Увеличение ресурса топливной системы дизелей
 

Уважаемые владельцы автомобилей с дизельными двигателями, хочу поделиться с вами проведённым несколько лет назад исследованием причины износа форсунок, а также результатами поиска устранения этой причины.
За основу исследования был взят двигатель D20DT.

Как вам многим уже известно, в форсунках дизелей есть управляющие клапаны, которые подвергаются повышенному износу, приводя к тому, что форсунки начинают «лить в обратку». Я решил исследовать более подробно эту неисправность.

Для исследования повреждений управляющего клапана было взято несколько форсунок, которые «лили в обратку» и не давали двигателю запускаться. Так же было взято несколько ТНВД.

В качестве инструмента был куплен китайский USB-микроскоп с увеличением в 300 раз.

Считаю нужным напомнить про схему и принцип работы топливной системы дизеля D20DT.
Во время стартерной прокрутки ТНВД пытается создать давление топлива в топливной рампе. Это давление составляет несколько сотен атмосфер. За нужным уровнем давления следит датчик давления топлива, который расположен на топливной рампе. Как только нужное давление достигается, блок управления двигателем даёт команду форсункам на впрыск топлива. В случае, если давление топлива не достигает нужного уровня – блок управления двигателем команду на открытие форсунок не подаёт. Мы с вами как раз и сталкиваемся с тем, что когда форсунки «льют в обратку», то ТНВД на стартерной прокрутке не успевает компенсировать текущие форсунки и запуска не происходит, т.к. давления в рампе нет.

Исследование заключалось в том, что я скрупулёзно изучал каждую деталь ТНВД и форсунок. После нахождения повреждений я проводил измерения и расчёты для выяснения нагрузок в повреждённых местах. Далее был проведён анализ полученных данных, выработана гипотеза, которая впоследствии подтвердилась экспериментом.

Вскрытие нескольких неисправных ТНВД показало следующую картину.
Секция низкого давления.

Внутри ТНВД есть подкачивающий насос. На его лопастях были обнаружены сильные потертости, как с торца, так и сбоку. Расчёты показали, что на торец лопасти действует сила 218Н (22 кг), а на боковую часть действует 39Н (4 кг).

Секция высокого давления.

Вращающийся кулачковый вал через ролики воздействует на плунжеры. На вершинах кулачкового вала были обнаружены потёртости, которые явно отличались от штатно нанесённого хона. На роликах также были обнаружены повреждения в виде круговых царапин. Расчёт показал, что в зоне контакта ролика и кулачка создаётся сила 3801Н (387 кг). Зоной контакта является линия.

Очевидно, что при отсутствии смазки и при наличии абразива в топливе мы будем получать такой износ.

Больше повреждений в ТНВД обнаружено не было.

Далее были изучены детали форсунок.

Было установлено, что самой изнашиваемой частью является управляющий клапан, а именно седло клапана и его направляющая.

При детальном рассмотрении седла клапана были обнаружены мелкие сколы, каналы и повреждения, напоминающие пескоструйную обработку. На направляющей клапана в основном были вертикальные риски. На корпусе управляющего клапана можно было рассмотреть только седло. Оно оказалось отбитым с помощью седла клапана, местами видны каналы и повреждения, напоминающие пескоструйную обработку.

Далее был проведён расчёт нагрузок. Нагрузкой здесь выступает скорость истечения топлива через седло клапана и количество посадок клапана. Расчёты показали, что скорость истечения топлива в момент срабатывания клапана может достигать 120 м/с, скорость посадки клапана на седло достигает 2.8 мм/сек, количество посадок клапана в среднем составляет 400 млн.

Обращаю внимание, что внутри корпуса клапана около седла есть повреждения, которые не могут быть следствием работы клапана, т.к. клапан в этом месте с корпусом не соприкасается. Повреждения вызваны тем, что в топливе есть твёрдые частицы, которые ударяются о корпус клапана в момент его срабатывания. При скорости частиц 120 м/с получается пескоструйная обработка корпуса клапана.

Все обнаруженные повреждения говорят о том, что в топливе есть частицы, по твёрдости сопоставимые со сталью. Эти частицы попадают в самые нагруженные пары трения и качения, нанося повреждения деталям. Есть основание полагать, что в дальнейшем образованные царапины приводят к тому, что пара трения или качения сама начинает образовывать стружку вследствие граничного трения. Граничное трение приводит к жёсткому касанию деталей по микронеровностям с последующим микросвариванием и вырыванием металла друг из друга. Далее процесс износа происходит лавинообразно.

Гипотеза следующая: в топливо твёрдые (возможно металлические) частицы попадают с заправки. Далее большие частицы задерживаются в топливном фильтре, а частицы размером с 1 мкм и менее проходят сквозь фильтр и попадают в топливную аппаратуру, нанося там повреждения. Далее образовавшиеся повреждения начинают сами генерировать металлические твёрдые частицы, что ещё сильнее изнашивая топливную систему.

Для подтверждения части гипотезы был разработал корпус из немагнитного материала, внутри которого было помещено два неодимовых магнита, обмотанных изолентой. Течение топлива внутри корпуса было тщательно просчитано в специальной программе, которая моделирует течение жидкости. Это было необходимо, чтобы скорость течения жидкости была минимальной при минимальном сопротивлении устройства течению топлива.

Данное устройство было помещено в линию между ТНВД и фильтром тонкой очистки. Цель – обнаружить стальную стружку после топливного фильтра. Прошу не повторять этот эксперимент, т.к. намагниченная стружка может прилипать друг к другу и, оторвавшись от магнита, выведет из строя ТНВД или форсунку.

Через несколько тысяч километров устройство было извлечено из автомобиля и вскрыто. На магнитах, напомню, была наклеена изолента. Снятая с магнитов изолента имела тёмные отметины, которые попали под микроскоп.

На фотографиях вы можете отчётливо видеть стружку, которая прошла через оригинальный топливный фильтр и была перехвачена магнитом.
Таким образом, гипотеза, хоть и не до конца, но всё-таки подтверждена.

Какие можно сделать выводы.

Производители топливных систем не заинтересованы в большом ресурсе их комплектующих. Причиной тому – бизнес. Поэтому в топливных система Delphi, Bosch, Denso и прочих вы не обнаружите магнитов. Однако стоит напомнить, что магниты вы можете встретить в АКПП, в МКПП, в редукторах, в системах полного привода. Т.е. проблема наличия стружки всем известна и производители крупных агрегатов с ней борются.

Что же делать нам, приговорённым к замене форсунок? На мой взгляд одним из кустарных, но эффективных решений будет размещение сильного неодимого магнита до фильтрующего элемента. При этом желательно, чтобы скорость течения топлива была минимальной. Это необходимо, чтобы магнит мог притягивать стружку без сопротивления течения.

Самым эффективным местом размещения магнита можно обозначит топливный бак. Однако, это требует периодического демонтажа бака и чистки магнита. В противном случае крупный магнитный ёжик может оторваться от фильтра и забить сетку топливоприёмника.

Вторым по эффективности считаю топливный сепаратор, который стоит на Кайронах, Рекстонах и других рамниках со старыми дизелями (D20DT, D27DT). В нём течение топлива небольшое. Прилепив сильный магнит к сепаратору, мы будем внутри сепаратора накапливать стружку. Затем эта стружка, укрупнённая за счёт примагниченности друг к другу, задержится в топливном фильтре.

Третим считаю топливный фильтр. У него есть преимущество в том, что его необходимо регулярно менять. И если к нему прилепить сильный магнит, то он будет на внутренней стенке накапливать стружку, которая потом выбросится вместе с фильтром. Однако течение топлива вдоль стенок фильтра может быть слишком большим, и оно сможет унести стружку из магнитного поля.

Ни в коем случае не призываю всем бежать и ставить магниты. Просто решил поделиться своим опытом. А как вы его будете использовать - ваше дело))
Возможно мой опыт пригодится вам и в других сферах.

Если есть альтернативные мнения - готов подискутировать. Может я в чём-то ошибаюсь.

Так может просто поставить сепаратор с магнитом, но только это проблему не решит
Что делать с немагнитной фракцией меньше 4 микрон, или водой, оно проходит через штатный фильтр и делает свое дело
Тут мне кажется при таких давлениях ничего не сделаешь
Надо как то снизить давление в рампе, да только это нереально