Пьезофорсунки: чинить или менять?
Если дизельная форсунка вышла из строя — всегда есть 3 варианта: купить новую, купить б/у или отремонтировать свою. Однако в случае с пьезофорсунками, устанавливаемые на автомобили таких брендов, как BMW, Volkswagen, AUDI, Mercedes-Benz и др, вопрос несколько более сложный: дело в том, что многие мастерские не берутся за их ремонт. В чем же дело? Для начала разберемся, что такое пьезофорсунка.
Что такое пьезофорсунка?
Пьезофорсунка — это, как и электромагнитная форсунка, элемент топливной системы Common Rail. Ее отличие от традиционной электромагнитной форсунки — в том, что управляющим элементом является не электромагнит, а пьезоэлемент.
Электромагнит — это устройство, которое срабатывает в момент прохождения электрического тока через него. Главное условие срабатывания — создание магнитного поля.
Пьезоэлемент — это устройство, состоящее из множества слоёв пьезокристаллов, которые обладают свойствами мгновенного расширения при взаимодействии с электрическим током. Именно это свойство и делает пьезоэлемент более быстрым, чем электромагнит.
Почему многие не берутся за их ремонт?
Дело в том, что, несмотря на многочисленные обещания, компания BOSCH все еще не предоставила официальную технологию ремонта форсунок с пьезоэлементом, а также не поставляет запасные части на данные форсунки. И это при том, что эра использования пьезоэлемента в форсунках разменивает десятилетие!
Мы-беремся!
Пока компания BOSCH разрабатывает технологию, на наших сервисах успешно осуществляется ремонт пьезофорсунок. Так что если у Вас возникла подобная проблема — обращайтесь, будем рады помочь! И напоминаем — подписчикам с Драйва — особые условия!
Наш сайт
Москва: ул. Свободы, 31с1 +7(925)806-20-93
Санкт-Петербург: пр. Девятого Января, 13к1 +7 (812) 648-24-93
Наша страница на DRIVE2:
Пьезофорсунки в системе Common Rail
Сейчас большинство дизельных автомобилей оборудованы системой Common Rail. В свое время эта система сделала настоящую революцию. До ее изобретения на автомобилях устанавливался большой топливный насос, в котором были плунжерные пары. Из этого насоса выходили топливные трубки прямо к цилиндрам двигателя. Проблема была в том, что большой топливный насос регулировался механическим путем, из-за чего нельзя было настроить подачу топлива в зависимости от различных факторов:
— Скорости вращения;
— Температуры;
— Давления.
И вот на рынке появляется система Common Rail, которая переводится как «общая магистраль». Суть ее в том, что топливный насос стал значительно меньшего размера и теперь он не подает топливо каждому цилиндру двигателю. Теперь в системе появились топливные форсунки и топливная рампа. Топливная рампа — это такая большая трубка, которая называется еще аккумулятором и которая поддерживает высокое давление, а уже из нее идут патрубки к каждой форсунке.
Отличительной особенностью системы Common Rail является то, что форсунки управляются блоком управления двигателя, то есть электронным путем. Поэтому можно учитывать различные факторы, такие как показания различных датчиков: скорость вращения коленвала, распредвала, показатели давления и температуры.
Все это приводит к тому, что повышается эффективность двигателя, увеличивается его мощность, снижаются вредные выбросы и повышается топливная экономичность.
В зависимости от поколения, на систему Common Rail устанавливаются два вида форсунок:
— Электромагнитные;
— Пьезоэлектрические.
Основным элементом электромагнитных форсунок является электромагнитный клапан. Данная дизельная форсунка за один такт работы двигателя подает топливо не однократно, а несколько раз. За один такт она впрыскивает топливо в цилиндр два-три раза. Но после внедрения пьезофорсунок оказалось, что такого количества впрысков недостаточно.
Пьезоэлектрическая форсунка.
Форсунка с пьезоэлементом может работать в несколько раз быстрее, чем электромагнитная. Она позволяет впрыскивать топливо до 9 раз за один цикл работы двигателя.
Конструктивно форсунка состоит из корпуса, внутри которого есть пьезоэлектрический элемент, клапан, отверстия для впрыска и т.д. Внизу форсунки есть распылитель. Внутри распылителя есть игла, которая поднимается и опускается, производя распыление топлива. Топливо распыляется в виде конуса для образования топливовоздушной смеси.
Также в форсунке есть канал для подвода топлива, канал «обратки» и разъем для подключения штекера. По нему передается управляющий электрический сигнал от блока управления.
Основой пьезоэлектрической форсунки является пьезоэлектрический элемент. Это такое вещество, которое под действием электричества расширяется, то есть изменяет свои размеры. Конкретно в данной форсунке пьезоэлектрический элемент под воздействием тока удлиняется всего лишь на 0,1 мм это очень немного, зато это происходит всего за 0,1 мс, то есть очень быстро. Из-за этого топливо можно впрыскивать до 9 раз за цикл.
Все это повышает топливно-экономические показатели двигателя, а также снижает выбросы. Поэтому пьезоэлектрические форсунки стали новым этапом технологического развития системы Common Rail и цена у них соответствующая. Новая форсунка стоит порядка 300$.
Конечно, такая форсунка имеет свой ресурс и может выйти из строя. Основной причиной выхода из строя является ее засорение, поскольку внутри форсунки применяются очень маленькие каналы. Пьезоэлектрический элемент удлиняется на 0.1 мм, поэтому все размеры каналов и клапанов примерно такого же порядка. В связи с этим она очень легко может выйти из строя при использовании некачественного топлива, имеющего примеси. Аналогичная ситуация наблюдается при использовании некачественных присадок.
Специалисты утверждают, что пьезоэлектрические форсунки имеют ресурс в районе 200 тыс. км. пробега. Но самое интересное начинается, когда вы будете пытаться ее отремонтировать. Разработчики говорят, что эти форсунки вообще неремонтопригодны. По сути, они одноразовые. А теперь представьте, что одна форсунка стоит 300$, а их нужно, как минимум, 4. Итого 1200$.
Большинство техцентров по ремонту дизельной топливной аппаратуры форсунки данного типа не ремонтируют, в нашем же техцентре ремонт пьезофорсунок осуществляется при условии, что пьезоэлемент не поврежден. Ремонту подлежат клапан и распылитель форсунки. Ресурс форсунки после ремонта сопоставим с ресурсом новой форсунки. На ремонт предоставляется гарантия, как на новую форсунку.
Выводы.
Пьезоэлектрическая форсунка — это вершина технологического развития системы Common Rail. Она позволила повысить мощность дизельного двигателя, снизить его вредные выбросы в атмосферу, снизить шумность работы мотора. Но главное, что данная форсунка продлевает жизнь дизельному двигателю, так как в последнее время экологи развернули против их использования целую компанию. Это форсунка является весомым аргументом против тех, кто недолюбливает дизельные двигатели, поскольку ее использование позволяет снижать вредные выбросы в атмосферу.
Компания Bosch заявила, что продолжает развитие и совершенствование системы Common Rail в целом и пьезоэлектрических форсунок в частности.
Если остались вопросы – пишите комментарии под данной статьёй, либо звоните напрямую нашему мастеру по телефону 8 (495) 021-88-28.
Поделиться в соц. сетях
Пьезофорсунки: что инженеру хорошо, то слесарю плохо
Пьезоэлектрические форсунки находят сейчас все большее применение в топливных системах Common Rail у современных дизелей. Конструкторы получают инструмент для точной настройки двигателей, а автовладельцы и механики — букет финансовых и технических нюансов. Так в чем тут достоинства и в чем недостатки? «Движок» будет разбираться с вопросом.
Путем прогресса
Состоявшееся в конце девяностых внедрение системы Common Rail стало новой вехой в развитии двигателя Дизеля. Рядный топливный насос высокого давления (ТНВД) сменил магистральный насос, а гидравлические форсунки уступили место форсункам с электромагнитными клапанами, управляемыми электроникой.
В отличие от прежней конструкции, где открывание иглы распылителя происходило только за счет давления, электрогидравлические форсунки работают несколько иначе. В состоянии покоя давление топлива на конусе иглы распылителя и в камере управляющего клапана, расположенного над иглой, оказывается одинаково, подпружиненная игла запирает сопла, и впрыска не происходит. Когда поступает сигнал от блока управления, электромагнитный клапан срабатывает, давление над иглой сбрасывается, она поднимается, открывая сопла, и осуществляется впрыск.
Подобным образом работают и пьезофорсунки, в которых вместо электромагнита с подвижным сердечником применяется другой исполнитель — пьезоэлемент. Он имеет форму квадратного столбика, состоящего из множества установленных друг на друга и спеченных между собой керамических пластинок. Под воздействием тока в них возникает пьезоэффект, за счет которого конструкция способна быстро изменить свою длину, воздействуя на управляющий клапан. По сравнению с электромагнитом пьезоэлемент обеспечивает более быстрое срабатывание, время которого составляет порядка 0,1 мс (против 0,5 мс у форсунки с электромагнитом), а также способен создать большее усилие по воздействию на клапан управления и имеет более высокую точность хода для быстрой отсечки подачи топлива.
Конструкция пьезоэлектрической форсунки: 1 — пьезоэлемент; 2 — гидрокомпенсатор; 3 — управляющий клапан; 4 — дроссельная шайба; 5 — игла распылителя
Применение пьезоэлемента в форсунке позволило конструкторам реализовать до десяти впрысков за один такт работы двигателя — предварительные, основной, послевпрыски. При этом сами порции, их объем и частоту здесь можно гибко регулировать, исходя из режимов работы двигателя. Таким образом, в моторе достигается плавность и полнота сгорания топлива, снижается шумность и токсичность. Для современных дизелей у легковых автомобилей пьезоэлектрические форсунки становятся неотъемлемым элементом в конструкции топливной системы. Но за высокие технологии приходится платить.
Чинить нельзя менять
С точки зрения сервиса главной особенностью пьезофорсунок оказывается высокая сложность ремонта, для которого необходимо специальное оборудование. В некоторых случаях ремонт и вовсе невозможен. При этом сами пьезофорсунки очень требовательны к качеству топлива, его составу и степени очистки, при снижении которых они быстро выходят из строя.
Для моторов легковых автомобилей пьезофорсунки производят такие компании, как Bosch, Delphi, Denso и Siemens. Но отдавать этот рынок сторонним сервисам по ремонту они не спешат, предлагая замену целиком. Компонент этот достаточно дорогой: в зависимости от марки и модели пьезофорсунка может стоить от 16 000 до 40 000 рублей. Поэтому ремонт, средняя стоимость которого составляет половину и меньше от цены новой форсунки, оказывается востребован. Но по силам он не каждому сервису.
Управляющий клапан чаще всего выходит из строя. При этом деталь изготавливается с высокой точностью и размерностью на микронном уровне.
Трудности начинаются уже с момента диагностики, которую невозможно провести в условиях гаражной мастерской. Например, тест на переливание, когда к штуцерам слива в обратную магистраль подсоединяются трубки со стаканами, в системе с пьезофорсунками просто так сделать нельзя, поскольку «в обратке» здесь должен быть подпор давлением.
Как рассказывают сервисмены, наиболее уязвимым оказывается управляющий клапан, который выходит из строя чаще всего. При этом он является одним из самых важных узлов — его неисправность может привести к выходу из строя всей форсунки. Клапан либо заменяется целиком, либо восстанавливается методом шлифовки и притирки рабочей кромки самого клапана и рабочей кромки седла клапана. Но сделать это непросто. Клапан имеет очень высокую, прецизионную точность изготовления с параметрами измерений на микронном уровне.
Например, поясок в верхней части плунжера клапана имеет ширину порядка ста микрон (одна десятая миллиметра), при этом должен быть определенный угол фаски. И чем точнее будут воспроизведены заводские параметры, тем легче будет настроить форсунку и тем большим будет дальнейший срок ее службы.
Дмитрий Ефременко, директор компании spbparts.ru — «Европром»:
— Подшипники качения в узлах отечественных обрабатывающих станков имеют большие допуски по люфтам и зазорам, чем клапаны пьезофорсунок. Соответственно, добиться требуемой точности на таких станках невозможно. Поэтому оборудование для восстановления нам потребовалось конструировать самим, отдельные узлы и элементы которого пришлось покупать в Швейцарии.
Восстановить можно и распылители, у которых обрабатываются и притираются игла и седло, продуваются сопла. Если распылитель необратимо поврежден (например, при перегреве форсунки), то берется деталь от другой форсунки, где распылитель можно восстановить. Точно так же поступают и с клапанами, разновидностей которых, в отличие от видов распылителей, в десятки раз меньше, что существенно облегчает подбор. Например, у пьезофорсунок Bosch более чем в десяти разных форсунках может использоваться один и тот же клапан.
В последнее время появились на рынке и новые запчасти (клапаны, гидрокомпенсаторы, распылители) китайского производства. Но качество их сильно «плавает», сложно разобраться, где пригодный к ремонту неоригинал, а где выброшенные деньги.
Предлагают китайцы в виде запчасти и пьезоэлемент, который тоже является одним из слабых мест пьезофорсунки. Но, как рассказывают сервисмены, его замена не оправдывает себя по трудозатратам. Часть пьезоэлемента прочно припаяна к колодке с разъемами, которая, в свою очередь, опрессована на корпусе, что образует неразборную конструкцию. Поэтому проще заменить эту часть корпуса целиком.
Каков итог?
Пьезофорсунка — высокотехнологичный компонент, изначально предназначенный для замены целиком и плохо поддающийся ремонту. Но жизнь диктует свои правила — появились сервисы, в которых научились восстанавливать эти детали так, чтобы клиент был доволен. Осталось сказать свое слово производителям неоригинала и начать выпуск аналогов. А также самим производителям оригинальных пьезофорсунок, предложив фирменные технологии восстановления и запчасти для ремонта.
Алексей Зубиков, руководитель развития сети Бош Дизель Центр / Сервис в России, Закавказье и Средней Азии:
— Для ремонта пьезофорсунок в мастерских Бош Дизель Сервис у компании пока нет технологий, не готовы комплекты специального инструмента и запасных частей. На данный момент мы можем только проводить диагностику форсунок этого типа. Планируется, что услуги по ремонту пьезофорсунок мы начнем оказывать с 2017–2018 года.
Топливные форсунки: устройство и принцип действия
Форсунки — основной элемент дизельных двигателей и бензиновых двигателей с системой впрыска топлива (инжекторов). На сегодняшний день существует несколько принципиально разных типов форсунок, которые находят применение в двигателях различных конструкций. Обо всем этом — читайте в представленной статье.
Назначение и виды форсунок
В дизельных и инжекторных бензиновых двигателях применяются системы впрыска топлива, в которых главную роль играют форсунки — специальные устройства, распыляющие топливо в камере сгорания. В основе работы бензиновых и дизельных форсунок лежит одинаковый принцип: топливо распыляется, проходя под высоким давлением через сопло особой формы (они создают топливный факел, в котором жидкое топливо разбивается на микроскопические капли и смешивается с воздухом).
Однако форсунки инжекторных бензиновых моторах работают под относительно небольшим давлением в единицы атмосфер, в то время как форсунки дизельных двигателей работают под давлением в сотни, а иногда и в тысячи атмосфер.
На сегодняшний день применение находят четыре типа форсунок:
— Механические;
— Электромагнитные (электромеханические);
— Электрогидравлические;
— Пьезоэлектрические.
Каждый тип форсунок имеет свои особенности и сферы применения.
Механические форсунки
Механическая форсунка — это «классическое» решение, которое применяется многие десятилетия и сейчас не теряет своей актуальности. Механическая форсунка — это, в сущности, клапан, открываемый при достижении определенного давления. Основу такой форсунки составляет корпус, внутри которого находится игла, которая под действием пружины закрывает сопло. Топливо от ТНВД под давлением поступает в кольцевую камеру между корпусом и иглой и приподнимает иглу — в этот момент открывается сопло, и топливо распыляется в камеру сгорания. При снижении давления игла снова закрывает сопло.
Механическая форсунка очень проста и надежна, однако она не может обеспечить характеристик, которые предъявляются к современным дизельным двигателям. Поэтому ее постепенно вытесняют другие типы форсунок.
Электромагнитные форсунки
Электромагнитная форсунка отличается от механической тем, что игла в ней поднимается под действием встроенного электромагнита по сигналу от контроллера. Электромагнит обычно располагается в верхней части форсунки, игла соединена с якорем электромагнита, поэтому при подаче напряжения она поднимается вверх и открывает сопло.
Сегодня обычные электромагнитные форсунки используются на инжекторных бензиновых двигателях, так как они плохо работают под теми высокими давлениями, которые необходимы для дизелей.
Электрогидравлические форсунки
Электрогидравлическая форсунка объединяет в себе преимущества электромагнитной и механической форсунок. В форсунке этого типа топливо давит на иглу с двух сторон — сверху и снизу, где находятся топливные камеры. Обе камеры связаны между собой, поэтому давление топлива в них равно и игла закрывает сопло. Однако верхняя камера (она называется камерой управления) через электромагнитный клапан связана со сливной магистралью, а топливо из впускной магистрали поступает в эту камеру через канал с сужением — дросселем.
Принцип действия электрогидравлический форсунки сводится к следующему. Когда клапан закрыт, игла прижата к седлу и закрывает сопло. При подаче на клапан импульса он открывается, топливо из камеры управления поступает в сливную магистраль и давление в камере резко падает — в этот момент игла, на которую топливо теперь давит только снизу, открывается, происходит впрыск. Камера управления в момент открытия форсунки остается связанной с впускной магистралью, однако впускной дроссель не дает топливу быстро заполнить эту камеру.
Электрогидравлическая форсунка получила широкое распространение в дизельных двигателях, в том числе и в системах впрыска топлива Common Rail. Эти простые и надежные устройства обеспечивают длительную и качественную работу двигателя.
Пьезоэлектрические форсунки
Пьезоэлектрические форсунки — наиболее современное и надежное решение, которое сегодня находит все более широкое применение на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. В целом принцип действия этой форсунки повторяет принцип, заложенный в форсунках электрогидравлического типа, однако в ней клапан, открывающий путь топливу из верхней камеры в сливную магистраль, срабатывает под действием пьезоэлектрического кристалла.
Как известно, в ряде кристаллов наблюдается пьезоэлектрический эффект — под воздействием внешней силы они деформируются с образованием электрического заряда. Такие кристаллы подвержены и обратному эффекту — под действием электричества они деформируются, изменяя свои размеры. В пьезоэлектрических форсунках используются кристаллы, которые при подаче напряжения увеличивают свою длину и толкают собой поршень клапана, выпускающего топливо из верхней камеры в сливную магистраль.
Большое преимущество пьезоэлектрических форсунок — их быстродействие. Изменение длины кристалла и открытие клапана в них происходит в среднем в 4 раза быстрее, чем открытие клапана электромагнитного типа. Это открыло путь к реализации многократного впрыска за один такт, что улучшает характеристики двигателя. В современных дизельных моторах впрыск может производиться до девяти раз за один такт.
Другие статьи
#Омывающие жидкости
29.09.2023 | Статьи о запасных частях
Зима и лето, два полюса, между которыми меняется весь наш мир. И в этом мире существуют омывающие жидкости — помощники, которые обеспечивают нашу безопасность на дороге. В этой статье мы окунемся в мир омывающих жидкостей и узнаем, какие они бывают, от чего зависит их температура замерзания и как их правильно выбрать.
#Рассухариватель клапанов
21.06.2023 | Статьи о запасных частях
Замена клапанов двигателя внутреннего сгорания затрудняется необходимостью съема сухарей — для этой операции используются специальные рассухариватели клапанов. Все об этом инструменте, его существующих типах, конструкции и принципе действия, а также о его выборе и применении читайте в данной статье.
#Переключатель света с регулировкой шкалы
14.06.2023 | Статьи о запасных частях
Во многих отечественных автомобилях ранних выпусков широко использовались центральные переключатели света с реостатом, позволяющим регулировать яркость подсветки приборов. Все о данных устройствах, их существующих типах, конструкции, работе, а также об их правильном выборе и замене читайте в статье.
#Пластина распределителя зажигания
07.06.2023 | Статьи о запасных частях
Одной из основных деталей распределителя зажигания является опорная пластина, отвечающая за функционирование прерывателя. Все о пластинах прерывателя, их существующих типах и конструктивных особенностях, а также о подборе, замене и регулировках данных компонентов подробно рассказано в данной статье.