Усовершенствование системы питания

Для обеспечения высоких мощностных, экономических и экологических показателей необходимо совершенствовать процесс сгорания топливовоздушной смеси. Важную роль здесь играет смесеобразование, т.е. подготовка топливовоздушной смеси, ее состав, равномерность распределения по цилиндрам, степень испарения, вихревое движения заряда, температура, количество остаточных газов.

В настоящее время на автомобилях «Москвич» применяются следующие типы систем питания двигателя:

— карбюраторные системы питания различного типа с одним, двумя и четырьмя карбюраторами применяются на двигателях ВАЗ и УЗАМ;

— системы с моновпрыском топлива применяются на части двигателей ВАЗ-21213, компоненты которого в свою очередь могут быть установлены на двигатели ВАЗ-2106 и ВАЗ-2130, применяемые на автомобилях «Москвич», а также могут быть применены непосредственно двигатели 21213 с моновпрыском;

— системы с распределенным асинхронным впрыском топлива применяют на автомобилях «Москвич» с двигателями Renault F3R, F4R, F7R, а также на перспективных разработках двигателей ВАЗ и УЗАМ;

— отдельные энтузиасты адаптируют для двигателей ВАЗ и УЗАМ различные системы электронного и механического впрыска автомобилей иностранного производства.

Карбюраторные системы питания и системы питания с впрыском топлива имеют свои преимущества и недостатки.

Карбюраторные системы питания в автомобильных двигателях применяются давно. Применяют карбюраторы с вертикальным, горизонтальным и наклонным потоком смеси. В серийных автомобилях наиболее широко применяют карбюраторы с вертикальным (падающим) потоком смеси. В сильно форсированных и спортивных автомобильных двигателях широкое распространение получили карбюраторы с горизонтальным потоком смеси. Карбюраторы бывают с одной или несколькими камерами, которые в свою очередь могут работать последовательно или параллельно. В двигателях широкого применения как правило применят двух- и четырех- камерные карбюраторы с последовательным открытием заслонок вторичных камер, а в горизонтальных карбюраторах спортивных двигателей — карбюраторы с параллельным (одновременным) открытием дроссельных заслонок, организованных таким образом, что впускной канал каждого цилиндра имеет свою камеру карбюратора. Сечение диффузора карбюраторов также может быть постоянным или меняющимся, что позволяет обеспечить постоянную скорость топливовоздушной смеси в карбюраторе.

Преимуществами карбюраторных систем питания является их простота, надежность, хорошая ремонтопригодность в дорожных условиях, способность автомобиля перемещаться своим ходом даже при значительных неисправностях карбюратора, относительно меньшая требовательность к качеству моторного топлива, легкость изменения тарировочных характеристик и регулировки состава смеси, что необходимо при форсировании двигателя, возможность получения неплохих динамических характеристик двигателя, а также относительно невысокая стоимость. Недостатками карбюраторных систем питания являются более высокий расход топлива по сравнению с системами впрыска, худшие пусковые характеристики двигателя при низких температурах и меньшая стабильность достигнутых характеристик, т.е. требуется более частая подстройка. Карбюраторные системы питания массового применения также не позволяют использовать нейтрализатор отработавших газов в системе выпуска, т.к. не обеспечивают стехиометрического (т.е. с точным соотношением воздух/топливо состава смеси). Однако последние модели карбюраторов с электронными системами управления позволяют обеспечить стехиометрический состав смеси и автоматически корректируют свои параметры при спонтанном изменении своих параметров. Системы управления такими карбюраторами рассмотрены в разделе Снижение вредных выбросов в окружающую среду.

Системы впрыска топлива используются механические и электронные. Механические системы впрыска топлива во многом аналогичны топливной аппаратуре дизельного двигателя. В связи со сложностью обеспечения требуемых характеристик состава смеси во всем диапазоне оборотов и нагрузки на двигатель, требований к обеспечению норм по токсичности, системы механического впрыска топлива применяются крайне редко. Системы электронного впрыска топлива разделяются на системы с центральным впрыском (или моновпрыском), где топливо впрыскивается во впускной коллектор аналогично работе карбюратора, и системы с распределенным впрыском, где топливо впрыскивается непосредственно на разогретый впускной коллектор. Системы с распределенным впрыском в свою очередь разделяются на системы с асинхронным впрыском, в которым форсунка каждого цилиндра работает по отдельному алгоритму, и системы с синхронным впрыском, в которых все форсунки управляются одновременно, т.е. их управление осуществляется параллельно.

Преимуществами систем впрыска топлива (инжекторных) являются стабильность регулировочных характеристик, хорошие пусковые характеристики двигателя, топливная экономичность. Недостатками этих систем являются относительная сложность подстройки характеристик системы под форсированный двигатель (требуется так называемый «чип-тюнинг»), сложность ремонта таких систем в условиях вне мастерской, что создает большие трудности при эксплуатации или отдельных поездках автомобиля в отдаленных областях, сложность ремонта и диагностики, для которого требуется высококвалифицированный персонал и специализированное оборудование, критичность к качеству моторного топлива, невысокая надежность отдельных компонентов системы впрыска, а также весьма значительную стоимость. Особо следует отметить системы центрального впрыска (моновпрыска) — такие системы по большинству параметров не имеют каких либо заметных преимуществ по сравнению с карбюраторными системами питания, имея при этом существенно меньшую надежность и большую стоимость. Такие системы применяют в основном для выполнения заданных норм токсичности при экспорте автомобилей в страны с заданными требованиями.

Сравнивая карбюраторные и инжекторные системы питания автомобилей «Москвич», например с двигателями ВАЗ, УЗАМ и Renault F3R, следует отметить, что инжекторные системы питания двигателя Renault F3R не имеют никакого преимущества по параметрам уровня токсичности отработавших газов по сравнению с правильно отрегулированными карбюраторными системами питания двигателей ВАЗ и УЗАМ, а если эти карбюраторы еще и снабжены системой снижения токсичности (AFR) — то и тем более. Применяемая на двигателе Renault F3R система управления на базе контроллера SIEMENS работает с лямбда-зондом, автоматически корректирующим состав смеси для обеспечения ее стехиометричности. Однако стехиометрический состав смеси требуется исключительно для нормальной работы катализатора, дожигающего отработавшие газы, но на автомобиле «Москвич» с двигателем Renault F3R катализатор не применяется, и, таким образом, применение лямбда-зонда в контуре управления составом смеси не является оправданным, так как на большинстве переходных режимов двигателя и при работе с невысокой нагрузкой без катализатора практически не тебуется стехиометрической смеси, а следует использовать обедненную смесь. Таким образом, системы управления впрыском, не основанные на показаниях лямбда-зонда, а также карбюраторные системы питания на этих режимах обеспечивают лучшую топливную экономичность.

При выборе типа системы питания двигателя необходимо проанализировать достоинства и недостатки этих систем исходя из условий эксплуатации конкретного автомобиля. При круглогодичной эксплуатации автомобиля в условиях большого города с развитой инфрастуктурой и достаточно редкими поездкам за город на небольшие расстояния целесообразно применение инжекторных систем питания. При эксплуатации автомобиля в отдаленных местах, а также частых поездках на значительные расстояния, использовании автомобиля для путешествий, поездках в места с неразвитой инфраструктурой сервиса и трудности обеспечения в пути топливом высокого качества целесообразно применения карбюраторных систем питания.

Как правило, вопрос выбора системы питания решается при выборе двигателя автомобиля. Так, двигатель Renault F3R, F4R и F7R на автомобилях «Москвич» применяется исключительно с системой распределенного впрыска топлива, хотя и существует его карбюраторный вариант, однако такая переделка едва ли целесообразна. В то же время для двигателей ВАЗ и УЗАМ в разное время разрабатывалась топливная аппаратура впрыска топлива и ее можно смонтировать на карбюраторный автомобиль. Отдельными энтузиастами также проводились работы по установке инжекторных систем питания от автомобилей иностранного производства.

Инжекторные системы питания

Автомобили «Москвич» с двигателем Renault F3R выпускаются исключительно с системами распределенного асинхронного впрыска топлива, управляемой контроллером SIEMENS. Недостатком примененной системы управления является косвенный метод расчета расхода воздуха посредством измерения температуры поступающего воздуха и разрежения в задроссельном пространстве. Такой метод имеет ограниченную точность измерения, недостаточную для получения оптимального соотношения воздух/топливо во всем диапазоне нагрузок двигателя, поэтому состав смеси дополнительно корректируется датчиком кислорода (лямбда-зондом), применение которого в данной системе не оправдано в связи с отсутствием на автомобиле катализатора. Вид двигателя с такой системой под капотом автомобиля «Москвич» показан ниже:

Ниже показан двигатель Renault F7R под капотом автомобиля «Москвич-2142 Калита»:

Ниже показаны три поколения систем распределенного впрыска топлива, разработанных для двигателей УЗАМ. К сожалению, ни одна из них в настоящее время не запущена в серийное производство, однако на отдельных автомобилях можно встретить такие системы.

Система распределенного впрыска топлива первого поколения двигателя УЗАМ. Разработчик — фирма ЭГА (Россия). Особенности конструкции: впускной коллектор из сварных труб (предусматривался вариант с «короткими» и «длинными» трубами для размещения под капотом автомобиля при различных компоновках, цилиндрический ресивер, дроссельный узел с вертикальной подачей воздуха вниз, датчик положения распределительного вала на месте штатного прерывателя-распределителя, специализированный контроллер, косвенный расчет расхода воздуха через температуру и разрежение во впускном коллекторе.

Система распределенного впрыска топлива второго поколения двигателя УЗАМ. Совместная разработка фирм AVL (Австрия) и Уфимского моторостроительного завода (Россия). Особенности конструкции: длинные составные впускные трубы, закрывающие топливную рампу с форсунками, система управления BOSCH с датчиком расхода воздуха, датчик положения к/вала на маховике. На фотографии хорошо виден прилив в средней части поддона картера для установки датчика уровня масла.

Система распределенного впрыска топлива третьего поколения двигателя УЗАМ. Разработчик — Уфимский моторостроительный завод (Россия). Особенности конструкции: цельный впускной коллектор, выполненный вместе с ресивером, система управления BOSCH последнего поколения с датчиком расхода воздуха, датчик положения к/вала на маховике, датчик положения распредвала в приливе клапанной крышки головки блока цилиндров, испольующего для синхронизации положения стандартный эксцентрик привода бензонасоса распредвала, взаимозаменяемость по датчикам с автомобилями ВАЗ.

Карбюраторные системы питания

В карбюраторных системах питания двигателей ВАЗ и УЗАМ применяют карбюраторы Димитровградского АвтоАгрегатного Завода (ДААЗ) типов ОЗОН и СОЛЕКС. Карбюратор типа «ОЗОН» является карбюратором первого поколения и разработан на базе ранее применявшегося на автомобилях ВАЗ-2103 и «Москвич-2140» карбюратора Weber с учетом улучшения топливной экономичности и выполнения требований по токсичности отработавших газов. Карбюратор типа «Солекс» является карбюратором второго поколения и разработан на основе одной из моделей карбюратора одноименной фирмы.

Сравнивая карбюраторы типов ОЗОН и СОЛЕКС, следует отметить следующее. Карбюратор ОЗОН имеет боле массивный и прочный корпус, меньше подверженный деформации вследствие механических и температурных напряжений, а также топливные жиклеры большего диаметра, что делает его более пригодным для эксплуатации в тяжелых условиях и крайне низком качестве моторного топлива. Однако динамические характеристики автомобиля с этим карбюратором невысоки, не на высоте также и топливная экономичность. Причинами этого является более примитивная конструкция карбюратора ОЗОН, в частности — отсутствие в конструкции карбюратора экономайзера мощностных режимов, который на карбюраторе типа СОЛЕКС позволяет производить значительное обогащение рабочей смеси на режимах высоких нагрузок на двигатель, оставляя состав смеси нормальным или обедненным на режимах частичных и малых нагрузок. Не были также доведены до серийных образцов (хотя и существовали опытные образцы) карбюраторы ОЗОН с автоматическим пусковым устройством, а также нет модификаций карбюратора ОЗОН для систем с электронным управлением составом смеси и системами снижения токсичности. Практически по всем параметрам конструкция карбюратора типа ОЗОН является технически устаревшей, поэтому для форсированного двигателя целесообразно применять карбюраторы типа СОЛЕКС с соответствующим набором жиклеров.