Проверка пропускной способности и классификация форсунок

Проверка пропускной способности и классификация форсунок

На самом деле, прежде чем устанавливать форсунки в двигатель с наддувом, модифицированный для работы на предельных нагрузках, необходимо проверить пропускную способность форсунок при различных значениях давления топлива, чтобы убедиться, что они будут обеспечивать двигатель необходимым количеством топлива. Конечно же, форсунки должны быть настроены определенным образом всоответствии с требованиями интенсивности потока, так как отклонения не должны превышать 2%. Обычно в форсунках компании Bosch, например, допускаются отклонения от указанного значения ±3% (в общем 6%) в соответствии со спецификациями производителя, но, если вы поговорите со специалистами, вы узнаете, что на самом деле ситуация может быть намного хуже. В системах последовательного впрыска топлива с возможностью регулировки пропускной способности каждой форсунки это не является серьезной проблемой, однако в парных системах впрыска это может вызывать затруднения.

Стоит также обратить внимание на то, что некоторые производители классифицируют форсунки в «лошадиных силах» и «фунтах». На первый взгляд, подобная классификация может показаться безобидной, но так ли это? По-моему, подобные классификации крайне опасны, и я видел, как многие люди покупали большое количество дорогих бесполезных форсунок, которые после использования нельзя было вернуть или обменять. Проблема состоит в том, как производилась классификация форсунок по мощности. Производились ли вычисления математическим способом, а если так, учитывалось ли при этом, что двигатели с наддувом используют больше топлива, чем атмосферные двигатели? Производилась ли классификация форсунок на основании результатов тестирования на динамометрическом стенде? Затем возникает вопрос точности динамометрического стенда и типа топлива, которое использовалось.

В США форсунки часто классифицируют по пропускной способности, которая измеряется в фунт/час, то есть количество топлива в фунтах, которое пропускает форсунка за час. Последняя классификация более эффективна, однако на самом деле это не совсем то, что нам действительно нужно. Пропускная способность определяется в объемном, а не в массовом отношении, поэтому, если пропускная способность определяется вмассовом отношении, необходимо также указывать удельный вес топлива, которое использовалось при проверке. Например, если пропускная способность форсунки составляет 30фунт/час с использованием топлива с удельным весом 0,72, на самом деле пропускная способность – 18,96 л/час. Однако, если мы будем использовать с этими форсунками неэтилированное топливо с большим удельным весом 0,78 или метанол судельным весом 0,79, пропускная способность снизится до 17,5–17,2 л/час? Конечно же, нет. Форсунки все так же будут пропускать 18,95 л/час, но, чтобы показать, насколько эти данные относительны, достаточно сказать, что эти форсунки могут получить классификацию пропускной способности 32,5 фунт/час при использовании неэтилированного топлива для гоночных автомобилей с высоким удельным весом или до 32,91 фунт/час при использовании метанола, удельный вес которого еще больше.

Некоторые механики утверждают, что подобная классификация очень удобна, так как им просто нужно умножить значение на два, а затем на количество форсунок. Например, 50-фунтовые форсунки в четырехцилиндровом двигателе, согласно своей классификации, отлично подойдут для двигателей мощностью 400 л.с. Но классификация форсунок подобным образом – дело опасное. Такие простейшие расчеты дадут приблизительно правильное значение для атмосферных двигателей, но это не касается двигателей с наддувом. Если вы все-таки решили использовать этот метод, лучше умножать значение на 1,65, а затем на количество форсунок. Полученный результат будет ближе к истине.

Низкое давление топлива негативно влияет на распыление

Пока мы рассматриваем различные классификации пропускной способности форсунок при различных значениях давления в системе, учтите, что, если вы решите остановить свой выбор на слишком больших форсунках и хотите, чтобы длительность впрыска была относительно большой, вы можете снизить давление топлива, чтобы сократить пропускную способность. Однако давление не стоит снижать больше чем до 2,0 бар. Впротивном случае это негативно скажется на распылении топлива. Следовательно, любые улучшения характеристик распыления посредством увеличения длительности впрыска форсунки будут потеряны, так как капли топлива, впрыскиваемые форсункой, будут слишком большими, если давление снизится до 2,0 бар.

Регуляторы давления топлива

Конечно же, чтобы обеспечить строго дозированную подачу топлива через форсунки, необходимо точно регулировать давление топлива в системе, иначе при высоком давлении топлива двигатель будет работать на обогащенной топливовоздушной смеси, а при более низком давлении топлива топливовоздушная смесь будет обеднена. Поэтому необходимо использовать регулятор давления топлива. Есть пять основных типов регуляторов топлива, которые могут использоваться на различных моделях автомобилей: регулятор, работающий на основании сигналов датчика давления вколлекторе, с фиксированным и настраиваемым давлением, независимый регулятор с фиксированным и настраиваемым давлением, а также регулятор с давлением, изменяющимся в зависимости от давления в коллекторе.

К преимуществам регуляторов, работающих на основании сигналов датчика давления в коллекторе, с фиксированным или настраиваемым давлением относится то, что они увеличивают динамическую пропускную способность форсунок. При низкой частоте вращения двигателя, а также когда уровень разрежения в коллекторе высокий, это позволяет увеличить длительность впрыска, оптимизируя распыление топлива. В двигателях с наддувом, так как этот тип регуляторов увеличивает давление топлива по мере увеличения разрежения в коллекторе, небольшие форсунки будут обладать максимальной пропускной способностью, соответствующей требованиям двигателя.

Настраиваемый регулятор давления, работающий на основании сигналов датчика давления во впускном коллекторе. Указатель уровня топлива позволяет легко проверить и отрегулировать давление топлива, чтобы быстро изменить пропорцию топливовоздушной смеси при участии в дрэг-гонках.

Чтобы лучше понять, как это работает, представьте ситуацию, когда установлен независимый регулятор давления. В обычном легковом автомобиле на холостом ходу или при движении на крейсерской скорости давление в коллекторе будет на 0,5 бар ниже, чем атмосферное давление. Конечно же, в этой ситуации с «бортовыми» форсунками, то есть с форсунками, которые расположены после дроссельной заслонки, эффективное давление топлива на распылителе форсунки будет на 0,5 бар выше, чем давление в форсунках во время цикла открытия. Поэтому, если регулятор давления имеет фиксированное значение 2,5 бар, форсунки будут работать под давлением не 2,5, а 3 бар (2,5 + 0,5 = 3 бар). Это на самом деле говорит о том, что форсунки будут пропускать на 10% больше топлива. Мы можем устранить это условие, запрограммировав электронный блок управления на сокращение длительности впрыска. В случае с легковым автомобилем это не очень хорошая идея, так как качество впускного заряда ухудшится, потому что дозирование топлива будет несоответствующим, когда длительность впрыска сократится примерно на две миллисекунды.

В случае с двигателями с наддувом ситуация с пропускной способностью форсунок изменится коренным образом, когда давление наддува вколлекторе будет максимальным. Например, если максимальное давление наддува составляет 1,4 бар, форсунки будут работать под давлением 1,4 бар (2,5 – 1,1 = 1,4 бар). На самом деле пропускная способность форсунки уменьшится на 25%, так как давление в коллекторе будет ограничивать поток топлива из форсунок. Эту проблему можно преодолеть путем установки форсунок большего размера, но в таком случае придется сократить длительность впрыска на холостом ходу и при движении на крейсерской скорости, что негативно скажется на качестве впускного заряда.

Чтобы избежать этой нежелательной ситуации, мы можем использовать регулятор, работающий на основании сигналов датчика давления вколлекторе. Этот мембранный регулятор поддерживает давление топлива на установленном уровне относительно разрежения или давления наддува в коллекторе. Одна сторона мембраны регулятора следит за давлением топлива, а другая сторона подсоединена к впускному коллектору, чтобы реагировать на изменения давления внутри. Со стороны разрежения в двигателе установлена пружина, чтобы установить давление преднагрузки. Если давление преднагрузки составляет, например, 2,5 бар, а разрежение в коллекторе при движении на крейсерской скорости составляет 0,5 бар, преднагрузка давления пружины снизится с 2,5 до 2 бар (2,5 – 0,5 = 2 бар), поэтому давление в топливной рампе упадет до этого значения. Затем, как только давление в коллекторе увеличится, это давление будет работать в одном направлении с пружиной, увеличивая номинальную преднагрузку с 2,5 до 3 бар (2,5 + 0,5 = 3 бар), и давление в топливной рампе поднимется до этого значения. При использовании регулятора давления топлива этого типа независимо от изменения давления в коллекторе форсунки будут пропускать строго определенное количество топлива (рис. 13.6).

Рис. 13.6. Регулятор давления топлива, работающий на основании сигнала датчика давления в коллекторе.

В атмосферных двигателях гоночных автомобилей мы можем игнорировать подобные ситуации и использовать независимый регулятор давления топлива или чаще регулятор с давлением, изменяющимся в зависимости от давления в коллекторе. В последнем случае мы можем очень быстро увеличить или понизить количество топлива, поступающее в двигатель, не прибегая к перепрограммированию электронного блока управления. Поэтому, если трек мокрый, мы можем понизить давление, чтобы обеднить топливовоздушную смесь и снизить риск заливания свечей зажигания, и наоборот: если влажность слишком низкая, мы может увеличить давление, чтобы избежать повреждений вследствие детонации.

Регулятор с давлением, изменяющимся в зависимости от давления в коллекторе

Последняя категория регуляторов используется в малобюджетных конструкциях с низким давлением наддува (до 1,4 бар), когда наддув устанавливается на заводской атмосферный двигатель, а клиент не хочет перепрограммировать электронный блок управления. Регулятор такого типа устанавливается на возвратный топливопровод, чтобы контролировать заводской регулятор давления (рис. 13.7). Таким образом, заводской регулятор контролирует давление топлива при давлении в коллекторе практически до 0бар, но как только давление наддува превышает это значение, в игру вступает второй регулятор, увеличивая давление топлива, ограничивая обратный поток топлива к баку.

Рис. 13.7. Регулятор с давлением, изменяющимся в зависимости от давления в коллекторе, установлен ввозвратном топливопроводе после заводского регулятора.

Регулятор с давлением, изменяющимся в зависимости от давления в коллекторе, можно настроить по двум параметрам, при этом настройку лучше всего выполнять на динамометрическом стенде, наблюдая за показаниями датчика состава топливовоздушной смеси. Так как многие заводские автомобили оснащены системой впуска с положительным сопротивлением, вполне возможно, что разрежение в коллекторе составит более -0,14 бар при полностью открытой дроссельной заслонке. Поэтому, если мы установим оборудование для наддува, любое разрежение выше -0,14 бар будет влиять на давление наддува, а топливные смеси будут обедняться намного раньше, чем давление в коллекторе поднимется выше 0 бар. Чтобы компенсировать это, данный регулятор оснащен подпружиненным центральным регулировочным винтом, чтобы установить точку, при которой регулятор примет на себя всю нагрузку и начнет увеличивать давление топлива.

Некоторые автомобили, оснащенные заводскими атмосферными двигателями, все-таки будут работать на обогащенной смеси при полностью открытой дроссельной заслонке и при разрежении в коллекторе ниже 0бар. Например, некоторые автомобили компании Ford настроены таким образом, что состав топливовоздушной смеси понижен до 12,3:1, даже притом что оптимальной работы двигателя можно достичь при соотношении 13:1. Следовательно, в подобной ситуации, когда устанавливается нагнетатель, момент, когда регулятор будет начинать действовать, можно сместить слегка выше 0 бар, чтобы отрегулировать состав топливовоздушной смеси, увеличить мощность и сократить расход топлива.

В качестве второго регулятора используется игольчатый клапан, который предназначен для регулировки максимального давления топлива таким образом, чтобы состав топливовоздушной смеси был подходящим при максимальном давлении наддува. После выполнения обеих регулировок мы можем получить кривую давления наддува, похожую на ту, что показана на рис. 13.8.

Рис. 13.8. Увеличение давления топлива обеспечивается регулятором с давлением, изменяющимся взависимости от давления в коллекторе.

Конечно же, регулятор с давлением, изменяющимся в зависимости от давления в коллекторе, будет отличным решением, расширяющим диапазон мощности, обеспечивая то количество топлива, которое действительно необходимо двигателю. Как только мы отрегулируем момент включения ивыключения, у нас практически не останется других путей регулировки состава топливовоздушной смеси на среднем диапазоне давления наддува. Как я уже говорил, при использовании заводских форсунок нет никаких гарантий значительного увеличения интенсивности потока топлива при давлении наддува выше 4,13 бар. Следовательно, чтобы получить относительно незначительное увеличение пропускной способности, давление придется существенно увеличить. Так как форсунки подвергаются воздействию такого высокого давления только на протяжении всего нескольких секунд, обычно они будут продолжать работать нормально, но ни в коем случае не увеличивайте давление в форсунках компании Lucas выше 6,2 бар, а в форсунках других компаний – выше 7,6 бар. В любом случае не думайте, что заводской топливный насос сможет справиться с такими нагрузками. Если во время тестирования игольчатого клапана регулятора на динамометрическом стенде вы не заметили ожидаемого обогащения топливовоздушной смеси, убедитесь, что указатель регистрирует увеличение давления топлива. Если давление топлива увеличивается резко, как показано на иллюстрации, в участках повышенного давления наддува, скорее всего, форсунки не подходят.