Энциклопедия впрысковых двигателей –

исполнительные механизмы

(Продолжение)

Пришла пора рассказать и о тех устройствах на двигателе ЗМЗ-4062.10, которые исполняют команды микропроцессора. Их и называют соответственно – исполнительные механизмы. В отличие от большинства датчиков, вырабатывающих электрические сигналы, исполнительные механизмы потребляют электрический ток. К числу исполнительных механизмов (ИМ) относят электромагнитные форсунки, регулятор холостого хода, катушки зажигания, электробензонасос. Самым важным узлом в системе впрыска я считаю форсунку.

Сага о форсунках

Рисунок 1. Устройство электромагнитной форсунки:

1 — насадка распылителя; 2 — уплотнительное кольцо; З — шайба; 4 — игла клапана; 5 — уплотнитель; б — ограничительная шайба; 7— корпус; 8— изолятор; 9— обмотка электромагнита; 10— штекер; 11 — колодка; 12 — фильтр; 13 — трубка; 14 — крышка; 15 — пружина; 16 — сердечник электромагнита; 17— корпус клапана-распылителя.

Форсунки предназначены для подачи бензина в цилиндр двигателей. Известно много типов форсунок, причем они делятся на форсунки для дизельных двигателей и бензиновых, открытого и закрытого типа, форсунки с электромагнитным открыванием и от давления топлива, низкого давления и высокого. В настоящий момент нас интересуют форсунки закрытого типа, с электромагнитным управлением, рассчитанные на давление 285 кПа. Именно такие форсунки и применяются на двигателе ЗМЗ-4062.10.

Форсунки на двигателях с распределенным впрыском установлены во впускном трубопроводе так, что их выпускное отверстие «смотрит» прямо на впускной клапан цилиндра. Когда происходит такт впуска, топливовоздушная смесь прорываясь через зазор между клапаном и головкой блока качественнее перемешивается. Возникает вопрос, а почему форсунка впрыскивает бензин не в цилиндр, а во впускной трубопровод? Дело в том, что в самом цилиндре давление сжатого воздуха достигает 19 атмосфер, и для качественного впрыска необходимо будет сжимать бензин до более высокого давления – свыше 20 атмосфер. А такое давление создать непросто… Хотя такое решение реализовано на двигателях с непосредственным впрыском топлива, например на Mitsubishi Carisma 1996 года. Это дорогой автомобиль по сравнению с «Волгой» и нашему автопрому пока такие конструкции не «по плечу». Но конструкторы ГАЗа и ЦНИИТА ведут работу и в этом направлении.

Принцип действия электромагнитной форсунки достаточно прост (см.Рисунок 1.). Через контакты разъёма 10 на обмотку 9 подается напряжение от блока МИКАС. Это заставляет за счет действия электромагнита подниматься запорную иглу 4. Бензин под давлением около 3-х атмосфер начинает выбрасываться из выходных отверстий, и при этом качественно распыляется во впускном трубопроводе. Причем распыляется намного качественней, чем в карбюраторных системах питания, да и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя. Ведь в карбюраторных моторах до крайних цилиндров доходит меньшая часть смеси бензина с воздухом, нежели чем до цилиндров, расположенных рядом с карбюратором. А впоследствии оказывается, что износ 2-го и 3-го цилиндра оказывается больше, чем других. А это и не удивительно – эти цилиндры работали более интенсивно, а крайние цилиндры:1-й и 4-й выдавали не полную мощность. Этого недостатка во впрысковых двигателях нет! Каждая форсунка находится вблизи своего цилиндра и подает топливо равномерно – без недостачи. Мощность двигателя используется наиболее полно, и двигатель выдает примерно на 20 л.с. больше, чем у карбюраторной модификации. Вот этим и объясняется разница в мощностях на 20 л.с. между двигателями ЗМЗ-4063.10 и ЗМЗ-4062.10. Один впрысковый, другой карбюраторный, а всё остальное одинаково.

Рисунок 2. Внешний вид форсунки

Рисунок 3. Расположение деталей топливной аппаратуры на ЗМЗ-4062.10

А как форсунка может менять количество бензина, подаваемое в цилиндр, если ее отверстие может открываться рывком и сразу на 100%? Очень просто – форсунка может открыться на тысячную долю секунды, а может быть открытой на более долгий промежуток времени. За это время и бензина может пройти через форсунку существенно больше. Достоверно известно, что на двигателе ЗМЗ (у других марок показатели почти такие же) в период холостого хода форсунка открыта на 3 миллисекунды, и эту цифру можно увидеть с помощью специального диагностического оборудования или компьютера с программой «Мотор-Тестер». Если есть отклонения – значит, надо будет искать неполадки в работе двигателя. На режиме полной мощности время открытия форсунки увеличивается в сотню раз.

Форсунки электромагнитного типа бывают с различной формой выходных отверстий, но в двигателях автомобилей ГАЗ применяются только некоторые модификации, подходящие по производительности, давлению и форме электрических контактов. Давление топлива на входе в форсунку в стандартных системах многоточечного впрыска, как правило, равняется 285 кПа (2,85 атм). Только некоторое количество форсунок рассчитано на иное давление 250кПа, но тогда об этом дается дополнительная информация от производителя. Основными производителями форсунок в Европе являются компании Bosch и Siemens на Востоке - Nippon Denso и Toyota. Разумеется, на автомобилях ГАЗ и ВАЗ применяются форсунки европейского производства, либо отечественные. Чаще всего для ЗМЗ-4062.10 указывается ссылка на каталожный номер Bosch 0280150711. Производительность этой форсунки равна 210 см³/мин при давлении 300 кПа. Иногда применяют форсунки с номерами, близкими к данному. Возникает вопрос, почему? Дело в том, что ЗМЗ выпускает несколько модификаций впрысковых моторов, поэтому для получения несколько иной мощности требуется применять и другие форсунки (см. таблицу 1).

Таблица 1. Характеристики форсунок различных модификаций Каталожный номер форсунки Bosch	Производитель-ность форсунки, см^3/мин	Применяется на автомобилях:	Каталожный номер форсунки Bosch	Производитель-ность форсунки, см^3/мин	Применяется на автомобилях:
0 280 150 001	265		0 280 150 335	300	Volvo B230 turbo
0 280 150 002	265		0 280 150 400	437	Ford 4.5l
0 280 150 003	380		0 280 150 401	437	Ford
0 280 150 009	265		0 280 150 402	338	Ford
0 280 155 009	346	Saab Turbo	0 280 150 403	503	Ford
0 280 150 015	380		0 280 150 614	189
0 280 150 024	380	Volvo B30E	0 280 150 704	170
0 280 150 026	380		0 280 150 706	214	250kPa
0 280 150 036	380	MB 4.5l	0 180 150 712	214	250kPa Saab Turbo 2.3l
0 280 150 041	480	MB 6.9l V8 / Cadillac	0 280 150 715	149
0 280 150 043	380	BMW	0 280 150 716	134
0 280 150 100	185		0 280 150 762	214	Volvo B230F
0 280 150 121	178		0 280 150 802	284	Volvo B200 turbo, Renault J7R turbo
B 280 410 144	434	Bosch R-SPORT	0 280 150 803	384
0 280 150 200	300	BMW	0 280 150 804	337	Peugeot 505T
0 280 150 201	236		0 180 150 811	298	3.5kPa Porsche Turbo 944
0 280 150 203	185		0 280 150 814	384
0 280 150 208	133		0 280 150 834	397
0 280 150 209	176	Volvo B200-B230	0 280 150 835	397	Chrysler
0 280 150 211	146		0 180 150 951	346	Porsche Turbo

В России лидером по производству форсунок для впрысковых автомобилей является Петербургский карбюраторный завод – ПЕКАР. На сайте этого завода даны характеристики форсунки отечественного производства:

Номинальное значение напряжения питания, В – 14
Рабочий перепад давления рабочей жидкости между входом и выходом, кПа - 300±6
Статистическая производительность форсунки при рабочем перепаде давления, г/мин - 150±6 (учтите, что грамм и см³ не равны!)
Динамическая производительность форсунки при рабочем перепаде давления в опорной точке характеристики, мг/цикл – 3,23±0,19
Активное сопротивление обмотки форсунки при температуре 20±1?С, Ом – 15,9±0,35
Масса, кг, не более – 0,068

Чем отличаются форсунки разного цвета? Разный цвет – разная производительность. Причем у каждой фирмы разная цветовая маркировка. Даже дизельные форсунки GM имеют разную цветовую маркировку, которая отличает давление впрыска 1500 PSI от 1700 PSI (давление - фунтов на квадратный дюйм). Наверно только в СССР применялась цифровая и буквенная маркировка. Оно и понятно – в СССР даже слесарь имел 10 классов образования, в отличие от жителей Оклахомы, Гарлема или Бруклина. А вообще-то найти информацию о характеристиках тех же форсунок большая проблема. Впрочем в магазине «Святослав» продаются каталоги «AutoData» - там эта информация есть. Иногда помогает поиск в Интернете.

Форсунка с натягом через уплотнительное колечко устанавливается нижним концом в основание головки блока цилиндров, а верхним концом в так называемую топливную рампу (см.Рисунок 2). Топливная рампа играет роль накопителя бензина и к ней пристыкованы все 4 форсунки (см. Рисунок 3). Работают форсунки точно в соответствии с порядком работы двигателя – это называется «фазированным впрыском». Каждая форсунка открывается незадолго до открытия впускных клапанов. Но в случае неработающего датчика фаз и при стартерном пуске форсунки работают попарно-параллельно.

Рисунок 4. Типы разъёмов форсунок японских автомобилей

С форсунками все более или менее понятно, а вот роль регулятора давления топлива никто из автолюбителей всерьез не учитывает. В то время как профессионалы на конференции сайта http://www.chiptuner.ru иногда рассказывают такие интересные случаи, связанные с регуляторами давления топлива, что стоит прислушаться. Регулятор давления топлива (РДТ) устанавливается в конце топливной рампы и его роль сводится к сбросу избыточного давления в дренажную магистраль к бензобаку. В результате в топливной рампе мы имеем всегда свежую, холодную порцию бензина и стабильное давление топлива, а значит – ювелирное дозирование топлива на всех режимах работы мотора. Регулятор давления выставляет момент открытия клапана по отношению к давлению во впускном трубопроводе – один трубопровод уходит во впускной коллектор, другой – к дренажному каналу. При полностью нажатой педали газа в коллекторе вакуума почти нет – и давление топлива возрастает настолько, чтобы перепад между входом форсунке и её выходом был 300 кПа. Когда вы сбрасываете газ, то во впускном коллекторе возникает сильное разрежение, способное «высосать» из форсунки избыточное количество бензина. Но этого не происходит – регулятор давления топлива выставляет давление по отношении к тому же вакууму и давление оказывается ниже. В итоге мы всегда имеем одинаковый перепад давлений у форсунки и стабильную подачу топлива.

Регулятор давления топлива производится многими заводами. В том же «Святославе» вы можете купить регулятор Bosch или завода ПЕКАР. Разница в цене объясняется ценой металла и качества обработки поверхностей. На стенде в лаборатории силовых агрегатов КГТУ я поставил РДТ отечественного производства. Спустя некоторое время обнаружил, что двигатель заводится не совсем хорошо. С помощью тройника установил манометр (см, в верхнем углу фото) в магистраль топливоподачи. И сразу увидел, что давление в магистрали моментально падает после выключения бензонасоса. РДТ – не держит давление! Замена регулятора сразу дала результат. А бывает, что бензин через РДТ попадает во впускной коллектор, тогда машина вообще перестаёт полноценно работать. Так, что выбор за вами. Попутно надо проверить и качество топливного фильтра. Чистота не бывает чрезмерной.

Иногда у доморощенных любителей тюнинга отечественных автомобилей возникает соблазн использовать недорогие форсунки с японских автомобилей. Могу привести пример, что японские форсунки зачастую имеют другую форму разъёма и расположение контактов, сопротивление обмотки и напряжение питания, производительность, размеры корпуса. Если сопротивление «наших» форсунок около 16 ом, то на японских машинах чаще сопротивление форсунок всего 2 ома, иногда в них есть встроенный резистор. Желающие могу скачать данные с нижеприведенных сайтов.

Оценить качество работы форсунок можно быстро – глянуть на торцы и электроды свечей зажигания. Если их цвет черный, значит топливоподача избыточная и надо принимать меры. То есть, виноваты не свечи, виноваты форсунки или датчик расхода воздуха! Чаще всего это проявляется после мытья форсунок. В Интернете полно упоминаний о таких случаях. Помыли форсунки – машина стала много расходовать бензина, хуже ехать. Есть повод задуматься... Поэтому я склонен заменять форсунки, нежели чем мыть их агрессивными растворителями. Тем более, их цена невелика. Форсунки стоят дешевле карбюратора, а работают дольше.

Возникает вопрос о выборе того места, где товар дешевле и качественнее. Я далек от мысли, что кто-то будет подделывать форсунки. Высокотехнологичный товар подделывать нет никакого смысла – в кустарном производстве себестоимость деталей будет точно выше заводской цены. Вы где-нибудь видели «поддельные» микропроцессоры или космические корабли? В нашем городе фирма «Святослав» недавно стал региональным представителем торговой группы - ТГ «АвтоЭлектроКонтакт». В связи с этими и другими событиями магазин «Святослав» открыл сайт в Интернете по адресу: http://www.svyatoslav.ru/. Это наглядный пример того, что в нашей стране меняется устоявшийся взгляд на такие вещи, как торговля запасными частями. На сайте выложены предложения об оптовых поставках автомобильного электрооборудования и электроники по еще более низким ценам. Наличие Интернет-сайта не только упрощает оптовую торговлю, но и позволит в скором времени делать покупки через Интернет. Налицо – перемены к лучшему. Впрочем, вам ничто не мешает сделать покупку обычным образом – при личном визите.

Литература:

1. Литвиненко В.В. Электрооборудование автомобилей ГАЗ: ГАЗ-3110 «Волга», ГАЗ-31029 «Волга», «Газель», «Соболь», ГАЗ-3307, ГАЗ-3309. Устройство, поиск и устранение неисправностей. – М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2002. – 344 с.

2. Интернет-сайт: http://www.electromeh.ru

3. Интернет-сайт: http://www.chiptuner.ru

4. Интернет-сайт: http://www.co.jyu.fi/

5. Интернет-сайт: http://www.toyota.com/

Продолжение следует

Евсеев П.П.

к.т.н., доцент

каф. "АТ, АС и ФО", КГТУ