Оценка качества запасных частей и комплектующих

Из опыта диагностики и ремонта дизельной топливной аппаратуры двигателей мобильной техники
Работоспособность дизельных автотракторных двигателей и соответствие их нормам экологической безопасности во многом определяются состоянием топливных насосов высокого давления (ТНВД) и форсунок, а в их составе отдельных высокоточных, как мы их называем, прецизионных элементов топливной аппаратуры (ДТА), таких как плунжерные пары, секции высокого давления, распылители форсунок, нагнетательные клапаны, топливоподкачивающие насосы (ТПН).

За последние 25 лет хоздоговорных работ с более чем 30-ю коллективными и фермерскими хозяйствами Ивановской области сотрудниками нашего Центра выполнялась и проводится научно-практическая работа по исследованию надежности, долговечности, оценке качества запасных частей и комплектующих, совершенствованию операций технической диагностики, ремонта и регулировок ДТА. Как показывает опыт, даже новые или качественно отремонтированные насосы и форсунки могут быть выведены из строя в короткие сроки при неумелом обращении и грубых ошибках в эксплуатации. Именно по этой причине все эти годы в этот процесс (семинары и мастер-классы) вовлечены инженерные службы хозяйств, заведующие мастерскими, рядовые механизаторы, водители, комбайнеры – как сторона, заинтересованная в длительной и экономичной эксплуатации машинно-тракторных агрегатов и автотранспортных средств.

Александр Анатольевич Гвоздев

Статистические данные об отказах и неисправностях ДТА по хозяйствам Ивановской области говорят о том, что у 90-95 % ремонтного фонта распылителей форсунок отсутствует качественное распыление топлива, нарушена внутренняя и внешняя герметичность – вместо четкого, туманообразного, мелкодисперсного распыла наблюдаются струи и каплепадение, направленные в камеру сгорания. До 70 % нагнетательных клапанов ТНВД, поступивших в ремонт, не соответствуют нормам гидравлической плотности; до 50 % топливоподкачивающих насосов не развивают достаточного давления и подачи; до 75-80 % плунжерных пар требуют замены по показателю «пусковая подача». В связи с этим автотракторные двигатели испытывают затрудненный (затяжной) ежедневный запуск, повышенное дымление, расход топлива, неравномерность подачи между цилиндрами. Причинами являются – низкое качество топлива и его фильтрация (следы присутствия абразивных частиц – рис. 1в и водного конденсата), отсутствие регламентных операций по техническому обслуживанию, недостаточная квалификация кадров.

Рис.1. Расположение участков характерного износа рабочих поверхностей втулки
и плунжера (а) и круглограммы (б) плунжера (1 – износ достигает 10,4 мкм в сечении,
расположенном на расстоянии 1 мм от торца), втулки (2 – износ 8...10 мкм в сечении выше
края впускного отверстия), (в) – следы абразивного износа верхней кромки плунжера.

Поднимая этот огромный пласт проблем и вопросов, связанных с ремонтом и регулировками ДТА, нельзя не затронуть и не рассмотреть типовую регуляторную характеристику ТНВД. Именно знание и понимание ее позволяет:
- увидеть отклонения от нормативной базы поступившего в ремонт насоса;
- вскрыть и проанализировать причины наиболее типичных ситуаций или сложных случаев неработоспособного состояния;
- принять правильное решение в каждом конкретном случае.
Регуляторная характеристика представляет собой зависимость цикловой подачи топлива (мм3/цикл или см3/мин) от скоростного режима работы ТНВД и ДВС. Так, запуск дизельного двигателя требует значительного количества топлива (в 1,5-1,8 раза больше, чем на номинальном режиме) и качественного распыления форсунками. Далее двигатель с помощью механизма регулятора «уходит» в режим холостого хода (рис.2). На характерной площадке в среднем скоростном диапазоне имеем режим максимального крутящего момента. В завершающей части реализуется номинальный режим с последующим автоматическим отключением подачи топлива регулятором при перегрузках или неправильно выбранной передаче движения машинно-тракторного агрегата.

Рис.2. Типичные случаи снятых (полученных) на стенде регуляторных характеристик ТНВД:

а) естественный износ плунжерных пар и снижение на всех режимах подачи топлива;

б) пример «накрученного» механизатором насоса в процессе эксплуатации
с явным завышением подачи (синий цвет) относительно норматива (малиновый цвет).

Для входного стендового контроля и последующих (послеремонтных) регулировок рабочих характеристик ТНВД применяют как отечественные, так и зарубежные модели стендов. В Российской Федерации стенды для испытания и регулировки ТНВД выпускают Красноуфимский опытно-экспериментальный завод (КИ-921, КИ-22201…22210), Малоярославецкий завод (КИ-15711 и его модификации), Московский опытный завод (СДТ-7…-18К, рис.3). За рубежом регулировочные стенды производят такие фирмы, как «Хартридж» (Англия) (AVM2-PC, HA-4500, HA-1600), «БОШ» (Германия) (ESP-807, ESP-815), «Моторпал» (Чехия) (NC-132, NC-133), ряд доступных по критерию «цена-качество» моделей стендов выпускает Китай.

Рис. 3. Примеры регулировки ТНВД двигателей ЯМЗ-240 (слева) и ЯМЗ-238 (справа)
на испытательном стенде с мерными стаканами (а) и на более современном
компьютерном стенде (б).

Рис. 4. Неоспоримы информативность и преимущества компьютерного варианта по обработке данных поступающей информации (справа).

В условиях естественной длительной эксплуатации происходит существенное снижение подачи топлива на всех режимах, в сторону уменьшения отодвигается предел автоматического прекращения подачи. Двигатель очень часто в этих условиях испытывает затрудненный запуск, неустойчиво работает на холостом ходу, не развивает заданной мощности. На рис. 5 приведен подобный случай, когда средняя подача топлива по цилиндрам двигателя Д-243 в результате входного стендового контроля составила 62 см3/мин – это значит, с практической точки зрения, что перед нами по расходу топлива, мощности, крюковому усилию не МТЗ-82.1, а его предшественник МТЗ-50 с Д-50 под капотом с меньшей сменной выработкой, технологическими возможностями и т.д.

Рис. 5. Общий уровень и равномерность подачи топлива (см3/мин) по цилиндрам (секциям) до и после регулирования ТНВД
(номинальный режим Д-243).
В ряде случаев удается, не снимая ТНВД с двигателя, «улучшить» (приподнять) характеристику, но если плунжерные пары развивают давление менее 30,0 МПа, такой ТНВД в минусовые температуры не запустит двигатель и его (насос) следует отправить в капитальный ремонт.
Еще одним важным моментом в полученной диаграмме (рис.5) является очень сильная неравномерность подачи топлива между цилиндрами до регулировки – двигатель просто «лихорадит» от разной мощности по цилиндрам и можно представить каково приходится в работе коренным, шатунным вкладышам и коленчатому валу?! Несложным расчетом получаем 35 % при нормативе не более 3 % для 4-х секционного насоса. Путем регулировки прежних плунжерных пар, обладающих еще высокой пусковой подачей, либо установленных новых следует достичь как можно меньшей неравномерности подачи топлива по цилиндрам, в данном случае этот показатель улучшен в 29 раз от прежнего (рис.6)

Рис. 6. Изменение (уменьшение) коэффициента неравномерности подачи топлива (%) по цилиндрам (секциям) до и после регулирования.

Положительным моментом в столь сложной и ответственной работе с дизельной топливной аппаратурой следует отметить, что высоким уровнем надежности и ремонтопригодности отличаются ТНВД чешского производства «Моторпал» – при знании особенностей конструкции этих насосов (4-х или 6-ти секционных) и аккуратности в работе выполнить замену секций высокого давления не составляет труда (рис.7), далее останется только ввести насос в режим работы под заданную модель двигателя.
Диагностику форсунок, как на этапе входного контроля, так и при окончательной регулировке, выполняют на различных приборах с поверенными манометрами: КИ-3333, КИ-572, СФД-1 и др. (рис.8).

Рис. 7. Подготовленный комплект секций высокого давления (а) и установка их в корпус насоса производства «Моторпал» (б).

Рис.8. Настольные приборы для испытания и регулировки механических форсунок.

В протоколе ремонтно-регулиро­вочного теста, выдаваемого инженеру хозяйства, фермеру в нашем НТО Центре, имеется информация о состоянии (давление впрыска) поступивших форсунок и после окончательной их регулировки (рис.9).

Рис. 9. Уровень давления начала впрыска топлива до (р=165…175 кгс/см2) и после (р=180 кгс/см2) замены распылителей и регулировки форсунок двигателя Д-240.

Поскольку техника с дизельными двигателями эксплуатируется во всех климатических зонах нашей страны, нельзя не сказать отдельно о зимнем периоде. В преддверии «минусовых» температур, объявленных синоптиками, ни в коем случае не разбавляйте дизельное топливо бензином, как об этом пишут и рекомендуют даже ряд авторитетных изданий и инструкций по эксплуатации. Бензин в смеси с дизтопливом, циркулируя от ТНВД к форсункам, как хороший растворитель, ухудшает смазывающую способность и в больших количествах может привести к образованию задиров даже на поверхности высококачественного металла и в итоге к заклиниванию либо плунжерных пар, либо игл в распылителях. Кроме того, бензин обладает высокой скоростью воспламенения, не свойственного дизельному топливу, что приводит к резкому нарастанию фронта высоких температур в камере сгорания – в практике эксплуатации в смеси с бензином не редки случаи откалывания носика распылителя форсунок и двигатель в короткий срок может выйти из строя, если продолжить эксплуатацию в таком состоянии.

Рис. 10. Примеры выпускаемой продукции в виде комплектов «ТНВД + форсунки» – внутри новые детали.

Еще один негативный опыт мной был услышан от «лесников», трелюющих лес своей мобильной спецтехникой вдали от «цивилизации», – добавлять в топливные баки тормозную жидкость, со слов этих «горе-работников» (а аргумент у них один и «кладет на лопатки» любого ученого) – «дизель запускается на раз-два!». Вот только служить такой технике осталось от нескольких дней до нескольких недель, а дальше – в капитальный ремонт.

В переходный период «осень-зима», когда не все автозаправочные станции перешли и привезли «зимнее» дизельное топливо, выручить могут только специально разработанные химические препараты, понижающие температуру застывания дизельного топлива, не позволяющие образовываться парафиновым цепочкам, называемых «Антигелями». В свою очередь их качество, эффективность, заливаемая концентрация и стоимость зависят от фирмы-производителя. В отсутствие указанных препаратов следует использовать проверенный годами (о нем многие, надеюсь, знают) старый «дедовский» способ – добавлять керосин – и эффект есть, и топливная аппаратура останется работоспособной, но общий призыв остается прежним – заливать накануне морозов! Если не успели и не очень торопитесь – ждите оттепели, в случае «а ехать надо» – отбуксировать в теплый бокс (лучше с тепловыми пушками) и через час-два дизель вас порадует уверенным запуском. Останется только не забыть заполнить всю систему «зимним» дизтопливом, иначе ситуация повторится. Очень надеюсь, что не найдется смельчаков «оттаивать» всю топливную цепочку от бака до фильтров, насоса и форсунок на морозе при помощи открытого пламени паяльной лампой. Во-первых, не эффективно – пока греете в одном месте, остывает в другом, во-вторых, неконтролируемая температура открытого пламени может здорово навредить высокоточным деталям, и в третьих, ряд трубок низкого давления выполнен из ПВХ-пластика – их деформация, оплавление приведут к разгерметизации – это прямой путь к пожароопасности. Взвесьте все последствия.
Гвоздев А.А., доктор технических наук, профессор, руководитель  НТО Центра «ДОКТОР-ДИЗЕЛЬ Плюс» Ивановской ГСХА    

Очередная встреча со слушателями курсов в НТО Центре «ДОКТОР-ДИЗЕЛЬ Плюс».