Форсунка бензинового мотора – деталь весьма сложная и, как ни странно, противоречивая. Вроде бы она должна быть очень точной, но при этом её стараются сделать как можно проще. Она должна быть максимально лёгкой и быстрой, но при этом не изнашиваться в жёстких условиях эксплуатации при высокой температуре. И надо признать, что современные электромагнитные форсунки со своими задачами справляются обычно хорошо. Но со временем они всё-таки тоже ломаются и даже могут загубить ещё вполне рабочий мотор. Сейчас расскажем, каким образом.
От башни к электроклапану
Я не очень люблю уходить от темы в исторические экскурсы, но история форсунки довольно любопытна. Может быть, некоторые помнят, что изначально Рудольф Дизель хотел жечь не солярку, а угольную пыль. Получилось плохо – у этой пыли не слишком большая теплоотдача. Однако идея распылять в виде горючего порошок посещала не только Дизеля: Александр Иванович Шпаковский сделал первую форсунку для порошка ещё в 1864 году. Но успеха было не больше, чем у Дизеля. Нужно было изобрести кое-что новое – форсунку для жидкого топлива.
И тут опять отличился наш соотечественник – Владимир Григорьевич Шухов. Да-да, тот самый Шухов, по проекту которого была построена известная телебашня на Шаболовке. Но это было намного позже, а в 1880 году на тот момент ещё студент Шухов изобрёл форсунку для жидкого топлива. Это изобретение очень понравилось брату Альфреда Нобеля – Людвигу. Понравилось настолько, что он купил патент и стал ставить форсунки Шухова на морские суда. Ну а за дальнейшее развитие форсунок надо сказать спасибо Роберту Бошу. Он придумал сразу несколько типа форсунок для жидкого топлива, и главное – «подружил» их с насосом высокого давления.
Шухов Владимир Григорьевич (1853-1939)
Конечно, в дизельных моторах форсунки появились раньше, чем в бензиновых, где стояли карбюраторы. Однако уже в 1970-х, с появлением так называемых инжекторных систем, форсунки пришлось ставить и на бензиновые моторы. Сейчас уже, наверное, не все вспомнят ранние варианты инжектора с моновпрыском – одной форсункой на впускном коллекторе вместо карбюратора. Нынче форсунки ставят на каждый цилиндр отдельно, причём есть как простой распределённый впрыск во впускной коллектор, так и непосредственный – в цилиндры. Есть ещё и моторы с комбинированным впрыском, где форсунки – в каждом цилиндре и одна – во впускном коллекторе. Проблемы форсунок непосредственного впрыска немного специфичны, так что сегодня будем говорить о самых распространнённых проблемах форсунок моторов с распределённым впрыском.
За время своего развития форсунки разделились по принципу своей работы на несколько типов: механические, пьезоэлектрические, электрогидравлические и электромагнитные. Первые три обычно применяются на дизельных моторах (при этом пьезоэлектрические могут встретиться и на бензиновом), ну а в бензиновых двигателях с распределённым впрыском работают сравнительно простые и надёжные электромагнитные форсунки. Впрочем, простые ли?
Быстро, точно, экономно
Итак, как работает электромагнитная форсунка? Теоретически не очень сложно. Форсунки стоят на топливной рампе, куда бензонасос под приличным давлением подаёт бензин. Задача форсунки – по команде ЭБУ своевременно открыться, впрыснуть топливо и закрыться.
Для этого на обмотку соленоида подаётся электрический импульс. Под его воздействием появляется магнитное поле, которое затягивает якорь. Якорь (шток) соединён с запорной иглой. Как только якорь заходит внутрь катушки, игла открывает сопла распылителя, и форсунка впрыскивает топливо. Щелчки, которые издают форсунки (даже не щелчки, а цокот, который хорошо слышно на холостых оборотах коленвала), – это следствие цикличной работы соленоида и бегающего туда-сюда якоря внутри форсунки.
Вроде бы всё просто, но вся форсунка – это один большой компромисс. С одной стороны, игла должна быть очень прочной и надёжно перекрывать сопла распылителя в тот момент, когда на обмотке нет напряжения. С другой стороны, утяжелять иглу нельзя: чем она массивнее, тем больше у неё инерция, а значит – ниже скорость работы. Тем временем производительность форсунки определяется суммарным временем открытия клапана, потому что в ходе одного цикла впрыска современная форсунка успевает несколько раз открыться и закрыться. Так что сделать идеальную форсунку не так просто, как кажется.
От точности работы форсунки зависит очень многое, это очевидно. Не совсем очевидно то, что даже в это устройство запустили свои руки экологи: они заставляют современные моторы работать на бедной смеси, а для этого требуется максимально точная работа форсунки. К сожалению (или к счастью), производительность форсунки в конкретный период времени зависит исключительно от времени, на которое открыты сопла распылителя. Диаметр сопла или давление в топливной рампе форсунка изменять не умеет, поэтому единственный её инструмент – это время срабатывания. При этом форсунка должна уметь пережить миллионы циклов работы без замены, что тоже достаточно сложно. Поэтому повторю ещё раз: несмотря на внешнюю простоту, форсунка – весьма технологичное устройство. И иногда оно перестаёт работать штатно.
Льёт – не льёт
У форсунки может быть три типичные неисправности: она может не пропускать топливо тогда, когда это надо; может пропускать, когда не надо; может пропускать, когда надо, но делать это неправильно. Теперь о всех трёх ситуациях подробнее.
Как это – не пропускать топливо тогда, когда это надо? Во-первых, может просто пропасть сигнал на открытие: в проводке форсунки может быть и обрыв, и замыкание. Во-вторых, в бензине всегда есть примеси, которые формируют отложения на форсунке. Отложения могут забить распылитель, и тогда форсунка тоже не сможет пропускать бензин. Впрочем, загрязнения чаще приводят к тому, что форсунка пропустить топливо может, но делает это неправильно.
Вторая ситуация – это потеря герметичности. В этом случае запорная игла не способна перекрыть сопла распылителя, вследствие чего форсунка начинает протекать. Эта неисправность встречается гораздо чаще первой. Да и объясняется она проще: тут целый набор причин, начиная от тех же отложений до износа самой иглы. Хорошо, что и обнаружить негерметичность форсунки не слишком сложно. Кроме этого можно встретить негерметичность корпуса форсунки. В этом случае внутренние уплотнения подсыхают, и бензин идет в обмотку, а оттуда вытекает наружу
Ну и третий потенциальный сюрприз – это неправильное распыление бензина. Теоретически оно должно быть мелкодисперсным, но в ряде случаев факел распыления нарушается до такого состояния, что бензин начинает течь, причём с какой-нибудь одной стороны. А может не течь, а наоборот – поступать в меньшем количестве. И ещё может просто нарушиться форма факела распыления, что тоже плохо: не получится создать однородную топливо-воздушную смесь, и её горение будет неправильным.
Как же понять, что с форсункой что-то не так?
Смотреть и слушать
Разумеется, полноценно проверить форсунки можно только на стенде. Для этого их надо снять и отдать специалистам на нормальную диагностику. Но, может, есть способ что-то сделать проще? Способ, конечно, есть, но он не так хорош. Хотя надо признать, выручить может.
Начнём с самого простого: с проверки форсунок на слух. На некоторых моторах (например, на всех корейских) цокот форсунок слышен очень хорошо. Единственная сложность – понять, это цокот всех форсунок или какая-то одна из них решила цокать? С шумными форсунками рядной «четвёрки» хорошо: можно просто послушать каждую и понять, что работают все. Но часто для этой проверки потребуется стетоскоп, который можно заменить любой деревяшкой или железкой, которая проводит звук лучше воздуха. Надо только внимательно послушать и убедиться, что не только все форсунки щёлкают, но и делают это одинаково. Никаких посторонних звуков в виде свиста или шипения быть не должно.
Если какая-то форсунка не работает, можно проверить, подаётся ли на неё напряжение. Для этого последовательно с катушкой нужно подключить светодиод. Если он будет мигать в такт мотору, значит, питание есть. Правда, это не означает стопроцентной исправности – точно сигнал можно отследить только осциллографом.
Протекающую форсунку можно косвенно отследить по неуверенному пуску и быстро зарастающей нагаром свече зажигания. Если в каком-то из цилиндров свеча быстро обрастает чёрной копотью, появляются пропуски зажигания, которые проходят после чистки или замены свечи и появляются в этом цилиндре вновь, скорее всего, форсунка утратила герметичность. Еще один способ выявить проблемы с форсункой – анализ топливной смеси: богатая смесь может говорить о переливающей форсунке. Но, во-первых, причина богатой смеси может быть и иной, а во-вторых, без опыта работы со сканером разобраться в нюансах топливной коррекции сложно, так что сходу «опознать» форсунку не получится.
К сожалению, ничего более интересного без снятия форсунок сделать невозможно. Если есть очень большая тяга к практически бесполезным действиям, можно измерить сопротивление обмотки соленоида, но вряд ли кто-то из автолюбителей знает, каким оно должно быть в номинале. Тут можно будет найти только обрыв или КЗ обмотки, но такое с форсункой происходит очень редко. Поэтому лучше снять всю рампу и посмотреть, как форсунки выглядят со стороны. При этом рампу не надо отключать от топливной магистрали – нам надо увидеть негерметичность или нарушение формы распыления.
Проще всего будет увидеть текущую форсунку. Обычно достаточно включить зажигание и дождаться, когда бензонасос накачает в рампу давление. Если после этого какая-то форсунка стала протекать, её придётся заменить. Затем можно поместить рампу в какую-то ёмкость и покрутить коленвал стартером. В момент пуска мотора форсунки уже работают, так что как они распыляют топливо, будет хорошо видно. Главное, не надо его распылять с сигаретой во рту. Если на одной из форсунок форма факела сильно отличается от формы распыления других форсунок, её тоже лучше заменить или хотя бы промыть. Хотя насчёт промывки форсунок не всё так однозначно, и иногда промывка может стать последним событием в жизни форсунки. Отмечу, что иногда форсунка может подтекать в конкретных условиях: например, только в холода или наоборот, после прогрева – в таком случае диагностика будет более сложной.
На всякий случай повторю ещё раз: полностью проверить форсунки (в том числе и их производительность) можно только на стенде. Ну а если форсунки приходится снимать, обратите внимание на состояние уплотнительных колечек: повторно их лучше не ставить из-за возможного возникновения подсоса воздуха.
