Электронный впрыск топлива для мотора глиссера

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания идет по различным направлениям. И одно из главнейших — отработка процесса сгорания топлива, которое в свою очередь всецело зависит от качественной работы системы приготовления топлива. Господствующее положение среди систем смесеобразования до сих пор занимает карбюраторная. Дальнейшее развитие двигателей внутреннего сгорания — повышение литровой мощности, динамичности, экономичности, уменьшение токсичности выхлопных газов — ставит перед конструкторами такие задачи, разрешить которые, применяя карбюраторную систему с двух- и четырехкамерными карбюраторами, становится все труднее и труднее.

И поэтому в последние два десятилетия все большее распространение на автомобильных двигателях получает система впрыска топлива. Не нужно думать, что идея отказаться от карбюратора и непосредственно впрыскивать топливо в камеру сгорания или впускной патрубок родилась только сейчас — попытки применить впрыск были сделаны еще на заре автомобилестроения в конце 19 — начале 20 века. Но сколько-нибудь широкого применения эти системы не получили из-за несовершенства и сложности конструкции, да и появление пульверизационного карбюратора — простого по конструкции и вполне обеспечивающего нормальную работу двигателей того времени, надолго приостановили работы по внедрению систем впрыска топлива.

Первая удачная попытка применения аппаратуры впрыска топлива непосредственно в цилиндры фирмы «Бош» была сделана фирмой «Мерседес Бенц» на автомобиле «300 SL» в 1954 г. и в дальнейшем принята некоторыми другими европейскими фирмами. Причем все эти системы имели механическое или пневматическое регулирование качественного состава смеси. Эксплуатация автомашин показала, что аппаратуру впрыска можно значительно упростить, получив примерно сходные технические результаты. Так, от впрыска непосредственно в цилиндры перешли к впрыску во впускные патрубки двигателя, при этом требуемое давление в топливных магистралях может быть намного ниже, чем значительно облегчается режим работы форсунок. Дальнейший качественный скачок в развитии систем впрыска был обусловлен успехами электроники — начали разрабатываться электронные регулирующие устройства вместо сложных в изготовлении и обслуживании и дорогих механических и пневматических. Характерно, что этот скачок был обусловлен уже не повышением удельных параметров двигателей, а в основном проблемами, связанными с уменьшением токсичности выхлопа. Применение именно электронных систем впрыска позволило добиться минимального содержания вредных составляющих выхлопных газов, стабильности, быстроты и точности настройки всей системы.

Разработка аппаратуры электронного впрыска ведется и у нас в стране в ЦНИТА. Разработано несколько вариантов для двигателей с различным рабочим объемом.


О применении аппаратуры впрыска топлива на гоночном судне — глиссере класса R4 — рассказывает читателям мастер спорта международного класса Г, К. Грушевский,

---

В 1971 г. в водно-моторной секции общества «Трудовые резервы» Ленинграда был построен глиссер класса R-4 с двигателем «ГАЗ-21». На этом глиссере мне удалось выиграть все гонки того года, в которых я участвовал, и установить километровый скоростной рекорд СССР —148 км/ч. Двигатель глиссера был оснащен двухкарбюраторной системой смесеобразования с карбюраторами К126Г со специальной регулировкой. Начав поиски дальнейших путей увеличения скорости — корпус глиссера позволял по расчетам получить скорость до 180 км/ч — мы пришли к выводу, что единственным резервом является повышение мощности двигателя. Проанализировав несколько вариантов форсировки, решено было остановиться на применении новой системы питания двигателя.

И вот в 1972 г. на глиссере, по моим сведениям, впервые в практике водно-моторного спорта, была установлена спроектированная и изготовленная Центральным научно-исследовательским и конструкторским институтом топливной аппаратуры (ЦНИТА) аппаратура впрыска топлива с электронным управлением. Это позволило увеличить мощность двигателя со 109 до 125 л. с. при 4700 об/мин и, как результат, — выиграть все гонки 1972 г, и установить новый рекорд СССР на 1 км — 153 км/ч.

После больших работ по подбору гребных винтов и передаточного отношения редуктора, ряда неудач в гонках 1973 и 1974 гг. — а освоение новой техники никогда не обходится без них — в Новомосковске на первенстве СССР среди ДСО и ведомств в сентябре 1974 г. на 10-мильной дистанции в гонке была показана средняя скорость 108,8 км/ч. Этот результат зафиксирован УИМ как новый мировой рекорд в этом классе. На проводившихся на этой же акватории специальных заездах на побитие рекордов на глиссере удалось достичь 157,8 км/ч — новый рекорд СССР на 1 км. И этот результат не является предельным достижением — на тренировочных заездах была показана скорость выше 170 км/ч.

Как же построена и работает система электронного впрыска, установленная на глиссере?


Топливо из бензобака 1 забирается шестеренчатым электронасосом 2 и через фильтр 3 подается к редукционному клапану 4. Избыток топлива из клапана по сливной магистрали 5 сливается обратно в бак. Клапан поддерживает в топливной системе постоянное давление, равное 2 кг/см² и распределяет топливо по электромагнитным форсункам 7, установленным на впускной трубе 8. Форсунки расположены таким образом, что подаваемое ими топливо попадает в зону впускных клапанов двигателя 10, где и образуется горючая смесь.

Электромагнитная форсунка — это нормально закрытый быстродействующий клапан, открывающийся при подаче напряжения на обмотки электромагнита и впрыскивающий порцию топлива во впускную трубу. Количество поступившего топлива из форсунки зависит от двух факторов — от перепада давления топлива на форсунке и от длительности открытия ее. А так как давление топлива перед форсункой постоянное и задается редукционным клапакйм при регулировке системы впрыска, то в конечном итоге количество топлива, поступившего во впускную трубу за один цикл, определяется только длительностью открытого состояния форсунки, т. е. длительностью управляющего импульса.

Формирование прямоугольных управляющих импульсов осуществляется системой электронного управления 13, выполненного полностью на полупроводниковых приборах. Длительность управляющих импульсов в зависимости от разрежения во впускной трубе, т. е. от количества воздуха, поступающего в цилиндр, задается безконтактным сильфонным датчиком разрежения, обмотки которого включены в цепи хронирующего каскада формирователя импульсов. Дополнительная корректировка длительности импульса для получения топливной смеси оптимального состава при различных оборотах коленчатого вала двигателя производится за счет подбора частотных характеристик блоков формирователя импульсов.

Для обогащения состава смеси на режиме прогрева двигателя в схеме формирователя предусмотрен регулятор, позволяющий при необходимости вручную увеличить длительность управляющих импульсов сверх величины, задаваемой автоматическим регулированием.

Для того чтобы подача порции топлива в каждый из цилиндров происходила в момент такта всасывания, управляющие импульсы синхронизированы с вращением коленчатого вала. Синхронизация осуществляется контактным датчиком 15, приводимым в движение от кулачкового механизма привода бензонасоса 14.


Система электронного впрыска получает питание от 12-вольтового аккумулятора, при включении тумблера 12 напряжение подается на электробензонасос и устройство формирования импульсов, Органом изменения мощности двигателя является воздушная заслонка 9, установленная во впускной трубе и связанная с педалью или ручкой газа.

В конструкцию двигателя глиссера дополнительно внесен ряд изменений, направленных на повышение степени наполнения цилиндров при высоких оборотах коленчатого вала — доведены впускные каналы головки двигателя, подобраны размеры впускной трубы для обеспечения инерционного наддува.

Желающие более подробно ознакомиться с аппаратурой впрыска топлива с электронным управлением, данными по методам ее отладки и особенностям эксплуатации могут найти ее описание в книге «Аппаратура впрыска легкого топлива автомобильных двигателей», издательство «Машиностроение», 1975 г.