Причины износа форсунок

В целостной системе транспортных и грузовых перевозок дизельные автомобили доминируют. Дизелестроение в современном производстве -  одна из ведущих отраслей. Она впитала в себя всё передовое из общего машиностроения.

Один из основополагающих компонентов производства дизельных двигателей - изготовление распылителей форсунок, а также плунжерных пар насосов высокого давления, в целом представляющих собой изделия, изготовление которых требует применения особых методик обработки, которые обеспечивают очень высокую точность сопрягаемых поверхностей. Вышеназванные детали являются самыми высокоточными изделиями, рассчитанные на массового потребителя.

В процессе регулярной эксплуатации двигателя обычно производится неоднократная замена распылителей форсунок и плунжерных пар насосов высокого давления. Распылители меняют после 50 - 100 тыс. км пробега . Плунжерные пары служат подольше, но также выходят из строя. Это происходит приблизительно через 200 - 300 тыс. км. Также следует иметь в виду, что достаточно часто возникают нетипичные ситуации,  приводящие к ускорению износа вышеперечисленных деталей. Последнее вполне может быть вызвано следующим: некачественным дизтопливом, попаданием  различного количества воды в топливную систему, неумелым форсированием режима работы двигателя, а также,как ни печально, дефектами производства самих изделий.

В Беларуси эксплуатируется очень большое количество техники с диздвигателями. При этом каждая автоединица за срок своего использования требует ремонта нескольких комплектов плунжерных пар и в 2-3 раза больше распылителей. Комплект распылителей (плунжерных пар)- это от 4-х до12-ти вышеназванных изделий, число которых, чаще всего, равно количеству цилиндров диздвигателя.

Надо обратить внимание на то, что в РБ обсуждаемые нами изделия не производятся. Самыми близкими к нам производителями дизтопливной аппаратуры являются Российская Федерация, страны Прибалтики, Украина и Польша. Кроме этого, на наш рынок поступают распылители. используемые в европейских грузовиках и легковых автомобилях. Они производятся в Германии, Франции, Италии, Велокобритании, Турции, Китае, Индии, Бразилии, Японии и Южной Африке.

ОСНОВНОЙ ХАРАКТЕР ИЗНОСА РАСПЫЛИТЕЛЕЙ И ЕГО ПРИЧИНЫ 

     Из -за занимаемого положения в камере сгорания распылитель форсунки диздвигателя постоянно подвергается тепловым и пульсирующим механическим. Игла распылителя диздвигателя за время всей своей "впрыскивающей жизни" совершает более миллиарда ходов (открытие и закрытие). При этом ей необходимо "держать" давление примерно равное 200 БАРам и более, открывая и перекрывая ток жидкости в течение всего срока работы.

     Во время эксплуатации распылитель изнашивается - его рабочие поверхности меняют  геометрическую форму. При анализе состояния поверхностей, которые отработали свой ресурс, выяснилось следующее- основными видами износа, в результате которых распылитель теряет свою способность работать явились:
     1- Износ корпуса и уплотнительных конусов иголки;
     2- Износ направляющих цилиндрических поверхностей корпуса и иголки; 
     3- Образование «заусениц» на торце иглы .

     В подавляющем большинстве случаев на срок службы распылителя влияет первый из перечисленных видов . Износы уплотнительных конусов распылителей приводят к изменению точек контакта поверхностей и увеличивают гидравлическое сопротивление самих распылителей. Уплотнительные конусы иголок начинают прикасаться к корпусам распылителей не верхними кромками, а всеми поверхностями. Это приводит к тому, что в моменты впрыскивания, попадающему к сопловым отверстиям распылителя дизтопливу, требуется преодолеть сужающееся кольцевидное пространство. Топливная жидкость теряет свою энергию, тратя её на преодоления трения о стенки получившегося коридора, и попадает в камеру сгорания не в виде тумана, а разнокалиберными струйками. Процесс смесеобразования постепенно нарушается и топливная жидкость начинает сгорать не полностью. Непосредственно двигатель начинает дымить, теряет мощность.

     Второй вид износа ведёт к существенному уменьшению гидравлической плотности распылителя. И при появлении чрезмерного зазора между работающими поверхностями значительная часть топливной жидкости, направляемая насосом высокого давления в цилиндр для сгорания, уходит через обратный трубопровод в бак топливной жидкости автомобиля. Последнее ведёт к нарушению расчетных параметров, применяемых в отношении двигателя. В первую очередь двигатель станет неустойчиво работать на  оборотах вхолостую.

    Третий вид износа может стать причиной заклинивания иглы в корпусе распылителя и привести к его аварийной остановке.

    При анализе вышеизложенных причин образования износов напрашиваются выводы:

     - Причину появления «заусениц» на торце иглы распылителя следует связывать с пластической деформацией металла, которая появляется вследствие циклических нагрузок (удары иглы о деталь, которая ограничивает высоту её же подъема). Это является следствием низкого качества материала иглы.
     - Износ направляющих цилиндрических поверхностей иглы и корпуса распылителя носит в себе абразивный характер. Эти поверхности изнашиваются вследствие попадания в зазор между ними мелких частичек. Наиболее сильно поверхности изнашиваются в их нижней части, т.к. по мере нисходящего движения по зазору абразивные частицы постепенно разрушаются и перестают царапать поверхности. Вышеописанный вид износа не присутствует на распылителях автомобилей, имеющих хорошую систему очистки топливной жидкости.
     - Механизм износа, касающийся уплотнительных конусов более сложен. Причиной их износа можно считать кавитацию. В местах нахождения уплотнительных поверхностей распылителя дизтопливо проходит через достаточно сильно суживающееся пространство, где скорость (v) его течения резко возрастает, а давление (р), по закону Бернулли, падает. Топливная жидкость в этих местах закипает, то есть образуется очень большое количество микропузырьков. Эти микропузырьки в момент прекращения потока жидкости захлопываются, потому что давление (р) в рассматриваемом объеме (V) резко возрастает. Теоретические основы этого явления широко известна и описана в литературе. В процессе захлопывания пузырьки создают в своих микрообъемах огромное давление (р) и те из пузырьков, которые оказываются непосредственно на границе объема постепенно разрушают мельчайшие частицы металла. Усилителем (катализатором) этого явления становится наличие в дизтопливе микрочастичек воды. Вода катализирует вредное влияние кавитации в связи с тем,что её температура закипания значительно ниже, чем у фракций дизтоплива, и образование мелких пузырей происходит гораздо более интенсивно.
     Абсолютно устранить влияние кавитации (см.выше) на разрушение уплотнительных поверхностей распылителя почти невозможно. Вредные последствия данного явления можно лишь свести к минимуму применением для производства распылителей высококачественных и высокопрочных  материалов, а также использованием хорошо очищенного дизтоплива.