Двигатель дымит чёрным: роль форсунок

Чёрный выхлоп — самая знакомая каждому дизелисту картина. Немного копоти при резком разгоне старого грузовика никого не удивляет, но когда тягач оставляет за собой чёрное облако на каждом подъёме, а спецтехника коптит даже на средних оборотах, это повод разобраться. Чёрный дым означает одно: часть топлива не сгорела и вылетела в трубу в виде сажи. Причин этому всего две — либо топлива слишком много, либо воздуха слишком мало. Но конкретных неисправностей за ними стоит много, и форсунки — только одна из них, хотя и одна из главных.

Физика процесса в двух словах

Дизель работает на бедной смеси: воздуха в цилиндре всегда больше, чем нужно для сгорания топлива. Проблема в том, что топливо впрыскивается за доли миллисекунды и должно успеть смешаться с воздухом, испариться и сгореть, пока поршень идёт вниз. Если капли крупные, если факел распыла направлен не туда, если топливо продолжает поступать, когда горение уже заканчивается, — часть его не находит кислорода и превращается в сажу.

Отсюда понятно, что чёрный дым связан не только с количеством топлива, но и с качеством его распыла. Неисправная форсунка может подавать нормальное количество, но так плохо его распылять, что двигатель будет коптить.

Как форсунка вызывает чёрный дым

Перелив

Форсунка подаёт больше топлива, чем рассчитано. На насос-форсунках и Common Rail это происходит при износе управляющего клапана, мультипликатора или распылителя: игла поднимается раньше и закрывается позже, чем следует. Блок управления этого не видит, если не использует коррекцию по датчику коленвала, а даже если использует — диапазон коррекции ограничен.

Подтекание после закрытия

Игла распылителя не садится плотно на седло. После окончания впрыска из сопла продолжает сочиться топливо — крупными каплями, без распыла. Эти капли гарантированно не сгорят полностью. Подтекающая форсунка даёт не только чёрный дым, но и нагар на распылителе, закоксовку отверстий, разжижение масла.

Плохой распыл

Отверстия распылителя закоксованы или разбиты. Вместо тонкого конуса тумана из сопла бьют струи. Если отверстие частично забито, факел становится несимметричным и топливо попадает на стенку цилиндра. Если отверстия разбиты эрозией — капли крупные, давление в момент впрыска падает.

Зависание иглы

Крайний случай — игла заклинила в открытом положении. Цилиндр получает топливо без остановки. Это уже не просто дым, а серьёзная угроза: прогар поршня, размыв масла на стенках цилиндра, гидроудар.

Другие причины чёрного дыма

Прежде чем снимать форсунки, нужно исключить проблемы с воздухом. На грузовиках они встречаются не реже:

• забитый воздушный фильтр — самая дешёвая и самая забытая причина;
• турбина не даёт давления — износ, заклинивание геометрии, разрыв патрубков интеркулера, негерметичные хомуты;
• клапан EGR застрял открытым — в цилиндры вместо свежего воздуха идут выхлопные газы;
• засорённый интеркулер — снаружи грязью, изнутри маслом;
• неправильные фазы впрыска — на механических ТНВД и после неправильной установки насоса;
• неисправные датчики — датчик давления наддува, расходомер воздуха, датчик температуры;
• чип-тюнинг — увеличенная подача без учёта реального количества воздуха;
• низкая компрессия — изношенные кольца, прогоревшие клапаны.

Как понять, кто виноват

Дым сам по себе подсказывает многое. Обращайте внимание на то, когда он появляется:

Если наддув в норме, а дым есть, — с большой вероятностью виноваты форсунки. Проверить давление наддува можно сканером или механическим манометром во впускном коллекторе при разгоне под нагрузкой.

Проверка форсунок на двигателе

Есть несколько способов найти проблемную форсунку, не снимая все:

1. Коррекции по цилиндрам. У Common Rail и многих насос-форсунок блок показывает, как он корректирует подачу в каждом цилиндре. Сильное отклонение в минус — признак переливающей форсунки.
2. Тест отключения цилиндров. Поочерёдно отключают форсунки и смотрят, как меняются обороты и дым. Если при отключении одного цилиндра дым пропадает — нашли.
3. Тест обратного слива для Common Rail — помогает найти форсунку с изношенным клапаном.
4. Пирометр по выпускному коллектору. Цилиндр с переливом обычно горячее остальных.
5. Осмотр свечей накаливания или распылителей — на снятых деталях виден характер нагара.

Насос-форсунки грузовиков: особые случаи

На двигателях с механическими насос-форсунками Cummins и Detroit Diesel, а также на старых Caterpillar 3406 с механическим ТНВД чёрный дым часто связан с регулировками: неправильная установка хода плунжера, неправильная регулировка коромысел, износ кулачков распредвала. Перед тем как обвинять форсунки, нужно проверить регулировку по заводской методике.

На электронных насос-форсунках EUI (Caterpillar C10, C12, C13, C15, Volvo, Detroit серии 60) частая причина чёрного дыма — износ клапана электромагнитного управления и плунжерной пары. Подача растягивается во времени, конец впрыска запаздывает, топливо догорает в выпуске. У HEUI (3126, C7, C9) дополнительная причина — проблемы с маслом высокого давления: если масло старое, вспененное или неправильной вязкости, форсунка работает с запаздыванием.

Чем опасен чёрный дым помимо экологии

Сажа не только оседает на кузове и прицепе. Она:

• забивает сажевый фильтр и каталитические элементы там, где они есть, — дорогостоящая замена;
• попадает в масло через кольца, повышает его вязкость и абразивность;
• закоксовывает клапаны EGR и впускной коллектор;
• повышает температуру выхлопных газов — перегрев турбины и выпускных клапанов;
• при переливе одной форсунки локально перегревает поршень до прогара.

Иначе говоря, двигатель, который постоянно дымит чёрным, изнашивается заметно быстрее, даже если пока тянет нормально.

Стенд: что показывает проверка форсунки

Проверка на двигателе позволяет найти подозрительный цилиндр, но не отвечает на вопрос, что именно не так с форсункой. Это делает стенд. Для форсунки Common Rail мы измеряем подачу в нескольких точках — на полной нагрузке, на средних режимах, на холостом ходу и на предвпрыске, — а также обратный слив и герметичность. Сравнение с эталонными значениями сразу показывает характер неисправности: если подача на полной нагрузке выше нормы, а слив в порядке, изношен распылитель; если растёт и слив, и подача на малых режимах — изношен управляющий клапан.

Для механических форсунок и распылителей проверяют давление начала впрыска, качество распыла, отсутствие подтекания и посадку иглы. Распыл оценивают визуально: исправный распылитель даёт симметричный туманообразный факел из всех отверстий, с чётким звуком «посадки» иглы. Струйный факел, капли, разная длина струй из отверстий — признаки, по которым распылитель меняют.

Насос-форсунки EUI и HEUI проверяют на специальном стенде с кулачковым приводом или гидравлическим приводом, имитирующим работу двигателя. Измеряются подача на разных режимах, время срабатывания клапана, герметичность. По результатам формируется трим-код для записи в блок.

Ремонт: что обычно меняется

При чёрном дыме по вине форсунок чаще всего меняется распылитель — он изнашивается первым. На Common Rail нередко требуется замена клапанной группы или седла клапана, шлифовка или замена шарика, регулировка хода якоря шайбами. На насос-форсунках меняют распылитель, уплотнения, при износе — клапан управления. После ремонта форсунка проходит полную проверку на стенде и получает новый код коррекции.

Важный момент: если чёрный дым был вызван переливом одной форсунки долгое время, стоит проверить состояние поршня в этом цилиндре эндоскопом. Прогар или трещина на днище поршня после установки отремонтированной форсунки никуда не денутся.

Топливо тоже влияет

Солярка с низким цетановым числом воспламеняется с задержкой, и часть впрыснутого топлива не успевает сгореть. Если двигатель начал дымить после заправки на новой станции — сначала попробуйте заправиться качественным топливом и проехать пару сотен километров. Иногда этого достаточно.

Полезно помнить и про ограничитель дымности: на электронных двигателях блок рассчитывает максимальную подачу по давлению наддува, чтобы не допустить дыма при разгоне. Если датчик давления наддува показывает завышенное значение, блок разрешит больше топлива, чем может сгореть, — и двигатель задымит на каждом разгоне при абсолютно исправных форсунках. Поэтому сравните показания датчика с механическим манометром, прежде чем снимать форсунки.

Наконец, обратите внимание на цвет нагара на конце выхлопной трубы и на распылителях свечей, если они есть. Сухая чёрная сажа — перебор топлива или недостаток воздуха. Влажный жирный нагар — масло или подтекание топлива. Неравномерный нагар на одной стороне выпускного коллектора на V-образных двигателях указывает на конкретный ряд цилиндров.

Что делать

Начните с простого: воздушный фильтр, патрубки наддува, давление турбины, клапан EGR. Если всё в порядке — проверьте форсунки тестами на двигателе. Если найдена проблемная форсунка, имеет смысл снять весь комплект: изношены они, как правило, равномерно, и после ремонта одной через некоторое время дадут о себе знать остальные.

В ForsynkaCat мы проверяем и ремонтируем форсунки Common Rail, насос-форсунки EUI и HEUI для Caterpillar, Cummins, Detroit Diesel, Volvo, Scania, DAF и другой техники. На стенде измеряем подачу, качество распыла, герметичность и обратный слив, после ремонта выдаём результаты проливки. Привезти форсунки можно по адресу: г. Санкт-Петербург, ул. Салова, д. 61, бокс 7, или отправить транспортной компанией. Вопросы — на [email protected]. Работаем пн–пт 9:00–19:00, сб 10:00–16:00, вс — выходной.