Э ЛЕКТРОН УПРАВЛЯЕТ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВАубежгорючую смесь для бензиновых двигателей можно только при помощи карбюратора. И в этом нет ничего удивительного. Карбюратор на протяжении полувека является неотъемлемой частью любого бензинового двигателя внутреннего сгорания. Казалось бы, он хорошо обеспечивает работу на всех эксплуатационных режимах. И все же карбюраторное питание, несмотря на его очевидные достоинства, имеет существенные недостатки, которые не позволяют полностью реализовать возможности современных двигателей. Применяя карбюратор, трудно добиться хорошего наполнения цилиндров горючей смесью. Дело в том, что для нормальной его работы необходимо, чтобы скорость потока всасываемого воздуха находилась в соответствующих пределах. Для этого как проходное сечение карбюратора, так и форма впускной трубы должны быть определенными. Но обеспечить в таких условиях требуемую скорость потока всасываемого воздуха на всех режимах работы двигателя практически невозможно. Вот почему форму и размеры впускного тракта подбирают так, чтобы карбюратор позволял двигателю работать на режимах, наиболее часто встречающихся в эксплуатации. Однако в данном случае и карбюратор, и впускная труба создают довольно значительное аэродинамическое сопротивление всасываемому двигателем воздуху. В результате цилиндры хуже наполняются горючей смесью, снижаются мощностные показатели двигателя, что особенно заметно при повышенных оборотах коленчатого вала и полной нагрузке. В процессе работы карбюратора на стенках впускной трубы образуется топРис. 1. Установка электромагнитной форсунки на двигатель.Б ольшинство автомобилистов дено в том, что приготовитьливная пленка, которая ухудшает смесеобразование. Не случайно во многих конструкциях современных двигателей предусматривают подогрев впускной трубы либо отработавшими газами, либо водой из системы охлаждения. Но в этом случае снижается плотность заряда смеси, вследствие чего весовое количество смеси, попадающей в цилиндры, уменьшается, что опять-таки приводит к ухудшению мощностных показателей двигателя.34 - 5Рис. 2. Электрическая блок-схема аппаратуры. Известно также, что при карбюраторном питании смесь распределяется по цилиндрам неравномерно. Это особенно заметно на многоцилиндровых «рядных» двигателях (например, ЗИЛ-157). Некоторые цилиндры работают на более «бедных» смесях, чем остальные. Для каждой конструкции двигателя обычно требуется свой тип карбюратора. Это экономически не выгодно для заводов-изготовителей и вызывает определенные трудности в эксплуатации. Конструкторы топливной аппаратуры затратили немало усилий для того, чтобы создать новые системы питания, свободные от недостатков, присущих карбюраторам. В результате появились системы впрыска топлива или во впускной тракт, или в цилиндры двигателя. Здесь бензин подается принудительно, независимо от того, с какой скоростью проходит воздух во впускном тракте. Тем самым можно с целью улучшения наполнения цилиндров выбирать любые формы и размеры впускной трубы. Как правило, во всех системах впрыска бензин подается форсунками, устанавливаемыми на каждый цилиндр. При одинаковых форсунках достигается равномерность подачи топлива в цилиндры. Впрыск уменьшает инерционность топливоподачи и смесеобразования при резких изменениях режима работы двигателя. Все это открывает перспективы улучшения мощностных, динамических, пусковых и экономических показателей двигателей. В Центральном научно-исследовательском институте топливной аппаратуры автотракторных и стационарных двигателей (ЦНИТА) разработана аппаратура для впрыска бензина с электронным управлением цикловой подачи. Применение электроники обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с использованием механических систем. Такая ап-паратура дает возможность регулировать состав смеси в очень широких пределах, в зависимости от различных факторов, влияющих на работу двигателя. Дозирующим органом аппарата является электромагнитная форсунка. Она представляет собой клапан, открывающийся быстродействующим электромагнитом. Ход клапана в процессе работы не изменяется. Давление топлива, подводимого к форсунке, также поддержи2 вается постоянным (2 кг/см ). Клапан открывается один раз за каждые два оборота коленчатого вала двигателя, т. е. за полный цикл работы цилиндра. Количество впрыскиваемого на цикл топлива будет зависеть только от времени, в течение которого открыт клапан, иными словами, от времени прохождения тока по обмотке электромагнита форсунки. Электромагнитные форсунки устанавливают на двигателе так, чтобы бензин впрыскивался во впускной трубопровод в зоне впускных клапанов (рис. 1). Электрическая блок-схема аппаратуры показана на рис. 2. Импульсы тока создает электронная схема 1, собранная на полупроводниковых приборах. Импульсы на выходе электронной схемы начинают формироваться в момент размыкания прерывателя запуска 2, устанавливаемого на распределительном валу двигателя. Для изменения их продолжительности служат датчики 3, 4, 5. Сформированные импульсы подаются на электромагнитные форсунки 6, 7, 8, 9. Они могут распределяться щеточным распределителем 10 по форсункам, в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя, а в некоторых случаях подаваться одновременно на все форсунки. Электромагнитная форсунка изображена на рис. 3. Топливо подводится к штуцеру 9, расположенному в верхней части форсунки, и заполняет всю ее внутреннюю полость. Если в обмотке 6 электромагнита нет тока, клапан 12 усилием мембраны 4 прижимается к трем жиклерам, установленным в общем блоке 2. При этом истечения топлива не происходит. Когда ток проходит через обмотку, клапан притягивается к наконечникам электромагнита 3и 11. Топливо впрыскивается через жиклеры. По окончании импульса тока клапан вновь запирает форсунку. В зависимости от режима работы и типа двигателя продолжительность впрыска колеблется от 0,002 до 0,015 сек. Поэтому важное значение имеет быстродействие электромагнита, снижение потерь энергии на вихревые токи и т. п. В качестве магнитопровода 10 в форсунке применен высокочастотный радиотехнический материал — феррит. Он позволяет улучшить быстродействие электромагнита. Детали форсунки заключены в корпус 1и закреплены в нем гайкой 7. Резино-22 Рис. 3. Электромагнитная форсунка. вое кольцо 5 служит для уплотнения. Импульсы тока подводятся к контактному винту 8, соединенному с одним концом обмотки электромагнита. Другой ее конец подсоединен к форсунке. Электронная схема формирования импульсов очень проста. Фактически она выполняет функции выключателя, включенного последовательно с форсунками. Обычно этот «выключатель» разомкнут, и ток через обмотки форсунок не идет. Но в момент размыкания прерывателя запуска он включается на определенное время, формируя тем самым импульс требуемой продолжительности. Изменяя одно из сопротивлений в электронной схеме, можно менять про-Рис. 4. Электронный прибор формирова ния импульсов. должительность формируемых импульсов. При этом она не зависит от того, на каких оборотах работает двигатель. Габаритные размеры схемы формирования импульсов составляют 150X70X70 мм. Фото ее приведено на рис. 4. Мощность, потребляемая аппаратурой, зависит от того, на каком режиме работает двигатель, и не превышает 25 вт. Напряжение питания — 12 в. Как регулируется подача топлива в аппаратуре впрыска? Известно, что для нормальной работы бензинового двигателя внутреннего сгорания необходимо, чтобы воздух и топливо, попадающие в цилиндр, находились в определенной пропорции ( 1 5 : 1 - ^ 1 3 : 1 ) . При ее нарушении значительно ухудшается экономичность двигателя. Поэтому количество впрыскиваемого . топлива должно определяться количеством воздуха, попадающего в цилиндры. При любой системе впрыска подача воздуха регулируется воздушной заслонкой, устанавливаемой вместо карбюратора на горловину впускной трубы. Но как измерить количество воздуха, попадающего в цилиндры на один рабочий цикл его работы? Ведь взвесить его нельзя. Зато можно приближенно установить цикловой расход воздуха, измеряя разрежение во впускном трубопроводе за воздушной заслонкой. Чем больше будет разрежение, тем меньше воздухапопадет в цилиндры. Поэтому величина цикловой подачи топлива (а следовательно, и продолжительность импульсов тока) на установившихся режимах работы двигателя определяется, в основном, датчиком разрежения во впускной трубе. Датчик должен состоять из чувствительного элемента, реагирующего на изменение разрежения во впускном трубопроводе, и переменного сопротивления, зависящего от величины разрежения. В качестве чувствительного элемента могут быть использованы мембрана, гофрированная металлическая или резиновая трубка, заглушённая с одного торца, и поршень. Устройство поршневого датчика разрежения видно из рис. 5. В цилиндре 1 на пружине 2 подвешен поршень 3. Нижняя полость датчика соединяется штуцером 4с впускной трубой двигателя. На рисунке поршень показан в крайнем нижнем положении (т. е. при разрежении около 600 мм ртутного столба). На нем крепится обойма 5, внутри которой помещено токосъемное пружинное кольцо 6. При перемещении поршня с обоймой последнее перекатывается по обмотке реостата 7, врезанного в цилиндрическую втулку 8. С противоположной стороны в эту втулку вставлена токосъемная планка 9. При изменении положения поршня будет меняться электрическое сопротивление между одним из концов обмотки реостата и токосъемной планкой. Следовательно, когда изменится разрежение во впускном трубопроводе, станет увеличиваться или уменьшаться продолжительность формируемых импульсов, т. е. цикловая подача топлива. Профиль каркаса, на который наматывается обмотка реостата, подбирают так, чтобы двигатель работал на выгоднейших режимах. Ограничиться одним датчиком разрежения все же нельзя. Известно, что двигатель значительную часть времени работает на переменных режимах. Условия окружающей среды — температура воздуха, температура воды в двигателе, атмосферное давление и т. п. также сильно изменяются. Чтобы регулировка состава смеси была оптимальной, в управляющую цепь электронной схемы должны быть включены датчики, реагирующие на изменение этих условий. Их может быть неограниченное число, причем самых разнообразных, регулирующих подачу топлива в зависимости от любых условий и режимов. Устройство системы подачи топлива к форсункам схематично представлено на рис. 6. Из топливного бака 1 бензин поступает через кран 2к шестеренчатому насосу 3. Последний приводится в действие от двигателя, может быть использован и электропривод. В распределительной трубке 4 поддерживается давление, равное 2 кг/см 2 . Постоянство его обеспечивается редукционным клапаном 5, перепускающим избыточное топливо в топливный бак. От распределительной трубки бензин подводится к форсункам 6, 7, 8, 9. Давление топлива контролируется манометром 10. Экспериментальные образцы аппаратуры, созданные в ЦНИТА, испытывались на двигателе в стендовых идорож но-эксплуатационных условиях. Стендовые испытания проводились на двигателях ГАЗ-21 («Волга») и ЗИЛ-157. При некоторых конструктивных изменениях (увеличении проходных сечений впуск-Рис. 5. Поршневой датчикразрежения . ного трубопровода на 15—20% и воздушной заслонки и исключении подогрева) удалось поднять мощность, снимаемую с двигателя. Используя аппаратуру впрыска, можно несколько повысить степень сжатия. В дорожных условиях аппаратура впрыска длительно испытывалась на автомобиле, показавшем лучшие динамические и одинаковые экономические качества по сравнению с автомобилем, оборудованным карбюраторным двигателем. Так, максимальная скорость «Волги», снабженной аппаратурой впрыска топлива, достигает 135-137 км/час, при времени разгона с места до скорости 100 км/час, равном 24—26 сек. На автомобиле с карбюраторным двигателем — соответственно 125—128 км/час и 35—40 сек. Расход топлива в городских условиях составляет летом 13,0—13,5 л/100 км , зимой 14—15 л/100 км . Аппаратура надежно работает при больших кренах автомобиля. Оборудованные ею двигатели легко запускаются в любую погоду. Система впрыска бензина с электронным управлением выгодно отличается от других систем впрыска своей простотой, гибкостью и относительной дешевизной. 2 3^Рис. 6. Система сункам.^подачи топлива к форПрименение системы впрыска топлива с электронным управлением открывает возможность унификации топливной аппаратуры для всех отечественных бензиновых двигателей, поскольку электронная схема, электромагнитные форсунки и конструкции датчиков универсальны. Все это дает основание полагать, что в недалеком будущем аппаратура для впрыска топлива найдет широкое применение в автомобилестроении. В. КОГАНЕР, А. ЛИСИЦЫН, Б. СВИДЛЕР, сотрудники Центрального научноисследовательского института топливной аппаратуры.Ленинград.23