых  форсунок,  а  также  с  форсунками  имеющими  наработку  40  и  120  тыс.  км  пробега  соответственно.  При  проведении  теста  разгона  устанавливались  минимальная  и  максимальная  границы  частоты  вращения  коленчатого  вала  соответственно  2000  и  4000  об/мин.  Одновременно  проводились  измерения  содержания  углеводородов  СН  в  выхлопных  газах.  Результаты  измерений  представлены  в  таблице  1.

Таблица  1.

Измерения  содержания  углеводородов  СН  в  выхлопных  газах

Эксплуатационные  изменения  рабочих  показателей  электромагнитных  форсунок  существенно  влияют  на  энергетические  и  экологические  характеристики  автомобильного  бензинового  двигателя.  Так,  после  наработки  форсунок  120  тыс.  км  (при  отсутствии  их  периодической  промывки)  неравномерность  вращения  коленчатого  вала  увеличилась  с  6  до  10  %,  а  время  разгона  коленчатого  вала  двигателя  от  2000  до  4000  об/мин  увеличилось  с  0,46  до  0,75  секунд.  Кроме  того  выбросы  углеводородов  (СН)  увеличились  с  105  до  450  ч.н.м.,  что  приводит  к  перерасходу  топлива. 

На  рис.  1  изображена  осциллограмма  напряжения  на  управляющем  выводе  электромагнитной  форсунки. 

На  осциллограмме  управляющего  напряжения  видно,  что  напряжение  на  управляющем  проводе  в  закрытом  состоянии  форсунки  равно  бортовому  напряжению  (точка  1).  При  коммутации  блоком  управления  управляющего  провода  форсунки  на  массу  наблюдается  резкое  падение  напряжения  (точка  2).  В  этот  момент  по  обмотке  форсунки  начинает  протекать  электрический  ток,  который  создает  электромагнитное  поле,  заставляющее  перемешаться  шток  с  запорной  иглой. 

После  отсоединения  управляющего  провода  форсунки  от  массы  цепь  размыкается  (точка  3)  и  в  обмотке  индуцируется  ЭДС  самоиндукции  (точка  4).  При  этом  под  воздействием  возвратной  пружины  шток  с  запорной  иглой  возвращается  «на  исходную  позицию»  и  надежно  перекрывает  седло  форсунки,  тем  самым,  прекращая  подачу  топлива. 

Значительный  всплеск  напряжения  объясняется  наличием  ЭДС  самоиндукции  в  обмотке  при  отключении  ее  от  массы  транзистором  выходного  каскада  блока  управления.  Результаты  исследования  влияния  загрязнения  форсунок  на  величину  ЭДС  самоиндукции  представлены  в  таблице  1.

Скорость  (время)  реакции  на  управляющее  напряжение  форсунки  зависит  не  только  от  индуктивности  обмотки,  но  и  от  массы  штока,  величины  «рабочего  хода»  и  от  упругости  возвратной  пружины.  Поэтому  величина  импульса  ЭДС  зависит  от  скорости  обратного  движения  клапана  и  пройденного  им  расстояния.  Если  импульса  ЭДС  нет,  то  нет  обратного  хода  клапана.  Это  говорит  о  том,  что  клапан  заклинил.  Если  величина  импульса  ЭДС  невысокое,  то  движение  клапана  укорочено  или  его  скорость  втягивания  уменьшены,  что  может  происходить  из-за  подклинивания  клапана. 

Рисунок.  1.  Осциллограммы  работы  форсунок

На  величину  импульса  ЭДС  самоиндукции  в  обмотках  форсунки  оказывают  влияние  многие  факторы:  загрязнение  внутренних  каналов  форсунки;  ослабление  пружины  клапана;  подклинивание  клапана  из-за  механического  износа;  высокое  давление  топлива.  Так,  после  наработки  форсунок  120  тыс.  км  (при  отсутствии  их  периодической  промывки)  ЭДС  самоиндукции  в  обмотках  форсунки  уменьшилась  с  79  до  58  В.  Поэтому,  предлагаемая  методика  диагностики  технического  состояния  форсунки  по  характеру  изменения  ЭДС  самоиндукции  электромагнитной  системы  является  обоснованным  и  позволит  без  демонтажа  форсунок  с  двигателя  оценивать  износ  элементов  и  определять  необходимость  промывки  или  замены  форсунок. 

Список  литературы:

1.Инжекторные  системы  автомобилей  ВАЗ,  ГАЗ  и  УАЗ  и  диагностика  их  приборами  НПП  «НТС».  Изд.  4-е,  доп.  Самара:  НПП  «НТС»,  2004.  —  148  с.