Неисправности судовых ДВС

Неисправности судовых ДВС

Судовые дизельные двигатели внутреннего сгорания имеют запас прочности – их непросто вывести из строя. Однако сбои в работе случаются, и важно уметь их своевременно устранять. Некоторые неисправности можно ликвидировать своими силами, а в отдельных случаях не обойтись без обращения к специалисту дилерского центра.

При обслуживании двигателей для судов можно заранее заметить изменения в работе оборудования. В этом случае рекомендуется обратиться к журналу с записями об обслуживании агрегата. В нем указываются все предыдущие неисправности и процедуры по замене деталей, обслуживанию. Это поможет разобраться в ситуации. Ниже перечислены основные неисправности двигателей Yanmar серии 6HYM.

Классификация ДВС для судов

По предназначению судовые двигатели можно разделить на основные агрегаты и вспомогательные. Первые – это основная движущая сила. Вспомогательные агрегаты предназначены для обеспечения работы самых разных механизмов. Так, моторы применяются в качестве привода для электрических генераторов, дополнительного оборудования. Кроме назначения, ДВС делятся на типы и по мощности.

Еще судовые агрегаты можно разделить и по тому, как в них сгорает топливо. Судовые дизельные двигатели могут быть как двух-, так и четырехтактными. Первыми можно выделить модели, где сгорание смешанное – в них обеспечивается постоянный уровень давления. Можно выделить и модели, где топливная смесь горит в условиях постоянного объема. Существуют ДВС, оснащенные наддувом и без него.

Ремонт Common Rail

Аккумуляторная топливная система или система типа «коммон рэйл» (англ.common rail— общая магистраль)—система подачи топлива, применяемая в дизельных двигателях. В системе типа common rail насос высокого давления нагнетает дизельное топливо под высоким давлением (до 300 МПа, в зависимости от режима работы двигателя) в общую топливную магистраль существенного объёма (аккумулятор).

Одной из ключевых особенностей систем common rail является независимость процессов впрыскивания от угла поворота коленчатого вала и от режима работы двигателя, что делает возможным достижение высокого давления впрыскивания на частичных режимах. Это необходимо для удовлетворения современных и перспективных экологических требований.

Топливная система Common Rail состоит из трех основных частей:

1. Контур низкого давления:

• топливный бак (1);
• подкачивающий насос (2);
• топливный фильтр (3);
• соединительные трубопроводы (4);

2. Контур высокого давления:

• насос заменяющий традиционный ТНВД с контрольным клапаном (5);
• аккумуляторный узел/рампа с датчиком (6);
• форсунки (7);

3. Система датчиков:

• клапан дозировки (8);
• датчик давления топлива (9);
• датчик положения коленвала;
• датчик положения распредвала;

Рис. Система Common rail.

Принцип работы.

Топливо из топливного бака забирается насосом низкого давления (ТННД), и через топливный фильтр поступает в топливный насос высокого давления (ТНВД). ТНВД подаёт топливо в напорную магистраль, которая играет роль аккумулятора давления. Блок управления регулирует производительность ТНВД для поддержания необходимого давления в магистрали по мере расхода горючего.

Топливная магистраль соединяется топливопроводами с форсунками. В каждую форсунку встроен управляющий клапан — электромагнитный или пьезоэлектрический. По команде от блока управления клапан открывается, впрыскивая необходимую порцию топлива в цилиндр.

Управляемые электроникой электрогидравлические форсунки с электромагнитным или пьезоэлектрическим приводом управляющих клапанов впрыскивают дизельное топливо под высоким давлением в цилиндры. В зависимости от конструкции форсунок и класса двигателя может впрыскиваться до 9 порций топлива за 1 цикл.

1.2. Сфера применения.

На данный момент до 70 % всех выпускаемых дизельных двигателей оснащается системами Common Rail (Коммон Рейл), и эта доля растёт. По прогнозам компании Robert Bosch GmbH доля системы CR на рынке к 2019 году достигнет 83%, а в 2008 году их число составляло лишь 24%. Таким образом, сегодня практически каждый производитель двигателей всех классов: от малых легковых и до крупных судовых, освоил применение аккумуляторных систем. В настоящее время подавляющее большинство производителей дизельных двигателей используют аппаратуру common rail ввиду того, что предыдущие поколения топливной аппаратуры не в состоянии обеспечить современные жёсткие экологические требования

Среди производителей топливной аппаратуры и систем Common Rail в частности, лидерами являются следующие компании: R. Bosch (Роберт Бош), Denso (Денсо), Delphi (Делфи), Siemens (Сименс).

2. Преимущества использования.

Среди главных преимуществ впрыска Common Rail стоит выделить следующие:

• Возможность поддержки стабильно высокого давления для обеспечения эффективного впрыска на малых оборотах или холостом ходу;
• Снижение расхода топлива до 15% и повышение мощности до 40% (по сравн. С другими топл. системами)
• Пониженный уровень шума при высоком крутящем моменте двигателя.
• Широкий предел регулировки моментов начала и конца впрыска для более точной дозировки топлива;
• Больший рабочий ресурс и ремонтопригодность.

Однако, не лишена система Common Rail и недостатков, среди них следующие:

• Система чувствительна к разгерметизации компонентов, работающих под высоким давлением;
• Форсунки конструктивно сложны, относительно часто требуют серьезного ремонта или замены;
• Одно из самых высоких требований системы -качество топлива.

3. Ремонт и восстановление.

3.1. Диагностика неисправностей.

Поиск неисправностей в автомобиле с системой Common Rail состоит из нескольких этапов:

1. Компьютерная диагностика.
2. Диагностика состояния подкачивающего насоса.
3. Проверка магистрали.
4. Оценка состояния ТНВД.
5. Проверка форсунок.

Диагностика электронных систем начинается со считывания кодов неисправностей, проверки датчиков, исполнительных механизмов с помощью сканеров. Для изучения сигнала с проверяемого устройства нужен хороший осциллограф. А для измерения количества топлива, сливаемого из форсунок, применяют специальный набор инструментов и приспособлений.

Компьютерная диагностика

Процесс компьютерной диагностики включает в себя:

1. Считывание и расшифровка кодов ошибок с целью определения неисправного узла.
2. Определение фактических параметров т.е. определение показателей датчиков в реальном времени, и сравнение их с эталонными значениями.
3. Определение работоспособности отдельных узлов автомобиля.
4. Стирание ошибок, записанных в ЭБУ.

Давление топлива проверяют манометрами. Низкое — механическим, со шкалой до 10 бар, а высокое — специальным прибором с переходниками и диапазоном не ниже 2000 бар. А для измерения количества сливаемого из форсунок топлива, нужен свой набор инструментов и приспособлений.

Подкачивающий насос

Электрический подкачивающий насос запускается с поворотом ключа. Износ или повреждение меняет потребляемую им мощность. ЭБУ (Блок управления) фиксирует это как неисправность и в памяти записывается соответствующий код.

Проверка магистрали

Специалист сервисной станции проверяет давление топлива в рампе в режиме прокрутки коленвала стартером. Данная часть системы комплектуется датчиком давления топлива. Подключив к диагностическому разъему сканер, находим нужный параметр. Если он ниже нормы, ищем неисправность в форсунках, электромагнитных клапанах (регуляторах) или в самом ТНВД.

ТНВД и форсунки

Неисправны также могут быть форсунки, электромагнитные клапаны (регуляторы) или сам ТНВД. Их состояние определяется с помощью специальных диагностических стендов, которыми оснащены профессиональные станции ремонта топливной аппаратуры.

Восстановление работоспособности ТНВД (Топливного насоса высокого давления) и неисправных форсунок проводится лишь специализированной мастерской оснащенной современным диагностическим оборудованием.

3.2. Порядок ремонтных операций.

Дизельный автомобиль имеющий большой пробег и оснащенный системой CR часто невозможно запустить из-за неисправности хотя бы одной из форсунок. Давление в рампе не поднимается до пусковых значений, если происходит существенная утечка топлива хотя бы через один ее клапан. Проверить давление при пуске можно специальным диагностическим набором. Он представляет собой датчик давления, контрольный манометр, заглушки вместо исполнительных механизмов, трубки для подключения и мерные емкости обратного слива.

Из многолетней практики у наших специалистов сложилась такая последовательность ремонта форсунок Common Rail:

• Демонтаж.
• Очистка.
• Диагностика.
• Разборка.
• Дефектовка.
• Ремонт и восстановление.
• Регулировка основных механизмов.
• Сборка.
• Тестирование на стенде.
• Корректировка работы.
• Установка на двигатель.

Самое разумное и, в итоге, экономичное — это менять износившиеся форсунки комплектом. Характеристики каждой из форсунок необходимо записать в память блока управления (ЭБУ). Это объясняется фактом, что форсунок с одинаковой производительностью не существует. Постоянная корректировка цикловой подачи топлива (а проще,- динамическая адаптация) присутствует в каждом ЭБУ. Однако даже это не заменит кодировку, проведенную специалистом сервиса.

Проблема затрудненного пуска дизеля — одна из распространенных. Автовладелец порой недоволен, например, сниженной мощностью двигателя или дымностью выхлопа. Подобные ситуации наиболее сложны, т.к. требуют оценки точности измерения расхода воздуха или работы наддува, эффективности работы рециркуляции, системы выпуска отработавших газов, включая сажевый фильтр (DPF) и нейтрализатор. Впрочем, ныне эти технологии отлично освоены мастерами диагностики.

Квалифицированное обслуживание позволит:

• нормализовать подачу топлива;
• улучшить точность дозировки в камеру сгорания;
• снизить выбросы вредных веществ;
• облегчить холодный пуск мотора.

В результате, мощность и динамика вашего дизельного двигателя стремиться к показателю, заложенную автопроизводителем.

Наши опытные мастера восстанавливают работоспособность форсунок Mercedes Benz (Мерседес Бенц), VOLVO(Вольво), Renault(Рено), Volvo(Вольво), WV(Фольксваген), авто- и спецтехники других производителей.

Нагрузочное устройство

Важным условием надежной работы судового дизель генератора является тщательная проверка его работы совместно с управляющей аппаратурой и регулирующей автоматикой.

Для этих целей используется специальное нагрузочное устройство (НУ), допускающее проведение проверки, предусмотренной программой швартовых испытаний, сразу после монтажа или в процессе эксплуатации источников судового электроснабжения во всех режимах их работы.

Тестирование судовых дизель генераторов проводится нагрузочным устройством, берущим в испытаниях на себя их динамическую и штатную нагрузку разбивкой модулей НУ на части по 25 % от номинальной мощности, а также созданием испытательной перегрузки со съемом электрических показателей электроустановок.

Нагрузочное устройство для испытания судовых дизель генераторов включает активные и реактивные нагрузочные части, коммутационную аппаратуру (шкаф) и управляющий пульт.

Условия эксплуатации НУ находятся в температурном диапазоне от -30 °C до +40 °C.

Перспективы развития

ОДК уже формирует научно-технический задел для создания морского двигателя 5-го поколения. «В качестве задела имеются в виду результаты реализации аванпроекта по разработке морского двигателя мощностью 25 МВт с малоэмиссионной камерой сгорания морского исполнения и разработке новых высокотемпературных коррозионностойких сплавов», — проинформировал Шмотин, добавив, что корпорация также создает морскую силовую установку повышенной мощности — в частности, в рамках договора с Минпромторгом РФ реализуется аванпроект по разработке двигателя мощностью 34 000 л.с. (25 МВт). В качестве приоритетных направлений дальнейшего развития корабельных двигателей ОДК выделяет создание двигателей мощностью 25-35 и 13 МВт.

Наряду с созданием новых морских двигателей проводится и модернизация процессов их разработки и производства. С декабря 2020 года в рамках договора с Минпромторгом РФ реализуется научно-исследовательская работа по созданию цифрового двойника морского ГТД и редуктора. «Срок окончания работ — октябрь 2023 года. В процессе реализации данного проекта ОДК должна получить действующую технологию/платформу создания цифровых двойников, которая будет применяться во всех последующих разработках новых изделий», — сообщил Шмотин.

Все большее применение при проектировании двигателей находят аддитивные технологии — первый положительный опыт их применения в сфере морских двигателей был получен в ходе создания двигателя М70ФРУ-Р.

Кроме того, выполняется разработка и применение новых материалов для создания термобарьерных покрытий лопаток горячей части двигателя, позволяющих повысить температуру газа перед турбиной и тем самым повысить мощность силовой установки. «В рамках договора с Минпромторгом РФ реализуется научно-исследовательская работа, направленная на разработку новых высокотемпературных коррозионностойких сплавов», — подытожил Шмотин.

Как происходит запуск дизельного двигателя?

Принцип работы дизельного двигателя следующий: в цилиндры поступает чистый воздух, который вследствие высокого сжатия нагревается до 700°С и более. После этого, при приближении поршня к верхней точке его траектории в камеру сгорания под давлением подается горючее, которое воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Момент воспламенения сопровождается резким повышением давления в цилиндре. Такой принцип работы позволяет мотору работать на максимально обедненных смесях, что обеспечивает экономичность его эксплуатации.

Для холодного старта дизеля используется система предпускового нагрева, основным элементом которой являются свечи накаливания –нагревательные элементы, размещенные в камерах сгорания. Они позволяют за несколько секунд поднять температуру воздуха до требуемого значения. При включении системы в салоне загорается лампочка. Ее обесточивание свидетельствует о готовности двигателя к запуску. Подача электроэнергии к свечам прерывается автоматически, спустя 15сек – 25 сек после старта. Это условие позволяет обеспечить стабильную работу непрогретого агрегата. Современные системы данного типа делают возможным легкий запуск дизеля при температурах до -30°С при условии исправности мотора и использования масла и топлива соответствующей сезонности и качества.

Конструктивные особенности

Схема дизельного двигателя в целом повторяет механизм бензинового силового агрегата с той разницей, что аналогичные детали значительно усиливаются с учетом более высоких нагрузок. Поскольку воспламенение происходит в результате сжатия, из схемы исключаются компоненты системы зажигания, а свечи заменяются на элементы накаливания, не дающие искры и предназначенные для предварительного прогревания воздуха в камерах сгорания.

Характерной особенностью конструкции дизельного двигателя, связанной с самим принципом его работы, является геометрия днища поршней. Их форма определяется спецификой камеры сгорания. В верхней точке хода поршня, его днище оказывается выше самой крайней точки блока цилиндров. В некоторых случаях, в донышке поршня и располагается сама камера сгорания. От ее типа и реализованного способа подачи смеси и зависят технические и экологические характеристики конкретной модели дизельного двигателя.

ТНВД дизельного двигателя Д-245 — устройство и регулировки

На двигателе Д-245 автомобилей ЗИЛ-5301 Бычок, ГАЗ-3309, МАЗ-4370 Зубренок устанавливаются ТНВД-773. Топливный насос высокого давления представляет собой блочную конструкцию, состоящую из четырех насосных секций в одном корпусе, имеющую кулачковый привод плунжеров и золотниковое дозирование цикловой подачи топлива.

ТНВД-773 предназначен для подачи в камеры сгорания цилиндров дизеля в определенные моменты времени дозированных порций топлива под высоким давлением. Привод кулачкового вала топливного насоса осуществляется от коленчатого вала дизеля через шестерни распределения.

Взаимное положение шестерни привода топливного насоса и полумуфты привода фиксируется затяжкой гаек, устанавливаемых на шпильки полумуфты. Значение момента затяжки гаек 35…50 Нм.

Топливный насос высокого давления Д-245 объединен в один агрегат с всережимным регулятором и топливоподкачивающим насосом поршневого типа.

Регулятор имеет корректор подачи топлива, автоматический обогатитель топливоподачи (на пусковых оборотах) и пневматический ограничитель дымления (корректор по наддуву). Подкачивающий насос установлен на корпусе ТНВД Д-245 и приводится эксцентриком кулачкового вала.

Рабочие детали насоса смазываются проточным маслом, поступающим из системы смазки дизеля. Слив масла из корпуса насоса осуществляется в картер дизеля. Вновь установленный на дизель насос необходимо заполнить маслом в количестве 200. 250 см3. Заливку масла производить через отверстие слива масла поз.30 (Рис.1).

Рис.1 – Топливный насос ТНВД 773 дизеля Д-245

1 — секция топливного насоса; 2 — табличка; 3 – фланец; 4 – шпонка; 5 – полумуфта привода; 6 – гайка крепления полумуфты; 7 – кулачковый вал; 8 – корпус топливного насоса; 9 – топливоподкачивающий насос; 10 – поддерживающий кронштейн; 11 – болт регулировки пусковой подачи; 12 – рычаг останова; 13 – корпус регулятора; 14 – крышка регулятора; 15 – крышка смотрового люка; 16 – болт регулировки минимальной частоты вращения; 17 – болт регулировки максимальной частоты вращения; 18 – гайка крепления секций топливного насоса; 19 – перепускной клапан; 20 – штуцер подвода топлива; 21– маслопровод; 22 – штуцер отвода топлива от подкачивающего насоса к фильтру тонкой очистки топлива; 23 – болт крепления штуцера подвода топлива к подкачивающему насосу; 24 – корректор по наддуву; 25 – болт штуцера подвода воздуха; 26 – рычаг управления; 27 – пробка винта регулировки номинальной подачи топлива; 28 – пробка спуска воздуха; 29 – электромагнит останова ; 30 – отверстие слива масла.

Обслуживание топливного насоса высокого давления ТНВД дизелей Д-245

В процессе эксплуатации топливного насоса высокого давления 773 при износе основных деталей нарушаются его регулировочные параметры. Смазка ТНВД Д-245 централизованная от системы смазки дизеля через специальный маслопровод. Необходимый уровень масла в картере насоса устанавливается автоматически.

Для снижения износов прецизионных деталей не допускается работа ТНВД без фильтрующего элемента или с засоренным фильтром тонкой очистки топлива. Также не допускается работа с топливом, имеющим повышенное содержание воды.

При необходимости, а также через каждые 120 тыс. км пробега необходимо снять насос и проверить его на стенде на соответствие регулировочным параметрам, а также установочный угол опережения впрыска топлива на дизеле. При необходимости, произведите соответствующие регулировки.

Регулировка и контроль ТНВД 773 для установочного угла опережения впрыска топлива на двигателе Д-245

При затрудненном пуске дизеля, дымном выпуске, а также при замене, установке топливного насоса после проверки на стенде через каждые 120 тыс. км пробега или ремонте дизеляобязательно проверьте установочный угол опережения впрыска топлива на дизеле.

Установочный угол опережения впрыска топлива, градусов поворота коленчатого вала для топливного насоса высокого давления ТНВД 773.1111005-20.05 — 2,5±0,5

Проверку установочного угла опережения впрыска топлива для ТНВД 773 двигателя Д-245 производите в следующей последовательности:
— установите поршень первого цилиндра на такте сжатия за 40-50 до ВМТ;
— установите рычаг управления регулятором в положение, соответствующее максимальной подаче топлива;
— отсоедините трубку высокого давления от штуцера первой секции ТНВД и вместо неё подсоедините контрольное приспособление, представляющее собой отрезок трубки высокого давления длиной 100. 120 мм с нажимной гайкой на одном конце и вторым концом, отогнутым в сторону на 150…170° в соответствии с рисунком 24;
— заполните топливный насос топливом, удалите воздух из системы низкого давления и создайте избыточное давление насосом ручной прокачки до появления сплошной струи топлива из трубки контрольного приспособления;
— медленно вращая коленчатый вал дизеля Д-245 автомобилей ЗИЛ-5301 Бычок, ГАЗ-3309, МАЗ-4370 Зубренок по часовой стрелке и поддерживая избыточное давление в головке насоса (прокачивающим насосом), следите за истечением топлива из контрольного приспособления.
— в момент прекращения истечения топлива (допускается каплепадение до 1 капли за 10 секунд) вращение коленчатого вала прекратить;
— выверните в соответствии с рисунком 2 фиксатор из резьбового отверстия заднего листа и вставьте его обратной стороной в то же отверстие до упора в маховик, при этом фиксатор должен совпадать с отверстием в маховике (это значит, что поршень первого цилиндра установлен в положение, соответствующее установочному углу опережения впрыска топлива.

Рис.2 — Установка фиксатора в отверстие заднего листа и маховика дизеля Д-245

При несовпадении фиксатора с отверстием в маховике произведите регулировку ТНВД 773, для чего проделайте следующее:
— снимите в соответствии с рисунком 3 крышку люка;
— совместите фиксатор с отверстием в маховике, поворачивая в ту или другую сторону коленчатый вал;
— отпустите на 1. 1,5 оборота гайки крепления шестерни привода топливного насоса;
— при помощи ключа поверните за гайку валик топливного насоса против часовой стрелки до упора шпилек в край паза шестерни привода топливного насоса;
— создайте избыточное давление в головке топливного насоса до появления сплошной струи топлива из трубки контрольного приспособления;
— поворачивая вал насоса по часовой стрелке и поддерживая избыточное давление, следите за истечением топлива из контрольного приспособления;
— в момент прекращения истечения топлива прекратите вращение вала и зафиксируйте его, зажав гайки крепления полумуфты привода к шестерне привода.

Произведите повторную проверку момента начала подачи топлива. Отсоедините контрольное приспособление и установите на место трубку высокого давления и крышку люка.

Заверните в отверстие заднего листа фиксатор.

Рис.3 — Привод топливного насоса ТНВД двигателя Д-245

1 – крышка люка; 2 – гайка; 3 – шпилька; 4 – гайка специальная; 5 – полумуфта привода; 6 – шестерня привода топливного насоса

Проверка форсунок дизеля Д-245 на давление начала впрыска и качество распыла топлива

Рис.4 – Форсунка двигателя Д-245

1 – корпус форсунки; 2 – шайба регулировочная; 3 – пружина; 4 – штанга форсунки; 5 – проставка; 5 – гайка распылителя; 7 – распылитель; 8 – кольцо уплотнительное.

Проверку форсунок производите через каждые 120 тыс. км пробега. Снимите форсунки с дизеля и проверьте их на стенде. Форсунка топливного насоса ТНВД 773 считается исправной, если она распыливает топливо в виде тумана из всех пяти отверстий распылителя, без отдельно вылетающих капель, сплошных струй и сгущений.

Начало и конец впрыска должны быть четкими, появление капель на носке распылителя не допускается. Качество распыла проверяйте при частоте 60-80 впрысков в минуту.

При необходимости отрегулируйте форсунки изменением общей толщины регулировочных шайб 2 (Рис.4): увеличение общей толщины регулировочных шайб (увеличение сжатия пружины) повышает давление, уменьшение – понижает. Изменение толщины шайб на 0,1мм приводит к изменению давления начала подъема иглы форсунки на 1,3. 1,5 МПа.

Значения давления начала впрыскивания для форсунок: 455.1112010-50 – 24,5 МПа; 172.1112010-11.01 – 25,0. 26,2 МПа. Установите форсунки на дизель. Болты скобы крепления форсунок затягивайте равномерно в 2-3 приема. Окончательный момент затяжки 20. 25 Нм.