Вода: главный враг системы дизельного топлива

Из всех загрязнителей, способных проникнуть в систему дизельного топлива — пыли, частиц ржавчины, микроорганизмов и асфальтированных частиц — вода является наиболее разрушительной. Один бак топлива, загрязнённого водой, может нанести более значительный ущерб группе форсунок, чем 500 000 километров нормальной эксплуатации. В отличие от абразивных частиц, постепенно изношающих поверхности, вода одновременно воздействует на внутренние компоненты форсунок по нескольким механизмам: коррозия, кавитационная эрозия, разрушение смазочных свойств и микробное размножение.И поскольку современные форсунки с общей системой подачи работают при давлении 2 000–2 700 бар, а внутренние зазоры измеряются в микронах, даже микроскопическое коррозийное точечное повреждение становится катастрофическим.

В этой статье рассматривается, как вода попадает в топливную систему, какие именно механизмы повреждения приводят к разрушению форсунок, как диагностировать повреждения форсунок, вызванные попаданием воды, и что делать при обнаружении воды в топливе.

Как вода попадает в дизельное топливо

Конденсация (Молчаливый источник)

Тanks для дизельного топлива «дышат»: по мере изменения температуры окружающей среды между дневным и ночным периодами воздушный объём над топливом в резервуаре или топливном баке транспортного средства расширяется и сжимается, забирая наружный воздух. В условиях влажного климата каждый цикл «дыхания» приводит к поступлению влаги. Пар воды в поступающем воздухе конденсируется на холодных стенках бака и стекает в топливо.За несколько недель и месяцев накапливается удивительно большое количество воды: в резервуаре ёмкостью 1 000 литров в тропическом климате только за счёт конденсации может накапливаться 2–5 литров воды в год.

Почему ситуация с биодизелем ещё хуже: биодизель (FAME) гигроскопичен — он активно поглощает влагу из воздуха. Смесь B20 (20 % биодизеля) может содержать в 5–10 раз больше растворённой воды, чем чистый нефтяной дизельный топливо. При охлаждении топлива растворённая вода разделяется на свободные капли воды, которые оседают на дно бака.

Худшее содержание помещений (избегаемый источник проблемы)

• Утечки или отсутствие уплотнений крышки топливного бака, позволяющие проникать дождевой воде
• Вентиляционные отверстия для резервуаров хранения без осушительных фильтров-осушителей
• Заполнение из загрязнённого объёмного хранилища или из контейнеров, оставленных открытыми и подвергнутых воздействию атмосферы
• Промывка двигателя под давлением без защиты вентиляционных отверстий и соединений топливной системы
• Коррозия топливного бака приводит к образованию отверстий, через которые в бак проникает грунтовая вода при его погребении или при воздействии дорожной струи.

Загрязнение цепочки поставок топлива

Вода может проникнуть в любую точку цепочки поставок: на нефтеперерабатывающем заводе, во время транспортировки (на бarge, трубопроводе или автоцистере) или на розничном заправочном пункте. Подземные резервуары на заправках особенно уязвимы: даже небольшая трещина в резервуаре или плохо герметичный крышечный элемент могут привести к проникновению грунтовых вод. Это наиболее труднообнаружимый источник для конечного пользователя, поскольку повреждение могло возникнуть ещё до покупки топлива.

Четыре механизма повреждения инжекторов водой

1. Коррозия (ржавчина)

Вода + сталь = ржавчина. Корпус инжектора, игла сопла, компоненты регулирующего клапана и внутренние пружины изготовлены из закалённой стали; хотя она и более устойчива к коррозии, чем низкоуглеродная сталь, она вовсе не является полностью коррозионно-стойкой. При наличии свободной воды (в отличие от растворённой воды) коррозия начинается уже через несколько часов.

Критические зоны коррозии:

• Ведущее отверстие иглы форсунки: зазор в 1–3 микрона между иглой форсунки и её ведущим отверстием. Даже одна ржавчина глубиной 5 микрон в этом отверстии приводит к заклиниванию иглы — форсунка остаётся открытой (перелив топлива, промывка цилиндра, возможный гидравлический заклинивание) или закрытой (цилиндр не работает).
• Контрольный клапан: пластина/шарик и седло. Коррозия в виде точечного поражения на уплотнительных поверхностях препятствует полному закрытию клапана. Инжектор имеет внутреннее утедание, что снижает давление в магистрали и увеличивает обратный поток.
• Поверхности обмотки соленоида: высокоточные отшлифованные поверхности обмотки соленоида и статора. Коррозия увеличивает воздушный зазор (что снижает магнитную силу) и создаёт шероховатость поверхности, усиливая трение при движении обмотки.
• Поверхности топливных каналов: внутренние каналы подачи топлива. Поверхностная ржавчина отслаивается и превращается в абразивные частицы, которые ускоряют износ во всех участках, расположенных ниже по потоку.

Почему это происходит быстро: дизельное топливо обеспечивает определённую защиту от коррозии благодаря своей естественной смазочной способности и тонкой масляной плёнке, которая образуется на металлических поверхностях. Однако свободная вода вытесняет эту плёнку. Ещё более серьёзно: вода оседает на дне топливного бака и в низких точках топливной системы — именно там, где забирается топливо при запуске двигателя. Если автомобиль остаётся без движения на выходные, а в баке присутствует вода, забор топлива остаётся в воде в течение 48–72 часов, в результате чего при запуске в систему поступает чистая вода.

2. Эрозия под действием кавитации

У воды значительно более высокий паровый давление, чем у дизельного топлива: она испаряется (кипит) при более низкой температуре и давлении. Когда топливо, загрязнённое водой, проходит через насос высокого давления и форсунки, локальное снижение давления (на входе в насос, через управляющий клапан форсунки и на седле сопла) может вызывать мгновенное превращение капель воды в паровые пузырьки.Когда эти пузырьки коллапсируют в зонах повышенного давления, кавитационная имплозия создаёт микроструи, которые физически эродируют металлические поверхности — тот же механизм, который разрушает судовые винты, но уже на микроскопическом уровне внутри ваших инжекторов.

В местах возникновения повреждений, вызванных кавитацией:

• Плунжер и цилиндр насоса высокого давления (пиктинг на поверхности хода подачи)
• Пластина управляющего клапана инжектора (пиктинг по краям 오리фиц)
• Область седла сопла (эрозия уплотнительной поверхности, приводящая к просачиванию и ухудшению профиля распыления)

3. Ущерб смазочным свойствам

Естественная смазочная способность дизельного топлива обусловлена следовыми полярными соединениями (содержащими серу соединения в традиционном дизельном топливе и добавками для смазки в ULSD). Эти соединения образуют на металлических поверхностях границу смазки, разделяя металлы и предотвращая их прямой контакт. Вода растворяет и вытесняет эту смазочную плёнку. Без неё:

• Плунжер насоса высокого давления работает в режиме «металл на металл» в своём канале — насос заклинивает или подвергается катастрофическому износу уже через несколько минут.
• Игола форсунки соприкасается с направляющим каналом, что приводит к увеличению зазора и резкому росту внутренних утечек.
• Контрольный клапан воздействует на седло без смазки — в результате седло истирается и начинает протекать.

Именно поэтому неисправный водопропускной сепаратор или ёмкость с топливом, загрязнённым водой, может повредить насос высокого давления системы common rail и все шесть форсунок всего за один день эксплуатации.

4. Микробный рост (дизельный «баг»)

Вода создаёт среду, необходимую для роста бактерий, грибов и дрожжей на границе раздела топлива и воды в баке. Эти микроорганизмы образуют слизистую биомассу («дизельный микроб»), которая:

• За несколько часов после замены нового фильтра засоряются топливные фильтры
• Выделяет кислые метаболитные побочные продукты, ускоряющие коррозию (pH может быть настолько низким, как 3–4)
• Формирует нитевидные биоплёнки, способные блокировать экраны забирающей топливной струи и фильтры на входе форсунок.

Диагностика повреждений инжектора, связанных с водой

Симптом	Что это означает	Тест подтверждения
Нарушение возникло внезапно: вчера двигатель работал нормально, а сегодня — нестабильная работа и пропуски зажигания	Вода была подавлена в систему во время последнего запуска или незадолго до остановки. Коррозия или повреждение насоса развилось быстро.	Сверните топливный фильтр в прозрачную стеклянную банку. Дайте ему постоять в течение 5 минут. Вода оседает на дно в виде чёткого слоя или в виде мутных капель. Наличие видимой воды — подтверждение
Одновременная неисправность нескольких инжекторов (2–4 инжектора выходят из строя в течение нескольких дней друг за другом)	Загрязнение воды — единственный режим отказа, при котором одновременно разрушаются несколько инжекторов. Обычное износ приводит к разрушению инжекторов по одному в течение нескольких месяцев или лет.	Отправьте образец топлива на лабораторный анализ (содержание воды по методу титрования Карла Фишера; наличие более 200 ppm свободной воды является отклонением). Под микроскопом осмотрите извлечённые форсунки на наличие ржавчины и точечного коррозионного повреждения внутренних компонентов.
Совместное повреждение насоса высокого давления и форсунки	Классический признак загрязнения воды. Сначала выходит из строя насос (контакт металл–металл, заклинивание), после чего частицы попадают по потоку в инжекторы, которые затем выходят из строя из-за сочетания проникновения загрязнений и повреждения водой.	Разрежьте насос высокого давления и проверьте поршень и цилиндр. Наличие точечных повреждений, царапин или синего окраса (вследствие нагрева из-за недостаточного смазывания) является достоверным признаком неисправности. Проверьте элемент топливного фильтра: наличие ржаво-окрашенных пятен на фильтрующем материале является диагностическим признаком.
Фильтр топлива неоднократно засорился тёмным, слизистым материалом (не только однажды)	Микробное размножение (дизельный микроб) на границе раздела топлива и воды в баке. Биомасса отслаивается и засоряет фильтр.	Проверьте запах фильтрующего элемента: если ощущается запах гнилого яйца или сернистый запах, это указывает на активность бактерий. Протрите внутреннюю часть резервуара через горлышко для заправки — если при протирке выходит слизь, резервуар необходимо обработать бицидом.
Наконечники инжектора имеют оранжево-коричневое окрашивание на внешней поверхности наконечника.	Вода, протекающая через инжектор, вызвала поверхностную коррозию на конце сопла. Коррозия может также появляться на корпусе инжектора в зоне уплотнения медной прокладки.	Визуальный осмотр извлечённого инжектора. presence ржавчины на внешней наконечнике сопла не является достаточным основанием для вывода о неисправности инжектора (она может быть вызвана внешней влажностью); однако в сочетании с внутренней ржавчиной на разобранных компонентах это подтверждает наличие повреждения, вызванного водой.

Что делать, если в топливе обнаружена вода

Если двигатель не был запущен

1. Не разгоняйте двигатель до предела
2. Полностью опорожните топливный бак: снимите сливную пробку или откачайте топливо из горловины заправочного отверстия.
3. Заменить топливный фильтр(и)
4. Очистите водосепаратор (если он установлен)
5. Очистите топливные магистрали низкого давления чистой топливной смесью (от заборного устройства топливного бака до головки фильтра).
6. Заправьте бак топливом, известным как безопасное и качественное
7. Наполните топливную систему и запустите двигатель

Если двигатель работал на топливе, загрязнённом водой

1. Немедленно остановите двигатель
2. Выполните все вышеуказанные шаги для слива и промывки.
3. Отправьте образец масла на анализ — наличие воды в топливе часто свидетельствует о разбавлении моторного масла топливом (течение воды из форсунок, повреждённых водой)
4. Отправьте образец топлива для лабораторного анализа — укажите содержание воды в случае подачи заявки на гарантийное или страховое возмещение
5. Замените насос высокого давления и все форсунки одновременно, если насос проявляет признаки повреждения: повреждённый насос передаёт отработанные материалы в downstream, а загрязнённые форсунки возвращают отработанные материалы обратно в насос через обратный контур. Замена только насоса почти гарантированно приведёт к повторному отказу.
6. Очистите топливный бак и обработайте его бицидом перед повторным заправкой

Профилактика: разделитель воды — ваша последняя линия обороны

• Еженедельно (или при каждом заправке топливом при работе в влажных условиях) сливайте воду из водосепаратора. Полный от воды водосепаратор не отделяет воду — он пропускает её через себя.
• Заменяйте фильтрующий элемент водосепаратора в интервале, установленном производителем: засорённый фильтрующий материал водосепаратора теряет гидрофобное покрытие и пропускает воду.
• На двигателях с датчиком «вода в топливе» (WIF) ни в коем случае не игнорируйте индикатор предупреждения. Датчик определяет определённый уровень воды в баке сепаратора: если индикатор загорелся, значит, в системе уже достаточно воды, чтобы вызвать повреждение.
• Покупайте топливо у станций с высокой частотой обслуживания: на таких заправках топливо регулярно поступает свежим, что снижает вероятность приобретения топлива, которое находилось в подпольном резервуаре с утечками и в котором скапливалась вода.
• В стационарных двигателях или генераторах на выпускном патрубке топливного бака установите осушительный вентиль для предотвращения проникновения атмосферной влаги.

Отказ от ответственности: работа дизельного двигателя на топливе, загрязнённом водой, может привести к различным повреждениям — от отказа форсунки до катастрофического повреждения двигателя (гидравлический заклинивание из-за форсунки, застрявшей в открытом положении и заполнившей цилиндр топливом). Повреждения, вызванные водой, обычно не покрываются гарантией на форсунку. Если вы подозреваете загрязнение водой, остановите двигатель и слейте топливо из системы, прежде чем пытаться перезапустить его.