Технологии очистки форсунок и способы их реализации.
Необходимость периодической очистки форсунок инжекторных двигателей стала общепризнанным фактом, не требующим доказательств. Вопрос состоит в выборе средств и способов очистки, и соответственно необходимого оборудования для реализации той или иной технологии очистки. Для того чтобы эффективно очистить (т.е. удалить загрязнения) что-либо, необходимо понять природу возникновения и состав этих загрязнений. Для форсунок системы впрыска источником загрязнения, в подавляющем большинстве случаев, является бензин. Причем наличие в бензине механических примесей – это только видимая часть «айсберга». Фильтры топливной системы (основной и фильтр самой форсунки) отсеивают частицы крупнее 10…20 мм, тем самым, защищая форсунку от большей части механических загрязнений. Основной причиной загрязнения являются тяжелые фракции в химическом составе бензина. В процессе работы двигателя температура корпуса форсунки может достигать 100 0С (и более). При этом легкие фракции бензина испаряются, а тяжелые оседают на стенках каналов форсунки. Процесс образования отложений многократно интенсифицируется в момент остановки двигателя, когда прекращается охлаждающее действие потока бензина. Образовавшиеся таким образом отложения имеют коксовую и смолисто-асфальтовую структуру и характеризуются высокой молекулярной массой и соответственно высокой устойчивостью к растворению и прогрессирующей скоростью накопления. Следует отметить, что возникновение в калиброванном канале слоя отложений толщиной 5 мкм может изменить производительность форсунки более чем на 20%. Существуют различные технологии удаления таких загрязнений. В авиационном моторостроение подобные загрязнения удаляют путем обработки деталей смесью паров специальных растворителей при температуре 90…130 0С, с последующей промывкой растворителями при температуре 80…95 0С. Для очистки автомобильных форсунок наибольшее распространение получили два способа. Первый способ предполагает растворение загрязнений высокоэффективными растворителями, которые либо добавляют в определенных пропорциях в бензин, либо сами растворители используются в качестве топлива для работы двигателя. Такой способ получил название безразборного, т.е. не требующего демонтажа форсунок для их очистки. Для реализации такого способа требуется специальная установка, которая заправляется моющим раствором (сольвентом) и подключается вместо штатной системы топливоподачи. Очистка происходит в процессе работы двигателя. Данный способ имеет неоспоримые преимущества. В первую очередь это отсутствие необходимости выполнения зачастую трудоемкой операции демонтажа форсунок. Кроме того, в процессе работы двигателя очищаются не только форсунки и другие элементы топливной системы, но и элементы клапанного механизма, камера сгорания и элементы выпускного тракта. К недостаткам этого способа следует отнести: - невозможность объективной оценки состояния форсунок до и после очистки; - высокая стоимость моющего сольвента; - невысокую эффективность очистки форсунок на двигателях с пробегом более 100 тыс. км., имеющих застарелые загрязняющие отложения. Опыт применения такого способа очистки форсунок показал его высокую эффективность в качестве регулярной профилактической меры для автомобилей с небольшим пробегом. Отличительной чертой второго способа очистки является необходимость демонтажа форсунок. Трудозатраты на демонтаж в этом случае компенсируется высокой эффективностью очистки и возможностью визуального и инструментального контроля состояния форсунок. Для оценки состояния форсунок проверяются форма факела распыления, герметичность клапана форсунки и сравнивается производительность форсунок одного комплекта. Высокая эффективность очистки достигается за счет использования явлений кавитации в моющей жидкости. Кавитация – это возникновение в жидкости массы пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Сложное движение пузырьков, их захлопывание, слияние друг с другом и т.д. порождают в жидкости импульсы сжатия (микроударные волны) и микропотоки, под воздействием которых происходит разрушение находящихся в жидкости твердых тел (кавитационная эрозия) и интенсифицируются химические процессы растворения. Эти эффекты, при правильно подобранных параметрах, используются для ускорения растворения и отделения загрязняющих частиц от очищаемой поверхности. Наиболее распространенным (но не единственным) способом возбуждения кавитации в жидкости являются ультразвуковые колебания. Установки, использующие такой способ очистки, получили название ультразвуковых. Очистка форсунок в таких установках осуществляется в специальных ультразвуковых ваннах, в которых используется специальная моющая жидкость и создается однородное акустическое ультразвуковое поле. Механизм ультразвуковой очистки состоит в объединении растворяющего воздействия моющей жидкости с механическими воздействиями кавитации на отложения загрязнений. В процессе очистки автомобильных форсунок основной положительный эффект в удалении загрязнений из тонких протяжных каналов играет звукокапилярный эффект, обеспечивающий проникновение моющей жидкости в мельчайшие поры и каналы. Кроме ультразвуковой ванны, такие установки имеют в своем составе тестирующий стенд, позволяющий имитировать различные режимы работы форсунок и контролировать параметры, определяющие работоспособность форсунок. Такой стенд обычно позволяет регулировать в определенных пределах давление топлива, частоту срабатывания клапана форсунки и длительность импульса впрыска. В наиболее «продвинутых» стендах существуют режимы автоматического изменения этих параметров для имитации разгона и торможения. Для тестирования форсунок используется специальная тестовая жидкость, которая по своим характеристикам плотности и вязкости соответствует бензину и в тоже время не является легковоспламеняющейся жидкостью и обладает высокой моющей способностью. При всей эффективности ультразвуковых технологий очистки, эти технологии не могут быть применены для очистки автомобильных форсунок, имеющих в конструкции керамические элементы. Чаще всего это форсунки непосредственного впрыска. Производители этих форсунок не рекомендуют, а зачастую прямо запрещают использовать ультразвук для их очистки, так как в керамических элементах форсунок под воздействием ультразвука возникают микротрещины, которые в жестких условиях эксплуатации быстро прогрессируют и в результате форсунка выходит из строя. Таким образом, к достоинствам ультразвуковых установок следует отнести высокую эффективность очистки и возможность объективной оценки состояния каждой форсунки. Недостатками таких установок являются, во-первых, необходимость демонтажа форсунок и, во-вторых, ограничения по чистке форсунок непосредственного впрыска (имеющих керамические конструктивные элементы). Такие установки целесообразно применять для очистки форсунок с сильными загрязнениями (автомобили с пробегом более 100 тыс.км), для автомобилей, где демонтаж форсунок не требует значительных трудозатрат или в случаях, когда трудозатраты на демонтаж компенсируются стоимостью восстановленных форсунок. Существует еще одна группа установок для тестирования и очистки форсунок, получившие название «кавитационных». Технология очистки в этих установках основана на объединении моющих свойств специальных сольвентов и кавитационных эффектов, возникающих в жидкости, протекающей по каналам форсунки. Кавитация в данном случае возбуждается за счет возвратно-поступательного движения клапана форсунки при частоте управляющих импульсов порядка 2000 Гц. Интенсивность кавитации в таких установках очень невелика, поэтому этот способ очистки допустим и для форсунок, имеющих керамические конструктивные элементы. Это бесспорное преимущество установок такого типа. Еще одним достоинством является возможность повторного использования (после фильтрации) моющего сольвента в отличие от установок для промывки форсунок на работающем двигателе, где сольвент сгорает вместе (или вместо) с бензином. К недостаткам в данном случае следует отнести практически открытое распыление токсичного и легковоспламеняющегося сольвента, что требует повышенных мер защиты обслуживающего персонала и мер противопожарной защиты, а также необходимость экспериментального подбора эффективной частоты срабатывания клапана для различных типов форсунок. Каждая из описанных технологий и соответственно моделей оборудования очистки форсунок имеет свои достоинства, которые в большей или меньшей степени проявляются в конкретных условиях обслуживания конкретного автомобиля. В идеале хотелось бы иметь в автосервисе все типы установок и использовать их в зависимости от состояния автомобиля и желаний клиента. Но такой подход требует значительных материальных затрат и вряд ли может считаться рациональным. Конструкция установки LUC-306 позволяет реализовать практически все описанные выше технологии очистки форсунок. Установка LUC-306 состоит из стенда для тестирования форсунок и ультразвуковой ванны, размещенных на единой мобильной стойке. Стенд для тестирования включает в себя гидравлическую систему, обеспечивающую в стандартной комплектации подключение практически любых форсунок с вертикальной и боковой подачей топлива в прямом и обратном направлении. В гидравлическую систему также входят стеклянные измерительные колбы и электромагнитные клапаны слива (осушения) колб. Измерительные колбы позволяют визуально контролировать герметичность запорного клапана форсунки, форму факела распыления, проводить измерение и сравнительную оценку производительности форсунок. Управление установкой LUC-306 осуществляется микропроцессорной системой, реализующей регулирование давления в гидросистеме, управление режимами работы форсунок, включение и выключение ультразвуковой ванны и др. функции управления установкой. Методика ультразвуковой очистки форсунок с использованием установки LUC-306 предполагает следующие этапы: 1.Демонтаж форсунок и их поверхностная очистка. 2.Установка форсунок в стенд тестирования для определения параметров форсунки до очистки: - герметичность запорного клапана под давлением на 20…25% выше паспортного; - форма факела распыления при различных (в том числе и переменных) значениях частоты срабатываний и длительности импульса открытия форсунки; - сравнительная производительность форсунок одного комплекта.
3.Демонтаж форсунок из стенда тестирования, удаление сетчатых фильтров форсунок (колпачки и уплотнительные кольца меняются по состоянию) и установка форсунок в ультразвуковую ванну. 4.Очистка форсунок в ультразвуковой ванне. Во время очистки запорный клапан форсунки должен активироваться с заданной частотой. 5.Установка форсунок в стенд тестирования для промывки в обратном направлении. 6.Оснащение форсунок новыми сетчатыми фильтрами и другими сменными элементами. 7.Проверка параметров форсунки в стенде тестирования согласно п.2 для определения эффективности очистки. В случае если требуемый результат не достигнут, процедура очистки в части п.2-7 может многократно повторяться. 8.Установка форсунок на двигатель. Для достижения наилучших результатов очистки и обеспечения безопасности, производитель установки LUC-306 рекомендует использовать только специальные тестовую жидкость и жидкость для ультразвуковой ванны. В качестве тестовой жидкости рекомендуется специальное моющее средство "Castrol Clenvex TR”, представляющее собой смесь алифатических и нафтеновых углеводородов со специальными присадками. Жидкость не содержит веществ, оказывающих физиологическое воздействие, и не является легковоспламеняющейся. Жидкость для ультразвуковых ванн DJ – водный раствор биоразлагаемых поверхностно-активных веществ. Жидкость DJ обладает антикоррозионным эффектом и пониженным пенообразованием. Установка LUC-306 может применяться для реализации технологии очистки форсунок на работающем двигателе. Для этого в состав установки включен компонент переходников для подключения стенда тестирования к топливной рампе автомобиля вместо штатной системы топливоподачи. В бак стенда тестирования заливается специальный моющий сольвент (WYNN’S, Carbon clean и др.), устанавливается требуемое давление и запускается двигатель. Очистка производится в соответствии с рекомендациями производителей моющих сольвентов. Кавитационный способ очистки реализуется в стенде тестирования установки LUC-306 путем задания требуемых значений частоты срабатывания клапана и давления моющего сольвента. Данный способ может быть применен как при прямой, так и при обратной промывке форсунок. Широкие функциональные возможности, продуманные эргономические характеристики и современный дизайн позволяют позиционировать установку LUC-306 как, несомненно, лучшую среди аналогичных установок отечественного производства и ни в чем не уступающую, а иногда и превосходящую, дорогие зарубежные образцы.
